Пространства между деревьями в жаркий летний день полны мельчайших странников. Как эскадра оранжеватых фрегатов, спешит толпа молекул лимонена, выделяющегося из смолы. Белёсыми каравеллами скользят молекулы туйона, отправляющиеся из туманного порта полыни. От засушенных цветочков ландыша, стоящих букетиком на окне лесника, отходят скромные лодчонки гераниола. От мягких листочков мяты спешат изящные и быстрые клипера, сразу привлекающие внимание стройным силуэтом и раскрашенными бортами - молекулы ментола. И, наконец, совсем невзрачные, совсем маленькие ялики - молекулы изопрена.
Все эти вещества - терпены. Запах многих растений часто обуславливают именно они. О том, как синтезируются терпены в растениях, мы рассказали раньше.
Вкратце, структурным мономером терпенов является изопреновое звено, но реально синтез идёт не из изопрена, а из изопентинилпирофосфата - "активного изопрена" (в структурном смысле - изопрена с присоединённым пирофосфатным фрагментом).
Синтез терпенов напоминает лесенку.
- Приступочком служит изомеризация изопентинилпирофосфата (С5) в диметилаллилпирофосфат (С5).
- Далее следуют ступеньки. Диметилаллилпирофосфат (С5) конденсируется с изопентинилпирофосфатом (С5) с образованием геранилпирофосфата (С5 + С5 = С10) - первая ступенька. Геранилпирофосфат (С10) опять конденсируется с изопентинилпирофосфатом (С5) с образованием фарнезилпирофосфата (С10 + С5 = С15) - вторая ступенька. И так далее.
- От приступочки и от ступенек отходят коридоры: вещества на них можно модифицировать различными способами, поэтому они служат родоначальниками подклассов терпенов.
Чтобы синтезировать простейший терпен - гемитерпен изопрен, растению нужно всего два шага: изомеризация изопентинилпирофосфата в диметилаллилпирофосфат (приступочка), а потом отсоединение пирофосфатного фрагмента (коридор от приступочки).
Сам изопентинилпирофосфат синтезируется вовсе не из изопрена, иначе такая схема не имела бы смысла, поэтому можно подумать, что изопрен в чистом виде растениям совсем чужд. Но это не так) Изопрен есть в растениях. Он летуч, поэтому легко переходит в жару в газообразную форму, и мы замечаем его присутствие. Особенно любят выпускать изопреновые ялики, такие простые по сравнению с закрученными и изощренными молекулами других летучих растительных веществ, дубы, ивы и тополя.
Если посмотреть на местность сверху, мы заметим, что фрегаты, каравеллы и другие летучие странники распределены по ней неравномерно. Вот, например, пестрота разноцветных парусов яликов изопрена почти пропадает над полями культурных растений. Будто избегают они плавать в золотистых пшеничных заливах. Это связано с тем, культурные растения по большей части или полностью утратили верфи, на которых идёт строительство изопрена, а именно - потеряли изопренсинтазу. Соя культурная, впрочем, потеряла эту способность совсем недавно, на что указывает высокое сходство гена изопренсинтазы у Сои обыкновенной и его остатков у Сои культурной.
Почему культурные растения решили убрать изопреновые верфи, мы не знаем. Вообще, на изопреновых яликах ходит береговая охрана и защищает растения от активных форм кислорода и от озона. Кроме того, некоторые изопреновые ялики после коротких пробежек по транспортным сетям растения встраиваются своими маленькими, но прочными корпусами в фотосинтетические мембраны и стабилизируют их. Вероятнее всего, культурные растения живут в слишком спокойных и стабильных условиях, поэтому затраты на строительство изопрена у них превышают выгоды от его использования. Тем не менее, некоторые учёные предлагают генетической модификацией вернуть изопреновые верфи культурным растениям. Правда, в регионах с развитой агропромышленностью и большой посевной площадью при этом может измениться местный климат (Lantz, 2019).
Подписывайтесь на канал "Мятликовый ветер", чтобы узнать больше о загадках природы:)
Использованная литература
Хелдт Г. В.: Биохимия растений. - М.: Бином. Лаборатория знаний, 2014. - 471 с.
Lantz A. T. et al. Isoprene: New insights into the control of emission and mediation of stress tolerance by gene expression //Plant, Cell & Environment. – 2019. – Т. 42. – №. 10. – С. 2808-2826.