The Chemistry and Biochemistry of Polyprenyl Alcohols such as Solanesol and Dolichol
- 作者
- R. A. Morton, Harmeet Singh, A. Krishna Mallia, H. R. Cama, T. W. Goodwin, T. Ramasarma
- 单位
- 英国利物浦大学动物学系；印度科学理工学院生物化学系；英国利物浦大学生物化学系
- 杂志
- Biochemical Journal（1972）
- DOI
- 10.1042/bj1280011pc
- 所属领域
- 生物化学
- 关键词
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解决的核心问题
研究多异戊二烯醇（如solanesol和dolichol）、β-脱辅基胡萝卜醛、类胡萝卜素以及泛醌与胆固醇等类异戊二烯化合物的化学结构、生物合成途径和代谢功能。
研究策略
采用化学氧化制备衍生物、色谱分离与光谱表征；利用立体特异性同位素标记的甲羟戊酸追踪生物合成；结合酶学、抑制剂处理及动物活体测定维生素A活性。
核心内容
该研究系统梳理了多异戊二烯醇、类胡萝卜素、泛醌及胆固醇等类异戊二烯化合物的化学结构与代谢路径。研究通过化学衍生化、色谱分离与光谱表征确定结构，并以立体特异性同位素标记的甲羟戊酸追踪生物合成。关键结果包括：烟草中solanesol为C45H73OH，猪肝中dolichol碳链长度为C70-C110（典型C100），含量约100 mg/kg；β-脱辅基胡萝卜醛的维生素A效价依链长不同，为β-胡萝卜素的31.3%至75.9%；同位素示踪证明β-胡萝卜素羟化为玉米黄质是单加氧酶催化的立体特异性反应，反应中失去来自甲羟戊酸C-5的两个氚原子；烟碱可抑制细菌中类胡萝卜素环化，导致lycopene积累并可直接厌氧环化。此外，undecaprenyl pyrophosphate被证实为细菌细胞壁多糖合成的糖基载体。这些发现揭示了多异戊二烯醇作为糖载体的功能、类胡萝卜素羟化和环化的立体化学机制，以及胆固醇与泛醌共享的异戊二烯合成途径，深化了对类异戊二烯代谢网络的认识。
创新点
首次系统描述多种天然多异戊二烯醇的结构特征（如α-异戊二烯单元饱和且顺式）；定量测定多个β-脱辅基胡萝卜醛的维生素A生物效价；通过放射性标记证明β-胡萝卜素羟化为玉米黄质为单加氧酶催化的立体特异性反应；发现烟碱抑制类胡萝卜素环化；揭示泛醌与胆固醇生物合成的共同途径及转运特点。
研究对象（13）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 烟草 | 多异戊二烯醇生物合成 | — | — | — | 发现solanesol（C45H73OH） |
| 猪肝 | 多异戊二烯醇生物合成 | — | — | — | 含有混合dolichols（n=17-22），含量约100mg/kg |
| 银桦木 | 多异戊二烯醇生物合成 | — | — | — | 含有betulaprenol-7（n=7） |
| 植物乳杆菌 | 多异戊二烯醇生物合成 | — | — | — | undecaprenol含3个反式和8个顺式异戊二烯单元 |
| 烟曲霉 | 多异戊二烯醇生物合成 | — | — | — | 多异戊二烯醇n=18-24，含3个饱和异戊二烯单元 |
| 细菌 | 细胞壁多糖合成 | — | undecaprenyl pyrophosphate | 转运 | 作为糖基载体参与复杂多糖合成 |
| 大鼠 | 维生素A代谢 | — | — | — | β-脱辅基胡萝卜醛具有维生素A活性，生物效价分别为β-胡萝卜素的38.5%、31.3%、75.9%、44.2% |
| 黄杆菌属 | 类胡萝卜素生物合成 | — | 单加氧酶 | 催化 | 催化β-胡萝卜素羟化为玉米黄质，立体特异性移除R-氢 |
| 黄杆菌属 | 类胡萝卜素生物合成 | — | 异戊烯基焦磷酸异构酶 | 催化 | 催化异戊烯基焦磷酸与二甲丙烯基焦磷酸的异构化 |
| 黄杆菌属 | 类胡萝卜素生物合成 | — | — | — | 细胞体系证明脱饱和过程中立体特异性移除2S-氢 |
| 分枝杆菌 | 类胡萝卜素生物合成 | — | — | — | 烟碱抑制环化导致lycopene积累 |
| 叶绿体/绿色组织 | 类胡萝卜素环化 | — | — | — | lycopene可直接环化为β-胡萝卜素 |
| 大鼠 | 胆固醇与泛醌生物合成 | — | — | — | 肝脏胆固醇为血清及类固醇生成器官的胆固醇来源；泛醌转运依赖膳食吸收经肠道至肝脏，但不从肝脏动员 |
关键发现
- solanesol为C45H73OH
- dolichol碳链长度C70-C110，典型代表C100H163（n=20），猪肝中混合dolichols（n=17-22）含量约100mg/kg
- β-apo-6'-、8'-、10'-、12'-胡萝卜醛在石油醚中的吸收峰波长分别为414、437、457、470nm，维生素A生物效价分别为β-胡萝卜素的38.5%、31.3%、75.9%和44.2%
- Flavobacterium sp.中β-胡萝卜素羟化为玉米黄质时立体特异性失去2个氚原子（来自甲羟戊酸C-5的R-氢），且β-胡萝卜素比玉米黄质多2个氚原子
- 烟碱抑制Mycobacterium sp.和Flavobacterium sp.的环化，导致lycopene积累
- lycopene可直接厌氧环化为β-胡萝卜素
- 多异戊二烯基焦磷酸（如undecaprenyl pyrophosphate）作为细菌细胞壁多糖合成的糖基载体。
研究结论
多异戊二烯醇、类胡萝卜素和泛醌等类异戊二烯化合物具有多样的结构和重要的代谢功能：多异戊二烯磷酸酯作为糖载体参与细胞壁合成；β-胡萝卜素可在动物体内转化为维生素A；类胡萝卜素羟化和环化具有明确的立体化学机制；胆固醇与泛醌共享异戊二烯合成途径，且其代谢转运具有组织特异性。