Хоризмовая кислота¶

Хоризмовая кислота — это органическое соединение, предшественник биосинтеза ароматических аминокислот (фенилаланина, тирозина и триптофана) у растений, грибов и микроорганизмов. Является ключевым метаболитом в шикиматном пути, который отсутствует у животных, что делает её важной мишенью для создания гербицидов и антибактериальных препаратов.

¶Химическое строение и свойства

Хоризмовая кислота (7-фосфо-3-дезокси-D-арабино-гептулозоновая кислота) представляет собой циклогексадиеновое производное с боковой цепью, содержащей енольную и карбоксильную группы. Молекулярная формула — C₁₀H₁₀O₆. В чистом виде это белое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде и полярных органических растворителях.

Соединение нестабильно в щелочной среде и при нагревании, легко изомеризуется в префеновую кислоту. В клетках хоризмовая кислота накапливается в виде аниона (хоризмата), который является более стабильной формой.

¶Биосинтез и роль в метаболизме

¶Шикиматный путь

Хоризмовая кислота образуется в результате семи ферментативных реакций шикиматного пути, начиная с конденсации фосфоенолпирувата и эритрозо-4-фосфата. Ключевым ферментом является 5-енолпирувилшикимат-3-фосфатсинтаза (EPSP-синтаза), которая катализирует образование 5-енолпирувилшикимат-3-фосфата — непосредственного предшественника хоризмовой кислоты.

¶Дальнейшие превращения

Хоризмовая кислота является точкой ветвления метаболизма:

• Префеновая кислота — через перегруппировку Кляйзена (фермент хоризматмутаза) → фенилаланин и тирозин;
• Антраниловая кислота — через антранилатсинтазу → триптофан;
• 4-гидроксибензойная кислота — через хоризматпируватлиазу → убихинон;
• п-аминобензойная кислота — через аминодезоксихоризматсинтазу → фолаты.

¶Биологическое значение

У растений хоризмовая кислота обеспечивает до 30 % углерода, фиксируемого в процессе фотосинтеза, направляемого на синтез ароматических соединений. Помимо аминокислот, из неё образуются:

• салициловая кислота (сигнальная молекула иммунитета);
• алкалоиды и кумарины;
• лигнин и другие фенольные соединения.

У бактерий и грибов хоризмовая кислота служит предшественником вирулентных факторов, пигментов (например, меланинов) и сидерофоров.

¶Применение в науке и промышленности

¶Гербициды

Ингибитор EPSP-синтазы глифосат (N-(фосфонометил)глицин) блокирует синтез хоризмовой кислоты, что приводит к гибели растений. Это один из самых распространённых гербицидов в мире, применяемый для борьбы с сорняками в сельском хозяйстве.

¶Антибактериальные препараты

Поскольку шикиматный путь отсутствует у млекопитающих, ферменты биосинтеза хоризмовой кислоты рассматриваются как перспективные мишени для разработки новых антибиотиков. Исследуются ингибиторы хоризматмутазы и антранилатсинтазы, эффективные против Mycobacterium tuberculosis и Pseudomonas aeruginosa.

¶Биотехнология

Штаммы Escherichia coli и Saccharomyces cerevisiae с модифицированным шикиматным путём используются для промышленного получения ароматических аминокислот, а также пара-гидроксистирола и других ценных соединений. Генно-инженерные подходы позволяют увеличить выход хоризмовой кислоты в 10–50 раз по сравнению с диким типом.

¶История открытия

Хоризмовая кислота была впервые выделена в 1959 году американским биохимиком Бернардом Дэвисом из культуры мутантных штаммов Aerobacter aerogenes. Название происходит от греческого слова «хоризма» (χόρισμα), означающего «разделение», что отражает её роль как точки расхождения путей биосинтеза ароматических соединений. Полный синтез соединения в лабораторных условиях был осуществлён в 1967 году группой Эдварда Кори.

¶Интересные факты

• Хоризмовая кислота является одним из немногих природных соединений, содержащих циклогексадиеновый фрагмент с двумя сопряжёнными двойными связями.
• У некоторых паразитических простейших (например, Plasmodium falciparum) шикиматный путь обнаружен в пластидах, что делает его потенциальной мишенью для противомалярийных препаратов.
• В 2020-х годах разработаны методы «хоризматного шунта» для получения салициловой кислоты — предшественника аспирина — микробиологическим способом вместо химического синтеза.

¶См. также

• Шикиматный путь
• Префеновая кислота
• Глифосат

¶Источники

• Дэвис Б. Д. «Биосинтез ароматических аминокислот» // Advances in Enzymology, 1959.
• Кори Э. Дж. «Полный синтез хоризмовой кислоты» // Journal of the American Chemical Society, 1967.
• Херрманн К. М., Уивер Л. М. «Шикиматный путь» // Annual Review of Plant Physiology, 1999.
• Майер П. «Хоризмовая кислота: метаболизм и биотехнологическое значение» // Metabolic Engineering, 2015.