Как два непохожих растения синтезируют один и тот же яд

Ядовитые алкалоиды ипекакуаны производят два растения, не связанных эволюционно. Новый путь их синтеза удивил даже опытных биохимиков.

Алангиум шалфейный (Alangium salviifolium) и ипекакуана (Carapichea ipecacuanha). Эти два растения производят одни и те же вещества независимо друг от друга: алкалоиды ипекакуаны

Источник: Ice.mpg.de

Алкалоиды ипекакуаны — это природные яды, которые раньше использовали в медицине для вызова рвоты. До 1980-х годов «сироп ипекакуаны» был стандартным средством в аптеках США. Его действующие вещества — цефаэлин и эметин — образуются из соединения под названием протоэметин.

Долгое время было известно, что протоэметин содержится в двух совершенно разных растениях — ипекакуане (Carapichea ipecacuanha) и алангиуме шалфейнолистном (Alangium salviifolium). Оба применялись в традиционной медицине, но с точки зрения эволюции они очень далеки друг от друга — их последний общий предок жил больше 100 млн лет назад.

Как получилось, что они производят одни и те же сложные молекулы? Ответ на этот вопрос нашла команда Института химической экологии Макса Планка (Германия). Используя генетический анализ и трансформацию модельных растений, исследователи смогли проследить путь синтеза этих алкалоидов и выявить ключевые гены и ферменты. Результаты опубликованы в журнале Nature Chemical Biology.

Исследователи Майте Колинас и Сара О'Коннор с растением алангум с листьями шалфея

Источник: Ice.mpg.de

Первый неожиданный результат — начальный этап синтеза идет без участия фермента, что в биохимии бывает крайне редко. А один из найденных ферментов оказался особенно необычным: он расщепляет молекулу сахара, но имеет уникальную трехмерную структуру, не похожую ни на один известный аналог. Более того, он расположен в ядре клетки, хотя такие реакции обычно происходят в цитоплазме. Его субстрат, напротив, хранится в вакуоли. Только когда клетка повреждается, например, если ее съест гусеница, фермент и субстрат соединяются — и в этот момент высвобождается яд. Это точный и эффективный механизм защиты, активирующийся лишь при угрозе.

Особенно поразительно то, что оба растения развили этот биохимический путь независимо — такой феномен называется конвергентной эволюцией. Ученые считают, что такие примеры могут стать моделью для изучения того, как у растений формируются сложные метаболические пути и, возможно, помогут в разработке новых лекарств на основе редких природных соединений.

Ранее Наука Mail рассказывала о том, что обнаружены три новых вида орхидей в Коста-Рике.