58-59

Биомолекулы. Липиды

Изопреноиды

А. Ацетил-КоА как предшественник липидов

Различные группы липидов, присутствующие в животных и растительных тканях тесно связаны биогенетически: все они произошли от одного предшественника — ацетилкофермента А [ацетил-КоА (ацетилCoA)], представляющего собой активированную форму уксусной кислоты (см. рис. 113).

1. От ацетил-КоА основной путь биосинтеза ведет к активированным жирным кислотам (подробнее см. рис. 171), из которых затем синтезируются жиры, фосфолипиды, гликолипиды и другие производные жирных кислот. В количественном отношении этот путь является главным в животных и в большинстве растительных тканей.

2. Второй путь биосинтеза ведет от ацетил-КоА к 3-изопентенилдифосфату («активному изопрену»), главному структурному элементу изопреноидов. Биосинтез этого соединения обсуждается в связи с биогенезом холестерина (см. рис. 175).

Б. Изопреноиды

Основным биогенетическим предшественником всех изопреноидов является изопрен (2-метилбутадиен-1,3) — разветвленный ненасыщенный углеводород из пяти углеродных атомов. В организмах животных и в растениях активный изопрен, 5-изопентенилдифосфат, служит исходным соединением для биосинтеза линейных и циклических олигомеров и полимеров. У приведенных на схеме произвольно выбранных представителей этого большого класса соединений внизу (l = ) указано число содержащихся в них изопреновых звеньев.

От активного изопрена главный путь биосинтеза ведет через димеризацию к активному гераниолу (l = 2) (геранилдифосфату), а затем к активному фарнезолу (l = 3) (фарнезилдифосфату). Здесь основной путь биосинтеза терпенов разветвляется. Последовательное наращивание цепи фарнезола изопреновыми звеньями (по схеме «голова к хвосту») приводит к полимерам с возрастающим количествам изопреновых звеньев: фитолу (l = 4), долихолу (l=14-24), наконец, к каучуку (l = 700-5000). Альтернативный путь — конденсация двух молекул фарнезола по схеме «голова к голове» — приводит к сквалену (l = 6), который может подвергаться окислительной циклизации с образованием холестерина (l = 6) и других стероидов.

Способность синтезировать специфические изопреноиды свойственна лишь отдельным видам животных и растений. Так, натуральный каучук синтезируется лишь немногими видами растений, главным образом каучуконосом гевея бразильская (Неvеа brasiliensis). Некоторые изопреноиды играют важную роль в метаболизме, но не могут синтезироваться в организме человека. К этой группе относятся витамины A, D, E и К. Из-за структурного и функционального сродства со стероидными гормонами витамин D относят к гормонам (см. рис. 63, 323).

Метаболизм изопрена в растениях весьма многообразен. В растениях на основе изопрена синтезируется множестве душистых веществ и эфирных масел. В качестве примера здесь приведены терпены ментол (l = 2), камфора (l = 2) и цитронеллол (l = 2). Соединения из трех изопреновых звеньев (l = 3) называются сесквитерпенами, а стероиды (l = 6) — тритерпенами.

Наиболее важной группой изопреноидов являются соединения, обладающие гормональными и сигнальными функциями. К этой группе относятся стероидные гормоны (l = 6), ретиноевая кислота (l = 4) позвоночных, а также ювенильные гормоны (l = 3) насекомых. К классу изопреноидов относятся также некоторые растительные гормоны, например цитокинины, абсцизовая кислота и брассиностероиды.

Полиизопреновые цепи иногда выступают в роли липидного «якоря», с помощью которого молекулы белков или других соединений удерживаются на мембране. Группа коферментов с изопреноидным якорем включает убихинон (кофермент Q; l = 6-10), пластохинон (l = 9) и менахинон (витамин K₂, l = 4-6). В молекуле хлорофилла также имеется липидный якорь в виде остатка фитила (l = 4). Некоторые белки также удерживаются на мембране благодаря наличию изопренильного фрагмента (см. с. 232).

Иногда изопреновая группа используется для химической модификации соединений других классов. В качестве примера можно привести модифицированный нуклеотид N⁶-изопентенил-АМФ (N⁶-изопентенил-АМР), входящий в состав некоторых тРНК.