A Mechanism for the Biosynthesis of α-Carotene
- 作者
- T. W. Goodwin, R. J. H. Williams
- 单位
- 威尔士大学学院阿伯里斯特威斯生物化学与农业生物化学系
- 杂志
- Biochemical Journal（1965）
- DOI
- 10.1042/bj0970028c
- 所属领域
- 生物化学
- 关键词
- 阅读原文
- 查看 PDF 原文
解决的核心问题
揭示α-胡萝卜素生物合成中α-紫罗酮环的形成机制，确定其是否由β-胡萝卜素或β-玉米胡萝卜素异构化而来，还是独立形成。
研究策略
使用立体特异性标记的DL-[2-14C,4R-3H]甲羟戊酸作为底物，培养胡萝卜根切片，纯化八氢番茄红素、α-胡萝卜素和β-胡萝卜素，通过液闪计数测定3H/14C比值，根据环化过程中三氢原子的保留或消除推断环化机制。
核心内容
该研究利用立体特异性标记的DL-[2-14C,4R-3H]甲羟戊酸饲喂胡萝卜根切片，通过测定八氢番茄红素、α-胡萝卜素和β-胡萝卜素中3H/14C比值，揭示α-胡萝卜素生物合成中α-紫罗酮环的形成机制。结果显示，胡萝卜根切片对标记底物的掺入率为19.4%，合成β-胡萝卜素的14C/3H原子比接近8:6（实测8:5.7±0.1），α-胡萝卜素接近8:7（实测8:6.7±0.2）；第二次实验进一步确认三者的相对3H含量比例为八氢番茄红素:β-胡萝卜素:α-胡萝卜素=8:6.0±0.15:7.4±0.1。结果表明α-胡萝卜素并非由β-胡萝卜素异构化生成，而是通过独立环化途径形成：α-紫罗酮环形成时保留C-6位氢，β-紫罗酮环形成时该氢被消除。研究据此推测胡萝卜中存在两种专一性环化酶，分别催化α-和β-紫罗酮环的生成。这一发现首次从同位素标记层面阐明了α-胡萝卜素环化的立体化学机制，修正了此前关于β-胡萝卜素为α-胡萝卜素前体的认识。
创新点
首次通过立体特异性同位素标记确定α-胡萝卜素环化机制；证明α-胡萝卜素与β-胡萝卜素由独立环化酶催化形成，而非由β-胡萝卜素异构化；提出α-紫罗酮环形成时C-6位氢保留，β-紫罗酮环形成时C-6位氢消除的机制。
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 胡萝卜根切片（Daucus carota） | 类胡萝卜素生物合成（甲羟戊酸途径） | — | 环化酶（推测存在两种，分别形成β-和α-紫罗酮环） | 催化 | 利用DL-[2-14C,4R-3H]甲羟戊酸孵育，分析类胡萝卜素中14C/3H比值 |
| Phycomyces blakesleeanus | 类胡萝卜素生物合成（甲羟戊酸途径） | — | — | — | 对照实验，合成β-胡萝卜素的14C/3H比值接近8:6 |
关键发现
- 胡萝卜根切片对DL-[2-14C,4R-3H]甲羟戊酸的掺入率为19.4%
- 合成β-胡萝卜素的14C/3H原子比接近8:6（实测8:5.7±0.1），α-胡萝卜素接近8:7（实测8:6.7±0.2）
- 第二实验确认三者的相对3H含量比例（八氢番茄红素:β-胡萝卜素:α-胡萝卜素）为8:6.0±0.15:7.4±0.1。结果表明α-胡萝卜素不是由β-胡萝卜素异构化而来，而是通过独立环化途径形成，α-紫罗酮环形成时保留C-6位氢，β-紫罗酮环形成时丢失C-6位氢。
研究结论
α-胡萝卜素与β-胡萝卜素在胡萝卜中通过不同的环化机制独立合成，β-胡萝卜素不是α-胡萝卜素的前体；推测存在两种专一性环化酶，分别催化形成β-紫罗酮环和α-紫罗酮环。