con đường sinh tổng hợp shikimat

1

Tóm tắt: Con đường sinh tổng hợp shikimat

1) Đơn vị cấu trúc cho con đường sinh tổng hợp shikimat: đơn vị C
6
-C
3
phenyl
propanoid từ tiền chất acid shikimic. Acid shikimic là một hợp chất được phân lập từ các
loài thực vật Illicium rất lâu trước khi vai trò của nó trong sự chuyển hóa được phát hiện.
2) Sự sinh tổng hợp các đơn vị cấu trúc C
6
-C
3

Các đơn vị phenylpropanoid C
6
-C
3
như acid cinnamic và acid p-coumaric được tạo
thành từ các amino acid L-phenylalanin và L-tyrosin bằng các phản ứng loại nhóm amin.
Hai amino acid này được tạo thành từ acid shikimic qua con đường sinh tổng hợp shikimat.
Mạch nhánh C
3
có thể là no, không no hoặc bị oxi hóa. Đôi khi mạch nhánh được phân cắt,
tách ra một hoặc hai cacbon tạo thành các đơn vị cấu trúc C
6
-C
2
và C

6
-C
1
.
3) Sản phẩm sinh tổng hợp của con đường shikimat
Con đường shikimat được sử dụng bởi các vi sinh vật và thực vật, nhưng không phải
các động vật, và tương ứng các amino acid của con đường này là các amino acid căn bản
cho con người cần nhận được trong thực phẩm.
Con đường shikimat là một con đường khác đến các hợp chất thơm, đặc biệt là qua các
amino acid thơm L-phenylalanin, L-tyrosin, và L-tryptophan. Phenylalanin và tyrosin tạo
thành cơ sở cho các đơn vị C
6
-C
3
được tìm thấy trong nhiều hợp chất thiên nhiên như các
acid cinnamic, các coumarin, các lignan, và các flavonoid. Triptophan là tiền chất cho
một loạt các cấu trúc alkaloid. Hơn nữa, nhiều dẫn xuất acid benzoic đơn giản như acid
gallic và acid p-aminobenzoic (acid 4-aminobenzoic) được tạo thành tại các điểm phân
nhánh của con đường shikimat.
4) Sơ đồ sinh tổng hợp L-phenylalanin và L-tyrosin
Bước 1: Sự tạo thành acid 3-dehydroquinic.
Con đường shikimat được bắt đầu bằng sự ghép phosphoenol pyvurat (PEP) (enol của
acid pyvuric được phosphoryl hóa) với D-erythrose-4-phosphat cho acid heptulosonic bảy
cacbon (acid 3-deoxy-D-arabino-heptulosonic 7-phosphat, DAHP). Phản ứng này thuộc
loại ngưng tụ aldol. Sự tách loại acid phosphoric từ DAHP nối tiếp bằng một phản ứng
aldol nội phân tử cho chất trung gian vòng đầu tiên acid 3-dehydroquinic.
Sự khử acid 3-dehydroquinic dẫn đến acid quinic, một hợp chất tương đối phổ biến
thường gặp ở dạng tự do, dạng ester, hoặc trong sự kết hợp với các alkaloid như quinin.
Các acid phenolic đơn giản như acid protocatechuic (acid 3,4-dihydroxybenzoic) và
acdi gallic (acid 3,4,5-trihydroxybenzoic) có thể được tạo thành từ các phản ứng phân

nhánh từ acid 3-dehydroshikimic, bao gồm sự tách nước và sự enol hóa. Acid gallic tạo
nên thành phần của nhiều nguyên liệu tannin (các gallotannin), ví dụ như
pentagalloylglucose được tìm thấy trong các thực vật.
Bước 2: Sự tạo thành acid shikimic từ acid 3-dehydroquinic.
Acid shikimic được tạo thành từ acid 3-dehydroquinic qua acid 3-dehydroshikimic bằng
các bước tách nước và khử (với NADPH).
2

Bước 3: Sự tạo thành acid chorisimic từ acid shikimic.
Acid chorisimic được tạo thành với sự đưa vào một phân tử phosphoenol pyvurat nữa
làm mạch nhánh enol ether. PEP kết hợp với acid shikimic 3-phosphat nhận được từ phản
ứng phosphoryl hóa của acid shikimic với một phân tử ATP. Acid shikimic 3-phosphat kết
hợp với PEP qua một phản ứng cộng-tách cho acid 3-enolpyvurylshikimic 3-phosphat
(EPSP) được xúc tác bằng enzym tổng hợp EPSP (EPSP synthase). Sự chuyển hóa acid 3-
enolpyvurylshikimic3-phosphat (EPSP) thành acid chorisimic bao gồm một sự tách 1,4 của
acid phosphoric, mặc dù nó không phải là một sự tách phối hợp.
Bước 4: Sự tạo thành các amino acid L-phenylalanin và L-tyrosin từ acid
chorisimic.
Một sự chuyển vị Claisen chuyển hóa acid chorisimic thành acid prephenic. Trong
phản ứng này chuyển vị chuyển mạch nhánh dẫn xuất từ PEP sao cho nó được liên kết trực
tiếp vào vòng cacbon, và tạo thành khung cacbon cơ bản của phenylalanin và tyrosin. Phản
ứng được xúc tác trong thiên nhiên bằng enzym chorismate mutase. Enzym làm tăng mạnh
tốc độ phản ứng bằng cách liên kết vào cấu dạng pseudoaxial của acid chorisimic, cho phép
một trạng thái chuyển tiếp có dạng hình học giống cấu dạng ghế phát triển.
Các con đường đến các amino acid L-phenylalanin và L-tyrosin qua acid prephenic có
thể biến đổi tùy theo sinh vật, và thường nhiều hơn một con đường có thể hoạt động trong
một loài cụ thể phụ thuộc vào các hoạt tính của các enzym có thể có. Chỉ có ba loại phản
ứng tham gia vào sự sinh tổng hợp này, sự thơm hóa decarboxyl hóa, sự chuyển nhóm
amin, và trong trường hợp sinh tổng hợp tyrosin, một sự oxi hóa. Tuy nhiên, trình tự trong
đó các phản ứng này xảy ra có thể phân biệt các con đường. Sự thơm hóa decarrboxyl hóa

