Введение
Фенилпропаноиды – это разнообразное семейство органических соединений, биосинтезируемых растениями из аминокислот фенилаланина и тирозина в шикиминовом пути. Их название происходит от шестиуглеродной ароматической фенильной группы и трехуглеродного пропенового фрагмента кумаровой кислоты, являющейся центральным промежуточным продуктом в биосинтезе фенилпропаноидов. От 4 молекул кумароил-КоА начинается биосинтез множества природных соединений, включая лигнолы (предшественники лигнина и лигноцеллюлозы), флавоноиды, изофлавоноиды, кумарины, ауроны, стильбены, катехин и фенилпропаноиды. Кумароил образуется из коричной кислоты. Фенилпропаноиды широко распространены в растительном царстве, где они служат важными компонентами ряда структурных полимеров, обеспечивают защиту от ультрафиолетового излучения, защищают от травоядных и патогенов, а также опосредуют взаимодействие растений с опылителями в качестве цветочных пигментов и ароматических веществ.
Гидроксицинновые кислоты
Фенилаланин сначала превращается в коричную кислоту под действием фермента фенилаланин-аммиачной лиазы (PAL). Некоторые растения, преимущественно однодольные, используют тирозин для синтеза п-кумаровой кислоты при участии бифункционального фермента фенилаланин/тирозин-аммиачной лиазы (PTAL). Последовательность ферментативных гидроксилирований и метилирований приводит к образованию кумаровой, кофеиновой, феруловой, 5-гидроксиферуловой и синапиновой кислот. Превращение этих кислот в соответствующие эфиры образует некоторые летучие компоненты травяных и цветочных ароматов, выполняющие множество функций, например, привлечение опылителей. Этилкинамат – типичный пример.
Альдегиды и монолигнолы цинамических соединений
Восстановление карбоксильных групп в коричных кислотах приводит к образованию соответствующих альдегидов, таких как циннамальдегид. Дальнейшее восстановление дает монолигнолы, включая кумариловый спирт, конифериловый спирт и синапиловый спирт, которые различаются только степенью метоксилирования. Монолигнолы – это мономеры, которые полимеризуются с образованием различных форм лигнина и суберина, используемых в качестве структурных компонентов клеточных стенок растений. Фенилпропены, фенилпропаноиды, имеющие аллилбензол (3-фенилпропен) в качестве исходного соединения, также происходят от монолигнолов. Примеры включают эвгенол, хавикол, сафрол и эстрагол. Эти соединения являются основными компонентами различных эфирных масел.
Кумарины и флавоноиды
Гидроксилирование коричной кислоты в 4-й позиции транс-цинамат-4-монооксигеназой приводит к образованию п-кумаровой кислоты, которая может быть далее модифицирована в гидроксилированные производные, такие как умбеллиферон. Другое применение п-кумаровой кислоты, посредством ее тиоэстера с коферментом А, то есть 4-кумароил-КоА, – это синтез халконов. Это достигается путем присоединения трех молекул малонил-КоА и их циклизации во вторую фенильную группу. Халконы являются предшественниками всех флавоноидов, разнообразного класса фитохимических веществ.
Стильбеноиды
Стильбеноиды, такие как ресвератрол, являются гидроксилированными производными стильбена. Они образуются в результате альтернативной циклизации циннамоил-КоА или 4-кумароил-КоА.
Спорополлинин
Фенилпропаноиды и другие фенольные соединения входят в химический состав спорополенина. Он родственно связан с кутином и суберином. Это недостаточно изученное вещество, содержащееся в пыльце, обладает необычайной устойчивостью к разрушению. Анализы выявили смесь биополимеров, состоящую главным образом из гидроксилированных жирных кислот, фенилпропаноидов, фенолов и следов каротиноидов. Эксперименты с использованием меченых соединений показали, что фенилаланин является основным предшественником, однако другие источники углерода также участвуют в его образовании. Вероятно, спорополенин образуется из нескольких предшественников, которые химически сшиваются, формируя прочную структуру.