Из экспериментов с включением меченой уксусной кислоты следует, что многие антибиотики синтезируются путем конденсации ацетатных единиц «голова к хвосту», т. е. с образованием связи между углеродным атомом карбоксильной группы и углеродным атомом метильной группы следующей единицы. По-видимому, иногда структурной единицей вместо ацетата является пропионат, причем в этом случае связь образуется между углеродным атомом карбоксильной группы и метиленовой группой следующей единицы, в результате чего синтезируется метилза-мещенная цепь.
В этой биогенетической группе можно обнаружить совершенно разные структуры: изолированные или конденсированные ароматические кольцевые структуры, хиноны, макролиды, ан-замицины. Такое разнообразие является результатом сравнительно небольших вариаций биосинтетического процесса, который в принципе во многом близок биосинтезу жирных кислот.
Чтобы представить себе процесс полимеризации, приводящий к синтезу жирных кислот, рассмотрим в качестве примера биосинтез пальмитиновой кислоты. Можно видеть, что уксусная кислота непосредственно участвует только в инициации цепи, а основной мономерной единицей является малоновая кислота. Однако малоновая кислота образуется из уксусной путем карбоксилирования последней, и поэтому опыты с включением меченых предшественников указывают, что цепь строится исключительно из ацетатных единиц.
Для удлинения цепи как уксусная кислота, так и малоновая должны сначала активироваться. Активация происходит за счет образования тиоэфирной связи с коферментом A (CoASH). Ацетат и малонат благодаря наличию тиоэфирной связи с коферментом переносятся к ферментной системе, осуществляющей полимеризацию и восстановление карбонильных групп с образованием метиленовых групп [путем восстановления в окси-группу, дегидрирования и восстановления двойной связи (не показано на схеме)]. В клетках эукариот эти реакции осуществляются мультиферментным комплексом с очень высокой молекулярной массой (>2 000 000), тогда как у бактерий разные реакции катализируются отдельными ферментами.
Принципиальное отличие системы синтеза жирных кислот от системы, ответственной за биосинтез вторичных метаболитов, заключается в восстановлении карбонильных групп, которое при синтезе жирных кислот происходит немедленно после конденсации очередной единицы и до начала конденсации сле-дующей. При биосинтезе вторичных метаболитов такого восстановления или не происходит (и тогда образуются, как мы увидим далее, ароматические структуры), или оно осуществляется только частично, до стадии образования гидроксильной группы или двойных связей, давая начало макролидным структурам.
Другим важным отличием является способность систем, синтезирующих некоторые антибиотики, использовать для элонгации метилмалонат (который может образовываться при кар-боксилировании пропионата) с образованием метилированных цепей. В некоторых случаях используется и этилмалонат, что приводит к образованию этилзамещенных цепей. Аналогично тому, как включение пропионата указывает на то, что цепи синтезируются из метилмалонатных единиц, включение остатков масляной кислоты означает, что промежуточным продуктом является этилмалонат.
Инициатором цепи при синтезе жирных кислот обычно является активированная уксусная кислота, но при синтезе жирных кислот у бактерий это могут быть другие соединения, например пропионат и изовалериановая кислота.
При биосинтезе антибиотиков помимо уксусной и пропионо-вой кислот в качестве инициатора, как мы увидим позже, могут использоваться малонамид и другие более сложные соединения. На рис. 6.15 представлена схема образования цепи при синтезе антибиотиков, происходящих из ацетата и пропионата.
Чтобы связать первичный и вторичный метаболизм, вспомним, что ацетилкофермент А является нормальным продуктом обмена глюкозы; малонилкофермент А также является нормальным продуктом метаболизма, образующимся при карбок-силировании ацетилкофермента А. Аналогичным образом ме-тилмалонилкофермент А может образовываться путем карбок-силирования пропионилкофермента А, но чаще получается с помощью других путей, например при изомеризации сукцинил-кофермента А.
Структура антибиотика определяется главным образом длиной цепи и степенью ее восстановленности. В цепях, образованных исключительно из ацетатных единиц, в том случае, когда карбонильные группы не восстановлены, чередуются метилено-вые и карбонильные группы (поликетометиленовые или поли-кетидные цепи). Метиленовые группы в этих структурах высокоактивны и стремятся конденсироваться с карбонильными группами с образованием колец, которые по стерическим причинам содержат преимущественно шесть атомов. Енолизация непрореагировавших карбонильных групп приводит к ароматизации структуры.