của acid perphenic cho acid phenylpyvuric, và một sự chuyển nhóm amin với coenzym
pyridoxal 5'-phosphat (PLP) dẫn đến L-phenylalanin. Trong sự có mặt của một enzym
dehydrogenase với coenzym NADP
+
, sự thơm hóa decarboxyl hóa xảy ra với sự giữ lại
nhóm chức hydroxy, mặc dù chưa có bằng chứng là bất kỳ chất carbonyl tương tự trung
gian của acid perphenic tham gia. Sự chuyển nhóm amin của acid 4-hydroxyphenylpyvuric
cho L-tyrosin.
5) Sinh tổng hợp các dẫn xuất của acid cinnamic
L-Phenylalanin và L-tyrosin là các đơn vị tiền cấu trúc C
6
-C
3
cho một loạt các hợp chất
thiên nhiên. trong thiên nhiên, một bước dầu tiên thường gặp là sự loại amoniac từ mạch
nhánh cho acid cinnamic có cấu hình trans. Trong trường hợp phenylalanin, nó sẽ cho acid
cinnamic, trong khi tyrosin có thể cho acid 4-coumaric (acid p-coumaric). Tất cả các thực
vật đều có khả năng loại amin phenylalanin qua enzym phenylalanine ammonia lyase
(PAL), nhưng sự chuyển hóa tương ứng của tyrosin hạn chế hơn, chủ yếu giới hạn ở các
thực vật của họ Graminae và Poaceae.
Một vài các dẫn xuất của acid cinnamic phổ biến là các acid 4-coumaric, acid caffeic,
acid ferulic, và acid sinapic. Các acid này có thể ở dạng tự do và trong một loạt các dạng
este, ví dụ với acid quinic trong acid chlorogenic (acid 5-O-caffeoylquinic), với glucose
trong 1-O-cinnamoyllucose, và với chollin trong sinapin.
6) Sinh tổng hợp các stilben và flavonoid
3

Các stilben là sản phẩm từ một đơn vị bắt đầu cinnamoyl-CoA với sự kéo dài mạch sử
dụng ba phân tử malonyl-CoA (3  malonyl-CoA). Quá trình này cho đầu tiên một
polyketid. Polyketid này tùy thuộc vào bản chất của enzym có thể được gấp lại theo hai

cách. Các cách gấp này có thể cho phép các phản ứng tương tự aldol hoặc Claisen xảy ra,
tạo thành các vòng thơm.
Các enzym tổng hợp stiben (stilbene synthase) và chalcon (chalcone synthase) ghép cặp
với một đơn vị cinnamoyl-CoA với ba đơn vị malonyl-CoA cho các stilben, ví dụ như
resveratrol (qua sự ngưng tụ aldol, thủy phân nhóm thioester cuối mạch, và decarboxyl
hóa loại nhóm acid carboxylic) hoặc chalcon (qua sự ngưng tụ Claisen, enol hóa - thơm
hóa vòng, và phản ứng cộng nucleophile Michael của nhóm hydroxy vòng thơm vào nhóm
keton , không no), ví dụ như naringenin-chalcon. Cả hai cấu trúc này đều minh họa tốt
cho các kiểu oxi hóa đặc trưng khác nhau trong các vòng thơm được dẫn xuất từ các con
đường acetat và shikimat.
Các chalcon là các tiền chất cho một số lớn các dẫn xuất flavonoid được tìm thấy trong
giới thực vật. Phần lớn chúng chứa các dị vòng sáu cạnh, được tạo thành bằng sự tấn công
nucleophile dạng Michael của một nhóm phenol lên keton không no cho một flavanon,
naringenin. Sự đồng phân hóa này có thể xảy ra theo cách hóa học, các điều kiện acid
thuận lợi cho flavanon và base thuận lợi cho chalcon, nhưng trong thiên nhiên phản ứng
được xúc tác bằng enzym và đặc thù về hóa lập thể, dẫn đến sự tạo thành một enantiomer
flavanon. Các flavanon có thể cho nhiều phương án trên khung cơ bản này, ví dụ các
flavon, các flavonol, các anthocyanidin, và các actechin. Sự biến cải các kiểu hydroxyl hóa
trên hai vòng thơm có thể xảy ra, thường ở bước flavanon hoặc dihydroflavonol, và sự
methyl hóa, glycosyl hóa, và dimethylallyl hóa cũng có thể, làm tăng đáng kể số lượng các
chất. Một lượng lớn các flavonoid thiên nhiên là ở dạng các glycosid tan trong nước.