Metaboliczny szlak produkcji psilocybiny

by micro

źródło: http://www.shroomery.org/6227/The-Metabolic-Pathway-of-Psilocybin-Production

Szlaki metaboliczne są ważne do zrozumienia gdy staramy się z żywego organizmu wytworzyć pewną substancję. Wytwarzanie psilocybiny rozpoczyna się od choryzmianu, który wytwarzany jest w cyklu kwasu szikimowego. Cykl szikimowy występuje w wielu różnych roślinach, grzybach i bakteriach, lecz nie występuje u zwierząt, i jest ważny przy tworzeniu wielu różnych związków aromatycznych, włączając w to wiele antybiotyków i opartych na tryptaminie dragów psychedelicznych, takich jak DMT, alkaloidy sporyszu i psilocybina. Dla jakichkolwiek badań naukowych na temat ich wytwarzania bardzo ważne jest poznanie szlaku metabolicznego. Zamysłem tego dokumentu jest po prostu wypisanie wszystkich produktów i enzymów by można po nie sięgnąć kiedy przyjdzie potrzeba.

Pierwszym głównym krokiem jest cykl szikimowy, który przeprowadzany jest w cytozolu komórek grzybów. Wytwarza on produkt zwany choryzmianem, który wykorzystywany jest do syntezy folianu, ubichinonu, fenylalaniny, tyrozyny i tryptofanu. Cykl ten rozpoczyna się od fosfoenylopirogronianu, produktu glikolizy, oraz erytrozo-4-fosforanu, produktu cyklu fosforanów pentoz (produkt uboczny wytwarzany przez enzym transketolazę), który działa jako donor fosforanu. Szlaki te zostały zilustrowane poniżej. Szlak zaczyna się od produktów początkowych i następnie idzie w prawo do enzymu, co wytwarza kolejny produkt:

Produkt	Enzym
fosfoenolopirogronian + erytrozo-4-fosforan	syntaza DHAP =>
7P-2-dehydro-3-deoksy-d-arabino-heptonian	syntaza 3-dehydroquinate* =>
dehydroquinate*	dehydrataza 3-dehydroquinate* =>
dehydroszikimian	5-dehydrogenaza szikimianu =>
szikimian	kinaza szikimianu =>
szikimiano-3-P	syntaza EPSP =>
5-0-(1-karboksywinyl)-3-fosfoszikimian	syntaza choryzmianu =>
choryzmian

* brak tłumaczenia

Choryzmian może teraz wejść na każdy z pięciu szlaków; my skupimy się na cyklu tryptofanu:

Produkt	Enzym
choryzmian	syntaza 2-deoksyizochoryzmianu =>
2-amino-2-deoksychoryzmian	syntaza antranilanu =>
antranilan	transferaza fosforybozylo-antranilanu =>
N-(5'fosforybozylo) antranilan	izomeraza N-(5'fosforybozylo)-antranilanu =>
enolo-1-0-karboksyfenyloamino-1-deoksyrybulozo fosforan	syntaza indolo-3-fosfoglicerolu =>
indolo-3-fosfoglicerol	syntaza tryptofanu (podjednostka a) =>
indol	syntaza tryptofanu (podjednostka b) =>
tryptofan	dekarboksylaza tryptofanu =>
tryptamina

Tryptofan jest dekarboksylowany przez enzym o nazwie dekarboksylaza tryptofanu i formuje tryptaminę. Jest to ostatni główny krok w cyklu, który jest znacząco wyhamowywany przez mechanizm ujemnego samosprzężenia zwrotnego, co oznacza, że jeśli w komórkach jest za dużo konkretnej substancji enzym zatrzyma przemianę tryptofanu w tryptaminę. Oto spis niektórych inhibitorów dekarboksylazy tryptofanu (skopiowany z dokumentu na lycaeum, URL nieznany).

