con đường sinh tổng hợp mevalonat

1

Tóm tắt: Con đường sinh tổng hợp mevalonat

1) Đơn vị cấu trúc cho con đường sinh tổng hợp mevalonat
Các đơn vị C
5
isopren (thực chất là isopentenyl pyroposphat (IPP) và dimethylallyl
pyrophosphat (DMAPP) từ tiền chất acid mevalonic hoặc deoxyxylulose phosphat (con
đường sinh tổng hợp deoxyxylulose phosphat).
2) Sự sinh tổng hợp các đơn vị cấu trúc C
5

Isopentenyl pyrophosphat (diphosphat( (IPP) được tạo thành từ acid mevalonic (MVA)
qua sự decarboxyl hóa và tách nhóm hydroxy xảy ra đồng thời.
Dimethylallyl pyrophosphat (DMAPP) được tạo thành bằng sự đồng phân hóa
isopentenyl pyrophosphat (IPP). DMAPP có một nhóm tách tốt, nhóm diphosphat, và có
thể cho qua một phản ứng S
N
1 một carbocation được ổn định bằng sự giải tỏa điện tích.
Ngược lại, IPP với liên kết đôi cuối mạch của nó có vai trò của một nucleophile, đặc biệt là
đối với DMAPP có tính electrophile. Các khả năng phản ứng khác nhau này là cơ sở của sự
sinh tổng hợp terpenoid.
3) Sản phẩm sinh tổng hợp của con đường mevalonat
Các terpenoid (C
5
)
n
và các steroid (C
18
-C

30
) là các sản phẩm của con đường sinh tổng
hợp mevalonat.
Các terpenoid tạo thành một nhóm lớn các hợp chất thiên nhiên có sự đa dạng cấu trúc
dẫn xuất từ các đơn vị isopren. Các cấu trúc điển hình chứa khung cacbon terpenoid được
phân loại thành các hemiterpen (C
5
), monoterpen (C
10
), sesquiterpen (C
15
), diterpen (C
20
),
sesterterpen (C
25
), triterpen (C
30
) và tetraterpen (C
40
). Các polyme cao hơn được gặp trong
các nguyên liệu như cao su. Phần lớn các terpenoid được biến cải tiếp bằng các phản ứng
đóng vòng.
Các phản ứng chuyển vị có thể xảy ra, ví dụ như trong các steroid và trong đó một vài
cacbon có thể bị mất đi.
Nhiều hợp chất thiên nhiên chứa các yếu tố terpenoid trong các phân tử của chúng kết
hợp với các khung cacbon được dẫn xuất từ các nguồn khác, như các con đường acetat và
shikimat. Nhiều alkaloid, các phenolic, và các vitamin là các ví dụ của các con đường này.
4) Sơ đồ sinh tổng hợp các đơn vị C5
Bước 1: Ba phân tử acetyl-CoA được sử dụng để tạo thành -hydroxy--

methylglutaryl-CoA (HMG-CoA).
Hai phân tử acetyl-CoA kết hợp lúc đầu trong một sự ngưng tụ Claisen thành
acetoacetyl-CoA, và một phân tử thứ ba acetyl-CoA được đưa vào qua một sự cộng aldol
đặc thù về hóa lập thể cho este được phân nhánh mạch -hydroxy--methylglutaryl CoA
(HMG-CoA). Phân tử thứ ba này liên kết với enzym qua một nhóm thiol (xem con đường
sinh tổng hợp acetat), và liên kết này được thủy phân để tạo thành nhóm acid tự do của
HMG-CoA.
2

Trong con đường acetat một thioster của acid acetoacetic (liên kết với protein vận
chuyển nhóm acyl, ACP) sẽ được tạo thành sử dụng nhóm thioester có tính nucleophin hơn
của acid malonic. Con đường mevalonat không sử dụng các dẫn xuất của malonyl và nó đã
tách khỏi con đường acetat ngay ở bước đầu. Trong bước thứ hai cần chú ý rằng thuần túy
trên cơ sở hóa học acetoacetyl-CoA là cơ chất acid hơn, và có thể chờ đợi là nó phản ứng
như nucleophin (sau khi tách proton) hơn là phân tử acetyl-CoA thứ ba. Chính enzym là
yếu tố làm cho phản ứng kém thuận lớn này xảy ra.
Bước 2: Sự chuyển hóa HMG-CoA thành acid mevalonic [(3R)-MVA].
Sự chuyển hóa HMG-CoA thành acid mevalonic [MVA hoặc (3R)-MVA] bao gồm
một sự khử hai bước của nhóm thioester thành một alcohol bậc một. Đầu tiên là sự khử
nhóm thioester của HMG-CoA thành aldehyd qua một hemithiacetal được gọi là acid
mevaldic hemithioacetal bằng NDAPH với enzym khử HMG-CoA (HMG-CoA reductase),
được nối tiếp bằng sự khử aldehyd thành ancol cũng bằng coenzym NADPH.
Bước 3: Sự chuyển acid mevalonic thành đơn vị isopentenyl pyrophosphat (IPP).
Hợp chất sáu cacbon MVA được chuyển thành các đơn vị isopren được phosphoryl hóa
(gắn với nhóm phosphat) năm cacbon trong một chuỗi các phản ứng, bắt đầu bằng sự
phosphoryl hóa của nhóm ancol bậc một thành diphosphat. hai enzym phụ thuộc vào ATP
(adenosin triphosphat) được đưa vào (cho hai sự phosphoryl hóa nối tiếp), dẫn đến acid
mevalonic diphosphat, và sự decarboxyl hóa/tách nước sau đó cho isopentenyl
pyrophosphat (IPP). Trong khi một phân tử ATP thứ ba là cần thiết cho sự chuyển hóa này
chưa có bằng chứng cho sự phosphoryl hóa nhóm hydroxy bậc ba, mặc dù điều này sẽ

