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《紫杉醇生物合成途径及其相关酶的研究进展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第30卷第2期河北师范大学学报(自然科学版)2006年3月JournalofHebeiNormalUniversity(NaturalScienceEdition)Vol.30No.2Mar.2006y紫杉醇生物合成途径及其相关酶的研究进展肖颖1,2,赵冬1,王刚1(1.河北师范大学生命科学学院,河北石家庄050016;2.石家庄学院化学系,河北石家庄050011)摘要:紫杉醇的生物合成过程已基本阐明,其合成以牛儿基牛儿基二磷酸为前体约需20步酶促反应,近一半的相关酶基因已得到克隆与表达.综述了紫杉醇生物合成及生物合成途径中9个酶基因的克隆和表达方面的研究进展,并指出随着紫杉醇生物合成分子
2、生物学研究的不断深入,利用分子生物技术大规模生产紫杉醇将为期不远.关键词:紫杉醇;生物合成;相关酶中图分类号:Q78文献标识码:A文章编号:100025854(2006)0220222207紫杉醇(paclitaxel,商品名Taxol)是从红豆杉属植物树皮中提取分离出来的一种次生代谢物,由于其具有显著抗癌效果,现已成为临床上治疗肿瘤的重要药物.但因资源匮乏,单纯从含量甚微的天然红豆杉植物中提取紫杉醇无法满足临床需求,故紫杉醇的药源问题已引起人们的极大关注.为此各国科学家在筛选高产量红豆杉栽培品种、化学合成、生物技术及微生物生产等方面做了大量的研究工作.由于目前对紫杉醇的生物合成途径及合成
3、途径中相关酶研究所取得的进展,已使人们相信基因工程可能成为生产紫杉醇的途径之一.本文中,笔者报道了近年来有关紫杉醇生物合成及生物合成途径中相关酶研究所取得的进展.1紫杉醇的生物合成对紫杉醇生物合成途径的研究主要采用整体植物或细胞培养物掺入法进行同位素示踪试验和无细胞酶系体外转化试验.紫杉醇的生物合成包括紫杉烷环母核结构的巴卡亭Ó的装配和苯基异丝氨酸侧链的装配.这两个构造单元在途径中的较后步骤连接,随后于侧链Cc3位发生N苯甲酰化而生成紫杉醇(见图1).1.1紫杉烷环母核的生物合成紫杉醇是一种双萜化合物,在植物次生代谢中异戊二烯是合成所有萜类化合物的通用前体,它在体内经甲羟戊酸途径生成[1]
4、.因此,根据植物萜类次生代谢物的生源途径,紫杉醇的三环二萜骨架似乎来自甲羟戊酸.Zamir等[2]同位素示踪试验曾表明紫杉烷环系统是由甲羟戊酸和乙酸形成的,但是所报道的前体的掺入率极低(0.02%~0.12%),并且未对产物进行化学降解分析而确定标记部位,因而未能
证实紫杉烷环骨架来自甲羟戊酸途径.Eisenreich等[3]以13C标记的[U-13C6]葡萄糖、[1-13C]葡萄糖和[1,2-13C2]乙酸作前体,对中国红豆杉悬浮培养细胞进行饲喂试验,发现产物taxuyunnanineC(2A,5A,10B,14B四乙酰氧4(20),11紫杉二烯)的4个异戊二烯单元以完全相同的方式被标记
5、,其中二碳单位和三碳单位均来自葡萄糖,外源乙酸仅标记taxuyunnanineC的乙酰基侧链而不标记紫杉烷环骨架.通过远程13C-13C偶联分析表明,在异戊二烯单元的形成过程中发生了分子内重排.甲羟戊酸途径无法解释源自葡萄糖的三碳单位存在于双萜化合物中和异戊二烯单元中的放射标记分布方式.因此,异戊二烯单元不可能来自经典的甲羟戊酸途径,而是通过葡萄糖的初级代谢产物磷酸丙糖与丙酮酸脱羧产物二碳单位缩合,并发生分子内重排而产生的,这一途径也存在于某些细菌和裸子植物中[4,5].异戊y收稿日期:20051004;修回日期:20051219基金项目:河北省自然科学基金资助项目(300162)作者简介
6、:肖颖(1972),女,北京市人,河北师范大学博士研究生,主要从事植物代谢生理研究.223第2期肖颖等:紫杉醇生物合成途径及其相关酶的研究进展二烯单元)))异戊烯焦磷酸/二甲基丙烯基焦磷酸(IPP/DMAP)形成之后,4个异戊二烯分子逐一缩合,产生牛儿基牛儿基二磷酸(geranylgeranyldiphosphate,GGPP),后者是合成双萜化合物的共同起点.然后在紫杉二烯合成酶催化下,GGPP环化形成紫杉4(5),11(12)二烯.该产物曾被推测为它的环外双键异构体紫杉4(20),11(12)二烯,原因是很多紫杉烷类化合物在4(20),11(12)位置存在双键结构;后为Koepp等[6
7、]通过体外无细胞转化试验确立了这一紫杉醇生物合成途径中的第一个定向反应步骤,该步骤建立了紫杉醇的三环二萜骨架结构.图1紫杉醇的生物合成途径紫杉烷环骨架形成后,在C1,C2,C5,C7,C9,C10和C13位发生进一步的修饰,最终形成巴卡亭Ó,它是合成紫杉醇的直接前体[7].这些细致的侧基修饰包括羟基化,羟基组上的酰基化、酮基化和环氧丙烷的形成.首先在细胞色素P450单加氧酶的催化下,C5位引入羟基,并发生丙烯基重排,生成
