Растения используют характерный для микробов путь производства фенилаланина

Источник: phys.org

Исследователи Университета Пердью (США) обнаружили необычный путь производства фенилаланина в растениях. Фенилаланин – незаменимая аминокислота, являющаяся жизненно важным компонентом белков во всех живых организмах. Известный путь производства аминокислоты в растениях – цепочка химических реакций, в которой исходным веществом является арогеновая кислота. Но команда ученых под руководством профессора Натальи Дударевой обнаружила альтернативный путь, характерный больше для микробов, нежели для растений. Для этой цепочки реакций исходным веществом является фенилуприват. Как отмечает профессор Дударева, ее коллеги получили генетические доказательства этого пути. Исследование открывает новые возможности для метаболической инженерии.

Фенилаланин – ароматическая аминокислота, выполняющая роль строительного блока для многих соединений, необходимых для поддержания структуры растений, их воспроизводства и защиты. Воздействие на альтернативный путь производства может улучшить защиту растений от вредителей. В настоящее время люди и животные не могут получать достаточное количество фенилаланина, опираясь на растительную пищу. Увеличение уровня аминокислоты в растениях может повысить питательную ценность продуктов. Кроме того, фенилаланин является ценным сырьем для химической промышленности и позволяет синтезировать многие важные соединения, такие, как бензойная кислота (компонент обработки лекарств от рака).

В обычном состоянии растения используют в основном путь, начинающийся с арогената. Но производство по альтернативному пути увеличивается, когда какие-либо факторы ограничивают способность растения в использовании главного пути. Когда исследователи блокировали отдельно каждую из двух стадий главного пути в цветах петунии, уровень фенилаланина уменьшился. Но как только были заблокированы обе стадии, производство аминокислоты резко возросло. Именно тогда ученые выдвинули гипотезу о существовании альтернативного пути. Что удивительно, синтез фенилаланина из фенилпирувата происходит за счет переноса аминогруппы от тирозина, другой незаменимой аминокислоты. По словам профессора Дударевой, весьма необычно, что клетка жертвует тирозином для получения фенилаланина. Может быть, именно поэтому альтернативный путь не был открыт ранее.

Ферменты главного пути жестко контролируются, для сбалансированного производства фенилаланина. Как только уровень кислоты превышает определенную концентрацию, синтез прекращается. Что касается альтернативного пути, им управлять намного проще – достаточно регулировать количество тирозина. По идее, можно получить столько фенилаланина, сколько необходимо. Что еще важно, главный путь синтеза работает в пластидах – органеллах клеток, которые также участвуют в фотосинтезе. А альтернативный путь реализуется в цитозоле – внутриклеточной жидкости. По словам участника исследования доктора Джошуа Видхама, это первый признак того, что синтез ароматических аминокислот может происходить вне пластид. Возможно, метаболизм ароматических аминокислот в растениях происходит более динамично, чем предполагалось ранее.