Ruta del ácido Shikimico y Biosintesis de Metabolitos Secundarios

Contexto y Datos Institucionales

• Instituci3n: Universidad T3cnica del Norte (UTN), Ibarra, Ecuador.

• Facultad: Facultad de Ingenier3a en Ciencias Agropecuarias y Ambientales (FICAYA).

• Carrera: Ingenier3a en Biotecnolog3a.

• Elaborado por: Andrea Chiliquinga.

• Modificado por: Ing. Tania Sulca V., PhD.

• Lema Institucional: Scientia et Technicus ad Servitium Populi (Ciencia y T3cnica al Servicio del Pueblo).

• Hito Hist3rico: Universidad aut3noma desde 1986.

Introducci3n al 1cido Shik3mico

• Etimolog3a: Proviene del t3rmino japon3s "SHIKIMI-NO-KI", que se refiere a plantas del g3nero Illicium.

• Fuentes Biotecnol3gicas y Naturales:

  • Illicium religiosum

  • Illicium anisatum

  • Illicium japonicum

• Naturaleza del compueston: El 1cido shik3mico es un precursor biog3nico crucial en el metabolismo secundario de las plantas y microorganismos.

El 1cido Shik3mico como Precursor Biog3nico

El 1cido shik3mico es el punto de partida para la s3ntesis de diversos metabolitos secundarios importantes:

• Amino1cidos Arom1ticos:

  • Fenilalanina ($L\text{-Phe}$)

  • Tirosina ($L\text{-Tyr}$)

  • Tript3fano ($L\text{-Trp}$)

• Fenilpropanoides: Constituidos por la estructura $C_6C_3$ o $ArC_3$. Incluyen:

  • 1cido cin1mico

  • Cumarinas

  • Lignanos

  • Flavonoides

• Alcaloides: Derivados de los amino1cidos arom1ticos resultantes de esta ruta.

Bios3ntesis del 1cido Shik3mico

La ruta comienza con intermediarios de la gluc3lisis y el ciclo de las pentosas fosfato.

• Precursores Inmediatos:

  • Fosfoenolpiruvato ($PEP$): Mol3cula de $3$ carbonos proveniente de la gluc3lisis.

  • D-eritrosa-4-fosfato: Mol3cula de $4$ carbonos proveniente del ciclo de las pentosas.

Pasos del Proceso Biosint3tico:

1. Condensaci3n Ald3lica:

   • Se unen el $PEP$ y la D-eritrosa-4-fosfato mediante una reacci3n tipo aldol catalizada por la enzima $DAHPS$.

   • Se forma el 1cido 4,5,6-trihidroxi-2-oxo-6-heptenoico ($DAHP$).

2. Eliminaci3n de Fosfato:

   • Se elimina el grupo fosfato ($-H_3PO_4$) del intermediario.

3. Condensaci3n Ald3lica Intramolecular:

   • El cierre del anillo produce el 1cido 3-deshidroqu3nico.

   • Nota: Este 1cido puede reducirse mediante $NADH$ para formar 1cido qu3nico.

4. Deshidrataci3n:

   • El 1cido 3-deshidroqu3nico pierde una mol3cula de $H_2O$ para transformarse en 1cido 3-deshidroshik3mico.

5. Reducci3n Final:

   • El 1cido 3-deshidroshik3mico se reduce utilizando $NADPH$ para producir finalmente el 1cido shik3mico.

Bios3ntesis de 1cidos Arom1ticos Sencillos

A partir del 1cido 3-deshidroshik3mico se pueden sintetizar otros 1cidos fen3licos sencillos mediante procesos de oxidaci3n, deshidrataci3n y enolizaci3n:

• 1cido Protocat3quico: Resulta de la deshidrataci3n y enolizaci3n del 1cido 3-deshidroshik3mico.

• 1cido G1lico: Se obtiene mediante la oxidaci3n y enolizaci3n del 1cido 3-deshidroshik3mico.

Bios3ntesis del 1cido Cor3smico

El 1cido shik3mico continúa su transformaci3n hacia el 1cido cor3smico mediante la adici3n de tres carbonos adicionales provenientes de otra mol3cula de $PEP$.

1. Fosforilaci3n: El 1cido shik3mico reacciona con $ATP$ para formar 1cido shik3mico-3-fosfato.

2. Transesterificaci3n en $C_5$:

   • Adici3n de una mol3cula de $PEP$ al carbono 5.

   • Se forma el 1cido 5-enolpiruvilshik3mico-3-fosfato ($EPSP$).

3. Eliminaci3n:

   • Se elimina el grupo fosfato ($-H_3PO_4$) para dar lugar al 1cido cor3smico.

Bios3ntesis de Fenilalanina ($L\text{-Phe}$) y Tirosina ($L\text{-Tyr}$)

El 1cido cor3smico es el precursor com3n para estos amino1cidos a trav3s de las siguientes etapas:

1. Transposici3n: La enzima Corismato Mutasa convierte el 1cido cor3smico en 1cido pref3nico.

2. V3as Derivadas del 1cido Pref3nico:

   • Para Fenilalanina: El 1cido pref3nico sufre deshidrataci3n y descarboxilaci3n para formar 1cido fenilpir3vico, seguido de una transaminaci3n con $PLP$ (fosfato de piridoxal).

   • Para Tirosina: El 1cido pref3nico sufre oxidaci3n (con $NAD^+$) y descarboxilaci3n para formar 1cido p-hidroxifenilpir3vico, seguido de una transaminaci3n con $PLP$.

   • Ruta Alternativa (Arog3nico): El 1cido pref3nico puede transformarse primero en 1cido L-arog3nico mediante transaminaci3n, y luego convertirse en $L\text{-Phe}$ o $L\text{-Tyr}$ mediante hidroxilaci3n u otras modificaciones.

Bios3ntesis del Tript3fano ($L\text{-Trp}$)

Esta ruta tambi3n parte del 1cido cor3smico pero involucra la incorporaci3n de nitr3geno:

• Formaci3n de 1cido Antran3lico: El 1cido cor3micose somete a una aminaci3n y se libera 1cido pir3vico para formar 1cido antran3lico (1cido o-amino benzoico).

• Reacci3n con PRPP: El 1cido antran3lico se une al pirofosfato de fosforibosilo ($PRPP$) mediante la enzima antranilato fosforibosil transferasa.

• Intermediarios Clave:

  • 1cido fosforibosilantran3lico.

  • 1-(2-carboxianilino)-1-desoxiribulosa 5-P (mediante isomerizaci3n y tautomer3a amina-enamina).

  • Indol-3-glicerol fosfato (por ciclaci3n y deshidrataci3n).

• Formaci3n Final: El Indol (ligado a la enzima) reacciona con L-Serina ($L\text{-Ser}$) mediante la Tript3fano sintasa (requiere $PLP$) para producir L-Tript3fano.

Derivados Adicionales del 1cido Cor3smico e Isocor3smico

• 1cido Iso-cor3smico: Se obtiene por isomerizaci3n del 1cido cor3smico.

• Otros 1cidos derivados:

  • 1cido o-hidroxibenzoico (salic3lico).

  • 1cido p-hidroxibenzoico.

  • 1cido p-amino benzoico ($PABA$).

  • 1cido 2,3-dihidroxibenzoico.