مسیر بیوسنتز متابولیت ها

1-1 مقدمه پیش ماده‎های ساختاری متابولیت‎های ثانویه از متابولیت‎های اولیه حاصل می‎شوند. به استثنای فرایندهای اولیه بیوسنتز قند و آمینواسید، سه مسیر اصلی بیوسنتز متابولیت‎های ثانویه شامل مسیرهای اسید شیکمیک ، استات – موالونات و مسیر غیر موالوناتی(MEP-Pathway) می‎باشد . متابولیت‎های ثانویه گیاهان عمدتا ً بر اساس مسیر متابولیسمی آن‎ها طبقه‎بندی می‎شوند . این ترکیبات در سه خانواده مولکولی بزرگ ترکیبات نیتروژن دار، ترپن‎ها و فنول‎ها در نظر گرفته می‌شوند .

گروه‎های مختلف متابولیت‎های ثانویه، منابع و فعالیت‎های زیستی این ترکیبات در جدول 1 نشان داده شده است. در ساختمان بسیاری از متابولیت‎های ثانویه گیاهان، ازت وجود دارد. ترکیباتی که در این گروه قرار دارند ترکیبات دفاعی ضد گیاهخواران هستند که آلکالوئید ها و گلیکوزیدهای سیانوژنی در این دسته از این ترکیبات قرار می‎گیرند. این ترکیبات به علت ایجاد مسمومیت در انسان و خواص دارویی به شدت مورد توجه قرار گرفته اند. بیشتر متابولیت‎های ثانویه نیتروژن دار از آمینو اسیدهای مشترکی ساخته می‎شوند . آلکالوئیدها یک گروه متنوع از ترکیبات نیتروژن‎دار با وزن مولکولی کم هستند.

سمیت­زدا، بازدارنده، آللوشیمی گروه واحد ساختمانی منابع گیاهی فعالیت زیستی آلکالوئیدها استات آمینواسید ترپنوئید کلسترول گیاهان، جلبک­ها، قارچ­ها، باکتری­ها منبع نیتروژن، سمیت­زدا، بازدارنده، آللوشیمی ترپنوئیدها ایزوپرن گیاهان، قارچ­ها، باکتری­های روده­ای ضد میکروبی فلاونوئیدها مالونیل COA سینامیل  COA فنیل­پروپانوئید بازدانگان، نهاندانگان، خزه­ها، باکتریها، سرخس­ها، جلبک­ها آنتی بیوتیک، رنگیزه جذب کننده نور لیگنین فنیل پروپانوئیدها بازدانگان، نهاندانگان، سرخس­ها   حفاظت ساختاری سد دفاعی لیگنان ها فیتوآلکسین، ضد قارچی، ضد میکروبی، ضد ویروسی

مسیر متابولیکی شیکیمیک اسید این مسیر متابولیکی در باکتری ها، قارچ ها، جلبک ها انگل ها و بسیاری از گیاهان به منظور بیوسنتز آمینو اسید های آروماتیک (فنیل آلانین، تیروزین و تریپتوفان) در هفت مرحله انجام می شود. این مسیر سنتزی در حیوانات یافت نمی شود، لذا آمینو اسید های حاصل از این مسیر باید در رژیم غذایی حیوانات گنجانده شود.

اولین آنزیمی که در این مسیر شرکت داده می شود شیکیمات کیناز است که فسفوریلیشن وابسته به ای تی پیِ شیکیمات را به فرم شیکیمات 3-فسفات، کاتالیز می کند. بعد از آن شیکیمات 3-فسفات از طریق آنزیم 5-انول پیرُویل شیکیمات3-فسفات سنتاز (EPSP) با فسفوئنول پیرووات همراه شده تا 5-انول پیرُویل شیکیمات3- فسفات حاصل شود.

5-انول پیرُویل شیکیمات3-فسفات سپس بوسیله ی کوریزمات سنتاز به کوریزمات تبدیل می شود.

در ادامه، تحت تاثیر کوریزمات موتاز، کوریزمات به پریفنیک اسید سنتز می شود.

پریفنات با حفظ گروه هیدروکسیل، دکربوکسیله شده و در نهایت امر با مصرف گلوتامات به عنوان منبع نیتروژن، به تولید تیروزین و آلفا- کتوگلوتارات می انجامد .

