Микроорганизмдер түзетін антибиотиктер биосинтезінің метаболизм жолдары

Антибиотиктер екіншілік метаболиттер бола отырып негізінде дақылдың стационарлық өсу фазасында - идиофазада түзіледі. Олар өндіруші клеткалар ішінде жиналады және аздаған мөлшері клеткадан тыс ортаға бөлінеді (нистатин), тен көлемде клетка ішінде және қарқынды түрде сыртқы ортаға бөлінеді (ристомицин, кандимицин) немесе дақылдық ортаға бөлінуі басым болуы стрептомицинге, тетрациклинге, макролидтерге тән.

Құрылымы негізінде қош иісті қосылыстар құрайтын көптеген антибиотиктер кездеседі. Оларды микроорганизм клеткалары қош иісті амин қышқылдар ауысуындағы аралық және ақырғы өнімдерінен түзеді – бұл шиким қышқылының биосинтез жолы. Сонымен, хлорамфеникол мен коринецинде кездесетін С-С байланыстары хоризм қышқылынан «ауыстырылған» (n-аминофенилаланин - аралық метаболит арқылы), рифампициннің қош иіс компоненті – антранил қышқылынан; актиномициннің қош иісті сақиналары – триптофаннан және т.б.

Негізін салушы – шиким қышқылы эритрозо-4-фосфаты (пентозо-фосфатты циклдің өнімі) фосфоенолпируватпен (гликолиз өнімі) конденсация нәтижесінде пайда болады, кейін ол хоризм қышқылына ауысады. Str.venezuelae клеткаларының хлорамфениколды синтездеуі тирозин - қош иісті аминқышқылдың биосинтезіне ұқсас келеді. Бірақ, хлорамфеникол синтезінде хоризм қышқылы n-аминофенилпирожүзім қышқылына ауысады, ал тирозин синтезінде ол n-оксифенилпирожүзім қышқылына ауысады.

Көптеген антибиотиктер биосинтезінің басты кезені полимеризация реакциясы конденсация жолымен:

- поликетидті синтездегі ацетат-малонатты бірліктерді (сирек пропионат-метилмалонатты), полимер тізбегінде кето- және метилен топтары кезектесіп отырады;

- тиоматрицалық механизмі бойынша олиго- және полипептидтер түзілуімен жүретін аминқышқылдарды;

- моноқанттарды (аминоқанттар) олигосахаридтер түзілуімен іс атқарады.

Осындай конденсация реакциялары микроорганизмдердің клетка қабырғасы компоненттерінің синтезі жүретін метаболизмнің негізгі жолдары реакцияларына ұқсас. Сонымен, поликетидті синтезді, және белгілі деңгейде тиоматрицалық механизмді де клетка мембранасы құрамындағы майлы қышқылдар биосинтез реакцияларының туындылары деп қарастыруға болады, ал көмірсулы текті антибиотиктердің түзілуі грам теріс микроорганизмдердің клетка қабырғасындағы полисахаридтер синтезіне ұқсас келеді.

Полимеризацияны қоса антибиотиктер қандайда болмасын біріншілік метаболиттердің модификациясы жолымен немесе бірнеше модификацияланған метаболиттер конденсациясынан синтезделуі мүмкін.

Әр антибиотиктің синтезі нуклеозидтер метаболизміне байланысты. Стрептомицин, сизомицин және гентамицин аминогликозидтерінің құрылымды формулаларын талдау негізінде жасалған болжамда, олардың биосинтезі көмірсулы бірліктерге (глюкоза, аминқанттары) негізделген. Аминогликозид молекуласында глюкозадан қанттар қалдығы ғана емес, тағы олардың аминоциклотолды фрагмент түзілетіні анықталды. Стрептомицин молекуласының басқа екі фрагменті – пентоза (стрептоза) және L-глюкозамин табиғаттары көмірсулар. Синтездің соңы осындай үш компоненттің стрептомицин молекуласында жиналуымен аяқталынады. Осы антибиотиктің биосинтезін жиырмаға жуық түрлі микроорганизмдер ферменттері атқарады.

