1cocaine
Помощник The Milky Way
- Регистрация
- 23 Мар 2024
- Сообщения
- 206
- Реакции
- 191
Путь, используемый растениями коки для производства тропанового алкалоида
Тропановые алкалоиды — это вторичные метаболиты, вырабатываемые различными видами растений. Кокаин из Erythroxylum coca и никотин из многих видов семейства Solanaceae — два наиболее известных из них. Другие, такие как скополамин, литторин и гиосциамин, являются важными фармацевтическими препаратами.
Биохимик Джон Д'Ауриа из Института генетики растений и исследований сельскохозяйственных культур им. Лейбница возглавил группу, которая использовала платформу скрининга дрожжей для выявления всего пути биосинтеза кокаина в E. coca . Группа под руководством Шэн-Сюн Хуана из Куньминского института ботаники в Китае также независимо опубликовала часть этого же пути. В обеих статьях сообщается о схожих результатах, но расходятся во мнениях относительно порядка этапов метилирования и замыкания кольца, уникальных для этих гетероциклических тропановых алкалоидов.
Д'Ауриа изучал этот метаболический путь в течение 15 лет и пришел к выводу об уникальном способе производства тропановых алкалоидов растениями коки. «Кока делает это по-другому», — подчеркивает Д'Ауриа.
Поиск метаболических путей начался с подхода, основанного на гомологии. Он включает в себя поиск родственных растений, производящих похожие молекулы, и поиск похожих, или гомологичных, генов. Для коки эти растения относятся к семейству Solanaceae, но гомологов не существует. Д'Ауриа и аспирант Бенджамин Чавес расширили поиск, ища гены, кодирующие ферменты, которые гипотетически могли бы выполнять модификации, необходимые для этого метаболического пути. Они сузили список кандидатов до генов, экспрессирующихся в тканях, производящих кокаин. Удивительно, но они обнаружили уникальную спермидинсинтазу, EcSPMT, с двойной активностью. EcSPMT переключается между превращением путресцина в спермидин и метилированием спермидина. В семействе Solanaceae N -метилпутресцин образуется непосредственно из путресцина, но кока использует EcSPMT и дополнительные этапы синтеза спермидина для получения того же N -метилпутресцина.
«В литературе об этом ранее не сообщалось, — говорит Чавес об EcSPMT, — ферменте, способном принимать два разных кофактора». Это также предполагает, что синтез тропановых алкалоидов развивался независимо в каждом семействе растений.
Полный биосинтетический путь кокаина
Еще одна ключевая особенность кокаина — его двухкольцевая структура. Образование второго кольца включает этапы метилирования и циклизации. И Д'Ауриа, и Хуанг сообщают об участии гена цитохрома P450 и одной и той же метилтрансферазы, но Хуанг считает, что сначала происходит замыкание кольца, в результате чего образуется нестабильный промежуточный продукт, называемый экгононом, который затем метилируется с образованием метилэкгонона. Д'Ауриа утверждает, что их дрожжевая система показывает, что сначала происходит метилирование, а затем замыкание кольца.
Цель этой работы — не производство дешевого кокаина, объясняет Д'Ауриа. Уникальные ферменты, такие как EcSPMT, расширяют арсенал биосинтетической химии. Он говорит, что можно экспериментировать с комбинациями генов и ферментов и потенциально улучшать или создавать уникальные тропановые алкалоиды. Использование дрожжей также является большим шагом вперед для зеленой химии, добавляет он, поскольку они работают на органических отходах и завершают реакции, которые в противном случае потребовали бы использования агрессивных химикатов и продуктов на основе нефти.
2 YJ Wang и др. , J. Am. хим. Соц. , 2022, DOI:
У Вас недостаточно прав для просмотра ссылки. Войдите или зарегистрируйтесь.
оставался загадкой с момента его первого выделения в 1855 году. Теперь две группы исследователей сообщили о недостающих этапах его биосинтеза.Тропановые алкалоиды — это вторичные метаболиты, вырабатываемые различными видами растений. Кокаин из Erythroxylum coca и никотин из многих видов семейства Solanaceae — два наиболее известных из них. Другие, такие как скополамин, литторин и гиосциамин, являются важными фармацевтическими препаратами.
