Purdue Üniversitesi bitki moleküler biyokimyacı Natalia Dudareva ve arkadaşları, tüm canlı organizmalar için önemli bir bileşik olan fenilalanin üretmek için bitkilerin kullandığı ikinci bir yol tanımladılar.
Fenilalanin, proteinlerin yapı taşı ve binlerce bileşiğin öncüsüdür. Bitkiler bu bileşikleri savunma, üreme, büyüme ve gelişmenin yanı sıra polinatörler böcekleri çekmede kullandıkları aromatik bileşiklerin sentezinde de kullanırlar.
Günümüzde fenilalanin, aromalarda, kokularda, biyoyakıtlarda, böcek ilaçlarında kullanılmaktadır.
Bitkilerin fenilalanin üretmek için bir biyolojik yol kullandıkları uzun zamandır kabul edilmekle birlikte, bu bileşiklerin yapılan gözlemlere rağmen üretimi açıklanamamıştı.
Nature Communications dergisinde bildirilen önemli bulguda, tüm sürecin, plastidler adı verilen hücre organellerinden ziyade sitoplazmada gerçekleştiğini göstermektedir.
Dudareva, yaptıkları araştırma için, “Tahmin edilenden farklı bir noktada tamamen ayrılıyor ve tüm yol sitoplazmada lokalize olmuş durumda. Bu beklenmeyen bir durumdu. Kararlı adımdan sorumlu olan gen 20 yıldan beri biliniyor ve şimdiye kadar asla fenilalanin üretiminde yer almıyordu.” diyor.
Fenilalaninden türetilen fitokimyasalların diğerleri arasında çok çeşitli kanser tedavilerinin yanı sıra bir ağrı yönetimi, depresyon ve Parkinson hastalığı için de kullanıldığı düşünülmektedir. Bu bileşiklerin bitkilerden elde edilmesi; fenilalanin öncüsü, hücrelerin plastidlerinden yapıldığında meydana gelen sıkı bir şekilde düzenlenen birkaç adımdan dolayı zor olmuştur. Daha az sıkı kontrol edilen sitoplazmada bu ikinci yolun açığa çıkarılmasıyla, fenilalanin verimini arttırmak için biyoteknolojik yöntemler geliştirilebilir.
Bir sonraki adım, gelecekte keşfedilebileceğimiz daha fazla fenilalanin ve fenilalanin türevli bileşikler üretmek için bu yeni keşfedilen yolu rahat düzenleme ile kullanmak olacaktır.
Abstract
In addition to being a vital component of proteins, phenylalanine is also a precursor of numerous aromatic primary and secondary metabolites with broad physiological functions.
In plants phenylalanine is synthesized predominantly via the arogenate pathway in plastids. Here, we describe the structure, molecular players and subcellular localization of a microbial-like phenylpyruvate pathway for phenylalanine biosynthesis in plants.
Using a reverse genetic approach and metabolic flux analysis, we provide evidence that the cytosolic chorismate mutase is responsible for directing carbon flux towards cytosolic phenylalanine production via the phenylpyruvate pathway.
We also show that an alternative transcription start site of a known plastidial enzyme produces a functional cytosolic prephenate dehydratase that catalyzes the conversion of prephenate to phenylpyruvate, the intermediate step between chorismate mutase and phenylpyruvate aminotransferase. Thus, our results complete elucidation of phenylalanine biosynthesis via phenylpyruvate in plants, showing that this pathway splits from the known plastidial arogenate pathway at chorismate, instead of prephenate as previously thought, and the complete pathway is localized in the cytosol.
Çeviri ve Derleme: Popüler Tarım Bilimleri
İleri Okuma: Yichun Qian et al. Completion of the cytosolic post-chorismate phenylalanine biosynthetic pathway in plants, Nature Communications (2018). DOI: 10.1038/s41467-018-07969-2