Главная Архив сайта Карта сайта Соглашение О проекте Обратная связь

Учёные разгадали, как растения производят кокаин

cocaine

Кокаин — одни из наиболее распространённых (и злоупотребляемых) наркотиков в мире, растительного происхождения. На сей день практически отсутствует современная информация о том, каким образом растения производят этот комплекс сложных алкалоидов, сообщает «labscience.ru».

Специалисты из Института химической экологии им. Макса Планка (Max Planck Institute for Chemical Ecology), находящегося в Йене (Германия), обнаружили важнейшие реакции в формировании кокаина в растениях (кока), произрастающих в южной Америке, а также идентифицировали главный фермент.

Этот фермент, как было показано, принадлежит семейству белков альдо-кето-редуктазы (aldo-keto-reductase). С помощью него учёные раскрыли некоторую новую интересную способность проникновения в суть развития биосинтеза кокаина.

Алкалоиды представляют собой большую группу природных азотосодержащих соединений, оказывающих различные эффекты на человеческий организм. Огромное разнообразие растительных алкалоидов обладает сильными фармакологическими действиями, которые используются в качестве токсинов, стимуляторов, фармацевтики или даже рекреационных наркотиков, в том числе и кофеин, никотин, морфин, хинин, стрихнин, атропин и кокаин. Атропин, используемый для расширения зрачков глаза и вызывающий привыкание кокаин, являются тропановыми алкалоидами, которые обладают некоторыми отличительными чертами.

Обычно растения производят тропаны и другие алкалоиды для защиты от травоядных животных и других вредителей. Известно 7 разновидностей растений, производящих тропановые алкалоиды, и вот некоторые из них: Капустные (Brassicaceae), Паслёновые (Solanaceae) и Эритроксиловые (Erythroxylaceae). Эти семейства не имеют никакой общей связи между собой.

Например, считается, что последний общий предок эритроксиловых и паслёновых произрастал около 120 миллионов лет назад. Но на сколько схожи биосинтетические тропановые алкалоиды в этих семействах? Существовал ли хоть один оригинальный алкалоид, который, может быть, был потерян в растениях в ходе эволюции? Или же по различным причинам биосинтез тропанового алкалоида возник независимо друг от друга.

Джон Д’Aурия — руководитель проекта на отделении биохимии в Институте химической экологии им. Макса Планка, изучал растения коки, из которого получают кокаин. Как известно, местные племена Южной Америки выращивали коку и жевали его листья. Хотя, за последние 40 лет формирование кокаина не было исследовано, биосинтез соответствующих тропановых алкалоидов, атропина был хорошо установлен. В предпоследнем шаге кетонная функция свелась к остатку алкоголя. Это ключевая реакция катализируется ферментом с короткой цепью дегидрогеназы / редуктазы (SDR). Среди этой группы ферментов также много алкоголя, который способствует ухудшению дегидрогеназы у животных.

Чтобы найти соответствующий фермент в биосинтезе кокаина, Ян Джиршицка, аспирант философии, искал геном в растении коки, чтобы обнаружить наличие SDR-белков. Тем не менее, все SDR гены, которые он клонирован, не показали какой-либо деятельности для ключевой реакции в формировании кокаина. Таким образом, он использовал более классический подход — идентификация синтезирующего фермента кокаина из листьев коки, очищая ответственный белок и изолируя полипептиды, и только после частичного секвенирования — клонировал соответствующий ген.

«Мы получили два очень интересных результата», — говорит Джонатан Гершензон, директор института. «Ферментативные реакции аналогичны, что в синтезе атропина — происходит преобразование кетогруппы в спирте, где она катализируется совершенно с другим ферментом, что в растении коки, что в паслёновых, а именно альдо-кето-редуктазе (АКР)». Фермент был назван метилэкгонин редуктазы (MecgoR). Ферменты AKР обнаружены как в растениях, так и у млекопитающих, амфибий, дрожжей, простейших и бактерий. Они участвуют в образовании гормонов, например, стероидов. Второй результат заключается в том, что ген MecgoR, также как и белок, является очень активным в молодых листьях растений коки, но, отнюдь, не в его корнях. С другой стороны, Атропин синтезируется исключительно в корнях белладонны, откуда он транспортируется в зелёные органы растений.

Основываясь на этих результатах, специалисты из института Макса Планка пришли к выводу, что алкалоиды в растениях коки и белладонны развивались совершенно независимо друг от друга.

Исследование MecgoR в биосинтезе кокаина представляет собой большой успех. Но, в настоящее время учёные всё же продолжают выявлять другие важные шаги. Также возник интерес узнать, как кокаин хранится в тканях листа в таких больших количествах. Этот алкалоид может составлять до 10% от сухого веса незрелых листьев коки.

Опубликовано: 07.06.2012 в 23:46

Добавить комментарий