Биохимик Джон Д'Ауриа из Института генетики растений и исследований сельскохозяйственных культур им. Лейбница возглавил группу, которая использовала платформу скрининга дрожжей для выявления всего пути биосинтеза кокаина в E. coca . Группа под руководством Шэн-Сюн Хуана из Куньминского института ботаники в Китае также независимо опубликовала часть этого же пути. В обеих статьях сообщается о схожих результатах, но расходятся во мнениях относительно порядка этапов метилирования и замыкания кольца, уникальных для этих гетероциклических тропановых алкалоидов.
Д'Ауриа изучал этот метаболический путь в течение 15 лет и пришел к выводу об уникальном способе производства тропановых алкалоидов растениями коки. «Кока делает это по-другому», — подчеркивает Д'Ауриа.
Поиск метаболических путей начался с подхода, основанного на гомологии. Он включает в себя поиск родственных растений, производящих похожие молекулы, и поиск похожих, или гомологичных, генов. Для коки эти растения относятся к семейству Solanaceae, но гомологов не существует. Д'Ауриа и аспирант Бенджамин Чавес расширили поиск, ища гены, кодирующие ферменты, которые гипотетически могли бы выполнять модификации, необходимые для этого метаболического пути. Они сузили список кандидатов до генов, экспрессирующихся в тканях, производящих кокаин. Удивительно, но они обнаружили уникальную спермидинсинтазу, EcSPMT, с двойной активностью. EcSPMT переключается между превращением путресцина в спермидин и метилированием спермидина. В семействе Solanaceae N -метилпутресцин образуется непосредственно из путресцина, но кока использует EcSPMT и дополнительные этапы синтеза спермидина для получения того же N -метилпутресцина.
«В литературе об этом ранее не сообщалось, — говорит Чавес об EcSPMT, — ферменте, способном принимать два разных кофактора». Это также предполагает, что синтез тропановых алкалоидов развивался независимо в каждом семействе растений.
Полный биосинтетический путь кокаина
Еще одна ключевая особенность кокаина — его двухкольцевая структура. Образование второго кольца включает этапы метилирования и циклизации. И Д'Ауриа, и Хуанг сообщают об участии гена цитохрома P450 и одной и той же метилтрансферазы, но Хуанг считает, что сначала происходит замыкание кольца, в результате чего образуется нестабильный промежуточный продукт, называемый экгононом, который затем метилируется с образованием метилэкгонона. Д'Ауриа утверждает, что их дрожжевая система показывает, что сначала происходит метилирование, а затем замыкание кольца.
У Вас недостаточно прав для просмотра ссылки. Войдите или зарегистрируйтесь.
, химик-органик из Университета имени Иоганна Гутенберга в Германии, говорит, что оба пути правдоподобны, но путь, предложенный Хуангом, «несколько противоречит интуиции». Соединение, подвергающееся этим стадиям, содержит β-кетокислоту, которая, как объясняет Опатц, склонна к декарбоксилированию. «Вопрос в том, когда выделяется CO₂ ? » Согласно литературе, «выделение происходит до или во время циклизации», — добавляет Опатц. Однако, «проведя реакцию самостоятельно, я обнаружил, что карбоксилат остается внутри, и его приходится удалять позже». Он говорит, что это все еще открытый вопрос.Цель этой работы — не производство дешевого кокаина, объясняет Д'Ауриа. Уникальные ферменты, такие как EcSPMT, расширяют арсенал биосинтетической химии. Он говорит, что можно экспериментировать с комбинациями генов и ферментов и потенциально улучшать или создавать уникальные тропановые алкалоиды. Использование дрожжей также является большим шагом вперед для зеленой химии, добавляет он, поскольку они работают на органических отходах и завершают реакции, которые в противном случае потребовали бы использования агрессивных химикатов и продуктов на основе нефти.
Ссылки
1 B. Чавес и др. , Труды Национальной академии наук США , 2022, DOI:
У Вас недостаточно прав для просмотра ссылки. Войдите или зарегистрируйтесь.
2 YJ Wang и др. , J. Am. хим. Соц. , 2022, DOI:
У Вас недостаточно прав для просмотра ссылки. Войдите или зарегистрируйтесь.