chuyển nhóm hydroxy thành một nhóm tách tốt hơn. Có lẽ ATP trợ giúp cho sự tách của
nhóm hydroxy.
Bước 4: Sự đồng phân hóa isopentenyl pyrophosphat thành dimethylallyl
pyrophosphat.
Isopentenyl pyrophosphat (IPP) được đồng phân hóa thành một đơn vị isopren khác,
dimethylallyl pyrophosphat (DMAPP) bằng một enzym đồng phân hóa (isomerase) tách
đặc thù về hóa lập thể proton pro-R (H
R
) từ C-2, và đưa vào một proton từ nước lên C-4.
Trong khi sự đồng phân hóa là thuận nghịch, cân bằng nằm chủ yếu về phía DMAPP. Sự
chuyển hóa này tạo ra một electrophile phản ứng và do đó một tác nhân alkyl hóa tốt.
Một con đường nữa đển tổng hợp các đơn vị cấu trúc C5 là con đường deoxyxylulose
phosphat (sinh viên tự tham khảo tài liệu). Con đường mevalonat hoặc con đường
deoxyxylulose phosphat cung cấp các đơn vị cho sự sinh tổng hợp một terpenoid cụ thể
được thiết lập bằng thực nghiệm. Các động vật được chứng tỏ thiếu con đường sinh tổng
hợp deoxyxylulose phosphat, do đó sử dụng duy nhất con đường mevalonat. Nhiều sinh vật
khác, bao gồm các thực vật, thường sử dụng cạnh tranh. Trong thực vật do các enzym của
con đường mevalonat thường ở trong cytosol còn của con đường deoxyxylulose phosphat
thường ở trong chloroplast. Tương ứng, các triterpenoid và steroid (các sản phẩm của
cytosol) được tạo thành bằng con đường mevalonat, còn các terpenoid khác được tạo thành
trong chloroplast và được dẫn xuất từ con đường deoxyxylulose phosphat.

3

5) Sinh tổng hợp các monoterpenoid
Sự tổ hợp của DMAPP và IPP với enzym chuyển nhóm prenyl (prenyl transeferase) cho
geranyl pyrophosphat (GPP). Sự sinh tổng hợp này bao gồm sự ion hóa của DMAPP
thành cation allylic, sự cộng vào liên kết đôi của IPP, nối tiếp bằng sự mất một proton. Về
mặt hóa lập thể, sự mất proton (H
R

) tương tự như sự đồng phân hóa IPP thành DMAPP.
Quá trình này tạo thành một monoterpen diphosphat, geranyl PP, trong đó liên kết đối mới
có cấu hình trans (E). Geranyl PP cho một số các monoterpen mạch thẳng được tìm thấy
trong các thành phần của các tinh dầu được sử dụng trong hương liệu và nước hoa như
geranial, geraniol, citronellal và citronellol.
Linalyl pyroposphat (linalyl PP, LPP) là đồng phân của geranyl PP và được tạo
thành từ geranyl PP bằng sự ion hóa cation allylic, tạo ra sự thay đổi vị trí liên kết của
nhóm diphosphat vào cacbon bậc ba trong linalyl PP. Sự xuất hiện của một loạt các
monoterpen vòng được mở rộng đáng kể bằng các phản ứng đóng vòng và các hệ đơn
vòng hoặc nhị vòng có thể được tạo thành. Các sự đóng vòng này không được chờ đợi từ
tiền chất geranyl pyrophosphat, hóa lập thể E của liên kết đôi không thuận lợi cho sự tạo
thành vòng. Tuy nhiên, linalyl PP có hóa lập thể thuận lợi và là tiền chất trung gian cho sự
đóng vòng menthan qua sự tạo thành một carbocation (được gọi là menthyl hoặc -
terpinyl) có khung menthan. Các enzym đóng vòng monoterpen (monoterpene cyclase) có
thể tiếp nhận tất cả các monoterpen diphosphat với linalyl PP là cơ chất tốt nhất, và có thể
đồng phân hóa các cơ chất đầu tiên cũng như là đóng vòng chúng. Từ linalyl PP, các
monoterpen mạch thẳng như -myrcen hoặc linalool có thể được tạo thành. Sự đóng vòng
linalyl PP qua methyl cation cho các monoterpen đơn vòng như limonen (tách nước) hoặc
-terpineol (mất proton), và cineole (đóng vòng xúc tác acid -terpineol).