Актиномицеттер және кейбір мицеллалы саңырауқұлақтар өндіретін нуклеозидті табиғаты бар 150 астам антибиотиктер белгілі. Олардың биосинтезі пуринді және пиримидинді нуклеотидтер синтезінің метаболизм жолдарына ұқсас. Мысалы, Str. аntibioticus өндіретін вирусқа қарсы препарат - видарабин аденозиннің метаболизм жолдарынан түзіледі. Фунгицидті әсері бар және ауыл шаруашылығында қолданатын полиоксин тұқымдасты антибиотиктер топтары осы нуклеозидті текті, уридин метаболизм жолдарынан синтезделінеді.

Көптеген антибиотиктер саны поликетидті жолмен синтезделінеді. Бұл эритромицин, тетрациклин, рифампицин, макролидтер, полиэфирлі антибиотиктер. Оларды актиномицеттер, сирек микобактериялар мен псевдомонадалар өндіреді. Белгілі антибиотикалық қосылыстардың полимеризация механизмдері клетка мембранасының майлы қышқылдар биосинтезіне ұқсас. Құрылысы ұқсас ферменттер қатысуымен өтетін биохимиялық реакциялары да ұқсас келеді. Мысалы, актиномицеттерде күрделі тиоэфир байланысты түзетін ацетат пен малонаттың активті формасының (ацетилСоА және малонил СоА) конденсациясы екі синтезбен атқарылады - I және II типтегі поликетометилсинтезалармен; поликетидті антибиотиктер мен майлы қышқылдардың биосинтезінің бастапқы процесі ұқсас болады.

Пропион қышқылы мен пропил спирті метилмалонил СоА арқылы макролидті антибиотиктер биосинтезін белсендіреді. Малон қышқылының моноамиді тетрациклин синтезін белсендіреді. Эритромицин - кето- және метил топтарын тасушы 14-атомды лактонды макроцил, екі қанттың қалдықтары келесі құрылысты блоктардан конденсацияланады: ацетаттың 1 молекуласы, малонаттың 4 молекуласы, метилмалонаттың 7 молекуласы мен этилмалонаттың 1 молекуласы. Рифампициннің құрылысты блоктары құрайды: 3-амино-5-гидроксибензой қышқылы, малонаттың 2 қалдығы, 6 метилмалонатты қалдықтары.

Полиэфирлі қосылыстарға жататын 80 жуық антибиотиктер синтезделген. Бұл монензин, салиномицин және т.б. Кокцидиозда фунгистатик ретінде, ауылшаруашылық жануарларды өсіру стимуляторлар ретінде қолданылады. Монензин А құрылысты блоктары: ацетонның 1 молекуласы, малонаттың 4 молекуласы, метилмалонаттың 7 молекуласы мен этилмалонаттың 1 молекуласы.

Бірқатар пептидті антибиотиктер рибосомада нәруыздар транскрипциясы мен трансляция жүйелері көмегімен өндіріледі. Осындай антибиотиктерді лантибиотиктер деп атайды (цистеин мен серин немесе треонин қалдықтары арасында күкірт сутекті байланыстары бар лантионинді құрылымдары болуы). Бұл стрептококктар мен бациллалар өндіретін низин мен субтилин; актиномицеттермен - анковенин мен актогардин. Олар рибосомада түзілетін прелантибиотиктер деп аталатын аса үлкен пептидтерден түзіледі. Мысалы, грамицидин С – циклды пептидті антибиотик B. brevis-тің идиофазасында өндіріледі, себебі грамицидин С-синтетаза клеткада логарифмдік өсу фазасының аяғына дейін түзілмейді. Бұл күрделі антибиотик, екі тізбектерінің әр қайсысында 5 аминқышқылды қалдықтары бар - фенилаланин, пролин, орнитин, валин және лейцин.