Inhibicja dekarboksylazy tryptofanu
Rodzaj inhibicji	Inhibitor	% inhibicji
Inhibitory konkurencyjne:	N,N-dimetylotryptamina	65
	kwas indolo-3-octowy	60
(nieznany mechanizm:)	tryptamina	62
	5-hydroksytryptamina (5-HT - serotonina)	45
	indol-3-acetaldehydu	50
Nie inhibitory:	5-metoksy-N,N-dimetylotryptamina	(0)
	5-metoksytryptamina	(0)
	kwas indolo-3-pirogronowy	(0)

Szlak przekształcenia tryptaminy do psilocybiny i psilocyny wciąż jest niejasny, lecz mówi się, że istnieje wiele różnych kroków, gdyż oprócz psilocybiny, która wytwarzana jest najprawdopodobniej z psilocyny przez jeden enzym fosforylazy wytwarzane są ufosforylowane związki pośrednie: beaocystyna i norbaeocytyna. Eksperymenty Gartz'a et al. dotyczące dodania tryptaminy HCL do substratu ukazały wzrost poziomu psilocyny w porównaniu do psilocybiny, co sugeruje, deregulację enzymu fosforylazy na tym etapie, i zapewnia również jakiś możliwy wgląd w ewolucję grzybów psilocybowych.

GŁÓWNE SZLAKI
Oba materiały startowe Szlaku Kwasu Szikimowego, fosfoenolopirogronian i erytrozo-4-fosforan są ostatecznie produktem glukozy. Glukoza jest ufosforylowana przez ATP, który traci grupę fosforylową na korzyść glukozy stając się ADP:

By wyprodukować nasze dwa materiały startowe glukozo-6-fosforan jest następnie wykorzystywany w dwóch różnych cyklach, glikolizy i Cyklu Fosforanów Pentoz.

---

Fosfoenolopirogronian jest produktem ubocznym glikolizy:

---

... a erytrozo-4-fosforan jest produktem ubocznym Cyklu Fosforanów Pentoz (CFP).

---

tłumaczenie: cjuchu

---

References:

• (My Notes)
• Roberts CW, Roberts F, Lyons RE, Kirisits MJ, Mui EJ, Finnerty J, Johnson JJ, Ferguson DJ, Coggins JR, Krell T, Coombs GH, Milhous WK, Kyle DE, Tzipori S, Barnwell J, Dame JB, Carlton J, McLeod R.
  The shikimate pathway and its branches in apicomplexan parasites.
  J Infect Dis. 2002 Feb 15;185 Suppl 1:S25-36
• Niels Jensen: Attempted molecular loning of enzymes from the psilocybin biosynthesis pathway in Psilocybe tampanensis
• The Lycaeum
• http://www.rpi.edu/dept/bcbp/molbiochem/MBWeb/mb1/part2/glycolysis.htm
• http://www.sbuniv.edu/~ggray.wh.bol/tutorial/pentose/step2.htm
• http://www.gwu.edu/~mpb/pentphos.htm

Syntaza choryzmianu

Syntaza choryzmianu (EC 4.2.3.5), siódmy enzym w szlaku przemian szikimanu, katalizuje transformacje EPSP do kwasu choryzmianowego, który jest ostatnim prekurosorem w biosyntezie licznych aromatycznych zwiąków u bakterii, grzybów i roślin. Struktura CS (chorismate synthase) ukazuje nowe {beta}{alpha}{beta}{alpha} zwinięcia, naprzemian wystepujące po sobie ciasno upakowane dwie alpha-helisy i dwie struktury b-harmonijki. Nie wykazując w ten sposób podobieństwa do żadnej udokumentowanej struktury białka. Cząsteczka CS zorganizowana jest jako ciasny tetramer z symetrią D2, w zgodności z jej czwartorzędową strukturą w roztworze.
Skrucony opis białka: Syntaza choryzmianu katalizuje ostatni krok pospolitego szlaku szikimianu prowadzącego do powstawania związków aromatycznych takich jak aminokwasy aromatyczne. Reakcja składa się z 1,4-anty-eliminacji grupy 3-fosforowej oraz C-(6proR) hydrogenacji z 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate do otrzymania choryzmianu. Chociaż reakcja ta nie zawiera wymiany redox netto, obecność enzymu jest absolutnie wymagana do redukcji mononukleotydu flawinowego, który nie został zużyty podczas reakcji. W aktywnej części enzymu znajdują się dwie niezależne reszty histydyny (HIS[17] i HIS[106]). Przy użyciu ukierunkowej mutagenezy obie histydyny zastapiono alaninami, zmniejszając aktywność zmutowanego białka 10 i 20 krotnie odpowiednio dla H106A i H17A. Opierając się na charakterystyce dwóch pojedyńczych zmutowanych białek zapropnowano, że His106 poddaje protonacji pojedyńczy jon zredukowanego FMN, podczas gdy His17 protonuje pozostałą grupe fosforową substratu.
opis i rysunek pochodzą z http://www.bioorganic.ch.pwr.wroc.pl