10. Как повысить продуктивность шелковичных червей

Ниже изображена молекула тетрациклического соединения -гидроксиэкдизона — гормона класса стероидов, способствующего

повышению продуктивности шелковичных червей. Последние образуют этот гормон исходя из его предшественника -экдизона не содержащего кислорода в положении 20.

Если добавлять экдизоны в рацион шелковичных червей из расчета на 20000 личинок в точно определенный момент их развития, то в колонии происходит синхронизация продуцирования коконов. Полезно одновременно вводить в рацион и добавку лауринового спирта стимулирующего перемещение личинок к местам их гнездования, в которых шелковая нить получается наивысшего качества.

Проблема, однако, в том, что шелковичный червь Bombyx mori не способен сам по себе осуществлять синтез экдизонов! В общем случае в метаболизме насекомых нет эндогенного биосинтеза стероидов в качестве гормонов роста, развития и размножения. Как правило, в их организме для этой цели используются превращения холестерина.

Холестерин не составляет исключения — насекомые не могут осуществлять полный его синтез. И растительноядные, и хищные насекомые используют в качестве исходного сырья стероиды растительного происхождения, которые они сначала превращают в холестерин.

В частности, шелковичный червь использует ситостерин — стероид растительного происхождения, который они превращают в холестерин по приводимой ниже схеме. К другим стероидам растительного происхождения, которые насекомые, включая и шелковичных червей, превращают в холестерин, относятся стигмастерин и кампестерин. Мы не приводим их формул, однако метаболические пути, приводящие к превращению их в холестерин, известны во всех подробностях.

(см. скан)

Шелковичные черви хорошо себя чувствуют, когда в их рационе содержится от 0,1 до 0,5% стероидов (или непосредственно холестерина). Их проторакальная железа выделяет -экдизон, продуцируемый из холестерина в соответствии с приводимой ниже схемой. Превращение -экдизоиа в -гидроксиэкдизои осуществляется во многих органах (в жировом теле, мальпигиевых тельцах, эпителии кишечника и других органов), однако в основном эта реакция осуществляется в яичниках. На некоторых стадиях развития яичиики составляют до 60% от веса всего насекомого (куколка). Это весьма примечательный орган, поскольку экдизоиовые стероиды, образовавшиеся в проторакальной железе, приводят к его созреванию. обогащается экдистероидами из гемолимфы, превращает экдистероиды, образует их глнкоконъюгаты и служит для их запасания.

(см. скан)

Синтез экдиэонов имеет важное промышленное значение, поскольку, как мы уже видели в начале раздела, экдизоиы позволяют улучшить качество шелка и увеличить его производство путем синхронизации формирования коконов личинками. В одном из химических синтезов в отличие от биосинтетического пути, о котором шла речь выше, в качестве первичного сырья использовали диосгенин. Прежде чем описывать ключевую стадию такого синтеза, разработанного Наканиши, я позволю себе краткое отступление по поводу этого вещества.

В конце тридцатых годов химики по образцу насекомых получали стероидные гормоны исходя из холестерина или стигмастерииа, выходы получались ииэкие. В результате цены поднялись и 1 грамм прогестерона стоил 1000 долларов.

Руссель Маркер был химиком, работавшим в области стероидов сначала в Рокфеллеровском институте, а затем, начиная с 1934 г., в колледже штата Пенсильвания. Он искал растительные источники стероидов, что привело его к исследованию возможностей диосгеиииа. Находясь в коице 1941 г. в Техасе, Маркер узнал о существовании мексиканского растения Dioscorea, клубии которого достигают веса в сотни килограммов. Это растение показалось ему многообещающим источником диосгенина.

Маркер отправился в Мексику. В январе 1942 г. при посредничестве посольства США в Мексике он познакомился с мексиканским ботаником» вместе с которым решил собирать эти растения, произраставшие в штате Веракрус и известные там под названием «кабеца де негро» {Dioscorea composita и D. (erpinapensis). Маркер арендовал грузовик. Ботаник, прибывший в сопровождении своей приятельницы и матери, собиравшейся стать их проводником, а также переводчика, отказался двигаться с места, пока Маркер не согласился вэять с собой всю эту команду. Первая экспедиция потерпела неудачу и вернулась в Мехико спустя пять дней без «кабеца де иегро». Тогда Маркер решил одни отправиться автобусом в мексиканскую провинцию и вернулся в столицу с образцом этого растения. В октябре 1942 г. Маркер (которому ие удалось убедить учреждение, в котором работал, в перспективности своего начинания) снова отправился в Мексику, взяв половину своих сбережений.

Вернувшись в Пенсильванию, он привез с собой 10 тони кпубией «кабеца де негро». В лаборатории одного из своих коллег Маркер превратил это сырье в прогестерона. Коллега, которому он уступил четверть этого количества, продавал продукт по 80 долларов за грамм!

За время своего пребывания в Мексике в 1942 г. Маркер заключил договор с владельцем лаборатории, производящей гормоны, с целью основания фирмы («Син-текс») по производству стероидов из клубней растений «кабеца де негро» (называемого также в латиноамериканских странах «барбаско»). В 1944 г. Маркер получил уже прогестерона и дегидроиэоандростероиа.

Дальше случилась грусиая история. Маркера лишили принадлежавших ему как основателю 40% акций «Сиитекса». попытался основать другую, конкурирующую компанию, но ему скоро пришлось прикрыть лавочку, а с 1949 г. вообще оставить химию. В настоящее время по методу Маркера ежегодно перерабатываются около 60000 т клубней.

Ключевая стадия синтеза экдизона по Наканиши состоит в

восстановительном расщеплении пятичленного кислородного гетеро-цикла с использованием цинковой пыли в уксусной кислоте.

(см. скан)

Проще всего объяснить этот процесс по аналогии с нуклеофильным замещением гидрид-ионом уходящей кислородсодержащей группы с обращением конфигурации. В данном случае атака не идет непосредственно по углероду, несущему кислород. Нуклеофильная атака восстановителем направлена на -углерод на конце сопряженной системы; при этом имеет место винилогия, т. е. передача влияния через -электронную систему.

(см. скан)