Grundsätzlich läuft der Shikimisäureweg in den verschiedenen dazu befähigten Organismen ähnlich ab, im Detail existieren jedoch Unterschiede. Deshalb sei darauf hingewiesen, dass sich das folgende Reaktionsschema auf den relativ gut erforschten Shikimisäureweg des Bakteriums Escherichia coli bezieht.[1]
Schritt 1 und 2: Von Phosphoenolpyruvat und Erythrose-4-phosphat über 3-Desoxyarabinoheptulosanat-7-phosphat zu 3-Dehydrochinat.
Biosynthese von Tyrosin aus PrephenatBiosynthese von Phenylalanin aus Prephenat
Die Synthesewege der beiden Aminosäuren Tyrosin und Phenylalanin teilen sich erst beim Prephenat. Für die Tyrosinsynthese wird Prephenat durch eine Prephenatdehydrogenase[11] in 4-Hydroxyphenylpyruvat umgewandelt. Im Phenylalaninzweig des Syntheseweges katalysiert die Prephenatdehydratase[12] die Reaktion von Prephenat zu Phenylpyruvat. In einem letzten Transaminierungsschritt entstehen aus den beiden Vorstufen die jeweiligen Aminosäuren Tyrosin und Phenylalanin. Alternativ kann aber auch zuerst Prephenat zu Arogenat transaminiert werden, das dann entweder durch eine Arogenatdehydratase[13] in Phenylalanin oder durch eine Arogenatdehydrogenase[14] in Tyrosin umgewandelt wird.[1][4]
Schon beim Zwischenprodukt Chorismat zweigt der Syntheseweg der aromatischen Aminosäure Tryptophan vom Hauptpfad ab.
Pflanzen beherrschen als autotrophe Lebewesen den Shikimisäureweg, er ist Teil ihres Primärstoffwechsels, liefert aber auch Vorstufen für sekundäre Pflanzenstoffe. Abgesehen von den proteinogenen aromatischen Aminosäuren Tryptophan, Phenylalanin und Tyrosin resultiert eine Fülle weiterer Substanzen mit aromatischen Ringen letztendlich aus dem Shikimatweg, sehr wichtig ist auch die Chlorogensäure, die u. a. an der pflanzlichen Wundheilung beteiligt ist, wobei die nachfolgende Aufzählung keineswegs abschließend ist und der Shikimatweg auch mit anderen Synthesewegen kombiniert sein kann:[1][20]
Aber auch bei vielen Bakterien, Pilzen und Protozoen wurde der Shikimisäureweg nachgewiesen.[1][21]Tieren fehlen dagegen die entsprechenden Enzyme. Deshalb sind die Aminosäuren Phenylalanin und Tryptophan für sie essentiell, Tyrosin kann nur direkt aus Phenylalanin synthetisiert werden.[1]
Spätestens seit 2016 ist bekannt, dass auch viele Mikrobenstämme über das EPSPS-Enzym (Enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase) als einen zentralen Stoff im Shikimate-Stoffwechsel verfügen, ein Enzym, das Glyphosat beim Angriff auf unerwünschte Pflanzen zerstört. Diese Mikroben finden sich jedoch auch im Darm von Jungbienen, ihre Zerstörung durch Glyphosat führt zur Veränderung der Darmflora dieser Tiere, dann zu einer Immunschwäche. Sie torkeln orientierungslos herum und sterben.[22]
Neben dem Shikimisäureweg existieren weitere Möglichkeiten für die Biosynthese aromatischer Ringstrukturen, wie beispielsweise der Polyketidweg und die Nukleotid-Biosynthese.
Sonstiges
Die in der Landwirtschaft als Breitbandherbizid eingesetzte Verbindung Glyphosat unterbricht den Shikimisäureweg, indem sie das Enzym 5-Enolpyruvylshikimat-3-phosphat-Synthase (EC 2.5.1.19) hemmt.[4]
Da vielen Krankheitserregern das Vorhandensein des Shikimisäureweges gemeinsam ist, werden die Enzyme dieses Stoffwechselweges als aussichtsreicher Angriffspunkt bei der Entwicklung von Medikamenten mit sehr breitem Wirkungsspektrum angesehen, das sich auf Bakterien-, Pilz- und Protozoeninfektionen erstreckt.[21]
Einzelnachweise
↑ abcdefD. E. Metzler: Biochemistry. The Chemical Reactions of Living Cells. Volume 2. Elsevier Science, 2003; S. 1420–1471; ISBN 0-12-492541-3.
↑ abcdefghJ. M. Berg, J. L. Tymoczko, L. Stryer: Biochemie. 6. Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, Elsevier GmbH, München 2007; S. 773–775; ISBN 978-3-8274-1800-5.
↑P. M. Dewick: Medicinal Natural Products: A Biosynthetic Approach. 3. Auflage, John Wiley & Sons Ltd., 2009; S. 137–186; ISBN 978-0-470-74167-2.
↑ abC. W. Roberts et al.: The shikimate pathway and its branches in apicomplexan parasites. In: J. Infect. Dis. 185 Suppl. 1, Feb 2002, S. S25–36. PMID 11865437.