مسیر بیوسنتزی موالونات مسیر بیوسنتزی موالونات که مسیر احیاکننده ی HMG- CoA یا مسیر ایزوپرنوئید نیز نامیده می شود، یکی از مهمترین مسیر های متابولیکی سلولی در همه ی یوکاریوت ها و بسیاری از باکتری ها است.

این مسیر با هدف تولید دی متیل آلیل پیروفسفات (DMAPP) و همین طور ایزوپنتنیل پیروفسفات (IPP) که هر دو به عنوان پایه های بیوسنتز مولکولی در مسیر های گوناگونی از جمله سنتز ترپنوئید ها، حفظ و بازسازی غشای سلولی و هورمون ها و بسیاری دیگر از فعالیت های سلولی نقش دارند، عمل می کند.

بسیاری از دارو ها، مسیر موالونات را هدف قرار می دهند بسیاری از دارو ها، مسیر موالونات را هدف قرار می دهند. برای مثال داروی های استاتینی در فرایند کاهش سطح کلسترول خون و نیز داروهای بیس فسفوناتی نیز به منظور درمان بیماری های فرسایش استخوان در این مسیر بیوسنتزی تاثیر گذار هستند.

گیاهان و بسیاری از تک سلولی ها از جمله عامل مالاریا، ترپنوئید های مورد نیاز متابولیسم خود را از طریق مسیر های دیگری بنام مسیر های غیر موالوناتی تولید می کنند. به علاوه بسیاری از باکتری ها از همچون عامل سل به جای مسیر IPP و DMAPP ، از طریق مسیر غیر موالوناتی عمل می کنند.

فرایند این مسیر موالونات از آن جایی آغاز می شود که استیل کوآنزیم آ ، با یکی دیگر از زیر واحد های حاصل از چرخه ی اسید سیتریک ، به شکل استو استیل کوآ در می آید. در این قسمت از فرایند، استیل کوآ ترانسفراز نقش اصلی را ایفا می کند.

مسیر غیر موالوناتی این مسیر که با نام مسیر متیل اریترول فسفات(MEP Pathway) نیز شناخته می شود، یک مسیر جایگزین برای رسیدن به ایزوپنتنیل پیروفسفات(IPP) و دی متیل آلیل پیروفسفات (DMAPP) می باشد. -2-C-methyl-D-erythritol 4-phosphate در مرحله ی بعد، استیل کوآ به شکل متراکم با استواستیل کوآ در هم آمیخته و به شکل 3-هیدروکسی3- متیل گلوتاری کوآ در می آید.(HMG-COA)   HMG-COA توسط NADPH به موالونات کاهش می یابد. این واکنش در سیتوزول رخ می دهد. همین مرحله است که در سنتز کلسترول و محدود کردن آن ایفای نقش می کند. سپس موالونات به 5- فسفو موالونات(فسفو موالونیک اسید) تبدیل می شود . در ادامه 5- فسفو موالونات به 5- پیروفسفو موالونات تبدیل می شود. در مرحله ی بعد DOXP ی تولید شده توسط آنزیم DOXP Reductase ، تولید 2- متیل ریتریتول-4- فسفات(MEP) می کند. سپس MEP توسط آنزیم MEP سیتیدیل ترانسفراز، تولید 4- دی فسفو سیتیدیل -2- متیل ریتریتول می کند. -  

در ادامه محصول مر حله ی قبلی توسط آنزیم CMK به 4- دی فسفو سیتیدیل -2- متیل اریتریتول-2- فسفات تبدیل می شود. - 4-diphosphocytidyl-2-C-methyl-D-erythritol 2-phosphate (CDP-MEP) آنزیم MSC در مرحله ی بعدی ، CDP-MEP را به 2-متیل اریتریتول-4- سیکلو پیروفسفات مبدل می سازد. - 2-C-methyl-D-erythritol 2,4-cyclopyrophosphate(MEcPP) MEcPP با دخالت آنزیم HMB-PP سنتاز ، 4-هیدروکسی -3-متیل -2- انیل پیروفسفات را ایجاد می کند - 4-Hydroxy-3-methyl-but-2-enyl pyrophosphate(HMB-PP) در مرحله ی آخر HMB-PP توسط HMB-PP reductase به IPP و DMAPP تبدیل می شود.