Шикимовая кислота , более известная как ее анионная форма шикимат , представляет собой циклогексен , циклитол и циклогексанкарбоновую кислоту . Это важный биохимический метаболит в растениях и микроорганизмах. Ее название происходит от японского цветка шикими (シキミ, японский звездчатый анис , Illicium anisatum ), из которого она была впервые выделена в 1885 году Йоханом Фредриком Эйкманом . [1] Выяснение ее структуры было сделано почти 50 лет спустя. [2]
Фосфоенолпируват и эритрозо-4-фосфат конденсируются с образованием 3-дезокси -D- арабиногептулозонат-7-фосфата (DAHP) в реакции, катализируемой ферментом DAHP-синтазой . Затем DAHP преобразуется в 3-дегидрохинату (DHQ) в реакции, катализируемой DHQ-синтазой . Хотя для этой реакции требуется никотинамидадениндинуклеотид (NAD) в качестве кофактора, ферментативный механизм регенерирует его, что приводит к чистому использованию NAD.
ДГК дегидратируется до 3-дегидрошикимовой кислоты ферментом 3-дегидрохинатадегидратазой , которая восстанавливается до шикимовой кислоты ферментом шикиматдегидрогеназой , использующим в качестве кофактора никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФН).
Путь шикимата, названный в честь шикимовой кислоты как важного промежуточного продукта, представляет собой семиступенчатый метаболический путь, используемый бактериями , грибами , водорослями , паразитами и растениями для биосинтеза ароматических аминокислот ( фенилаланина , тирозина и триптофана ). Этот путь не встречается у животных; поэтому фенилаланин и триптофан являются незаменимыми питательными веществами и должны поступать из рациона животных. Тирозин не является незаменимым, так как он может быть синтезирован из фенилаланина, за исключением людей, неспособных гидроксилировать фенилаланин в тирозин .
Фенилаланин и тирозин являются предшественниками, используемыми в биосинтезе фенилпропаноидов . Затем фенилпропаноиды используются для производства флавоноидов , кумаринов , танинов и лигнина . Первым задействованным ферментом является фенилаланинаммиаклиаза (PAL), которая преобразует L - фенилаланин в транс - коричную кислоту и аммиак .
Галловая кислота образуется из 3-дегидрошикимата под действием фермента шикиматдегидрогеназы с образованием 3,5-дидегидрошикимата . Это последнее соединение спонтанно перестраивается в галловую кислоту. [3]
Шикимовая кислота является предшественником:
Микоспориноподобные аминокислоты — это небольшие вторичные метаболиты, вырабатываемые организмами, обитающими в среде с большим количеством солнечного света, обычно в морской среде.
В фармацевтической промышленности шикимовая кислота из китайского звездчатого аниса ( Illicium verum ) используется в качестве базового материала для производства осельтамивира ( Tamiflu ). Хотя шикимовая кислота присутствует в большинстве автотрофных организмов, она является биосинтетическим промежуточным продуктом и, как правило, встречается в очень низких концентрациях. Низкий выход изоляции шикимовой кислоты из китайского звездчатого аниса является причиной дефицита осельтамивира в 2005 году. Шикимовую кислоту также можно извлечь из семян плодов амбры ( Liquidambar styraciflua ), [2] которые в изобилии произрастают в Северной Америке, с выходом около 1,5%. Например, для четырнадцати упаковок Тамифлю требуется 4 кг (8,8 фунта) семян амбры. Для сравнения, сообщалось, что звездчатый анис дает от 3% до 7% шикимовой кислоты. Биосинтетические пути в E. coli недавно были улучшены, чтобы позволить организму накапливать достаточно материала для коммерческого использования. [4] [5] [6] Исследование 2010 года, опубликованное Университетом штата Мэн, показало, что шикимовую кислоту также можно легко собрать из иголок нескольких видов сосен . [7]
Защитные группы чаще используются в мелкомасштабных лабораторных работах и начальной разработке, чем в промышленных производственных процессах, поскольку их использование добавляет дополнительные этапы и материальные затраты к процессу. Однако наличие дешевого хирального строительного блока может преодолеть эти дополнительные затраты, например, шикимовая кислота для осельтамивира .
Аминошикимовая кислота также является альтернативой шикимовой кислоте в качестве исходного материала для синтеза осельтамивира.
Шикимат может быть использован для синтеза (6 S )-6-фторшикимовой кислоты , [8] антибиотика, который ингибирует ароматический биосинтетический путь. [9] Более конкретно, глифосат ингибирует фермент 5-енолпирувилшикимат-3-фосфатсинтазу (EPSPS). Генетически модифицированные культуры «Roundup Ready» преодолевают это ингибирование. [10]
Он встречается в листьях древовидного папоротника, специализация которого называется fiddlehead (свернутые листья молодого древовидного папоротника порядка Cyatheales , собираемые для использования в качестве овоща). Эти листья съедобны, но их можно поджарить, чтобы удалить шикимовую кислоту. [11]
Шикимовая кислота также является гликозидной частью некоторых гидролизуемых танинов . Кислота хорошо растворима в воде и нерастворима в неполярных растворителях, и именно поэтому шикимовая кислота активна только против грамположительных бактерий из-за непроницаемости внешней клеточной мембраны грамотрицательных бактерий . [12]