The Biosynthesis of C5-C20 Terpenoid Compounds
- 作者
- M. H. Beale
- 单位
- Department of Chemistry, University of Bristol, Cantock's Close, Bristol, BS8 1TS
- 杂志
- Natural Product Reports（1989）
- DOI
- 10.1039/np9900700025
- 所属领域
- 天然产物生物合成
- 关键词
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解决的核心问题
综述1987年C5-C20萜类化合物生物合成研究进展，涵盖甲羟戊酸代谢、单萜、倍半萜和二萜的酶学与分子生物学研究。
研究策略
按碳数分类综述，重点总结同位素标记、立体化学分析、酶纯化、基因克隆及其调控研究。
核心内容
该综述系统梳理了1987年C5–C20萜类化合物生物合成的研究进展，按碳数分类涵盖了甲羟戊酸途径、单萜、倍半萜和二萜的酶学与分子生物学研究。在甲羟戊酸代谢方面，研究明确了亮氨酸可通过HMG-CoA降解进入该途径，[U-14C]亮氨酸在穿心莲组织培养中掺入paniculide A的比例为15–20%；HMG-CoA合酶与还原酶的基因调控也得到初步阐释。在萜类合酶表征上，辣椒有色体中的IPP异构酶被纯化至均一，分子量33.5 kDa，对IPP的Km为6 μmol dm⁻³；GGPP合酶为二聚体，亚基37 kDa，对IPP、DMAPP、GPP和FPP的Km分别为3、0.95、1和1.2 μM。鼠尾草中的GPP蒎烯环化酶I和II分子量分别为96 kDa和55 kDa，以[10-2H3,1-3H]GPP为底物时α-蒎烯与β-蒎烯的比例由1.23:1变为2.92:1，kH/kD=2.4，为单萜环化酶的异构化–环化机制提供了关键动力学证据。这些进展深化了对萜类碳骨架形成机制的理解，为后续萜类合酶克隆与代谢调控研究奠定了基础。
创新点
系统总结了单萜环化酶的异构化-环化机制、HMG-CoA合酶/还原酶的基因调控、以及多种萜类合酶的纯化与表征等关键进展。
研究对象（13）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Cephalosporium sp. / Scopulariopsis sp. / Fusarium sp. | 甲羟戊酸途径 | — | HMG-CoA合酶 | 催化 | 从微生物中分离β-内酯抑制剂1233A，可逆抑制HMG-CoA合酶 |
| 中国仓鼠 / 人 | 甲羟戊酸途径 | HMGCR | HMG-CoA还原酶 | 催化 | 研究基因5'端调控区域，发现与胆固醇反馈调控相关的保守序列 |
| Capsicum annuum 有色体 | 异戊二烯代谢 | — | 异戊烯基二磷酸异构酶 | 催化 | 亲和层析纯化至均一，单体分子量33.5 kDa，Km(IPP)=6 μmol dm^-3 |
| Capsicum annuum 有色体 | 二萜生物合成 | — | 香叶基香叶基二磷酸合酶 | 催化 | 二聚体（亚基37 kDa），对IPP、DMAPP、GPP和FPP的Km分别为3、0.95、1和1.2 μM |
| Salvia officinalis | 单萜生物合成 | — | GPP:蒎烯环化酶I和II | 催化 | 分别催化(+)-α-蒎烯和(-)-α-/β-蒎烯生成，MW分别为96 kDa和55 kDa |
| Salvia officinalis | 单萜生物合成 | — | 细胞色素P450加氧酶（sabinene羟化酶） | 催化 | 微粒体酶，专一性将(+)-sabinene转化为(+)-cis-sabinol，也存在于Artemisia absinthium和Tanacetum vulgare |
| Rauwolfia serpentina 悬浮细胞 | 环烯醚萜生物合成 | — | 环化酶（iridoid cyclase） | 催化 | 将二醛(29)转化为iridodial，部分纯化440倍，MW 188 kDa，亚基28.7 kDa，NADPH依赖 |
| Pisum sativum | 异戊二烯代谢 | — | 法尼基二磷酸合酶 | 催化 | 研究DMAPP与IPP缩合立体化学，发现碘乙酰胺可改变加成面 |
| Pogostemon cablin | 倍半萜生物合成 | — | — | 催化 | 细胞系中研究广藿香醇生物合成，通过同位素标记排除了germacratriene A质子化机制，提出1,3-氢迁移机制 |
| Capsicum annuum | 二萜生物合成 | — | GGPP合酶 | 催化 | 亲和层析纯化，与IPP异构酶同时获得，底物Km值见上 |
| Marah macrocarpus | 二萜（kaurene）生物合成 | — | kaurene合酶 | 催化 | 环丁基甲醇类似物不能被酶利用，证明非自由中间体 |
| Spinacia oleracea | 赤霉素生物合成 | — | GA44氧化酶等 | 催化 | GA44氧化酶纯化100倍，MW 38.1 kDa；另测得GA12-13-羟化酶、GA53氧化酶、GA19氧化酶分子量 |
| Trichoplusia ni | 保幼激素代谢 | — | 保幼激素酯酶 | 催化 | 用三氟甲基酮亲和配体一步纯化1000倍，SDS-PAGE单带MW 64 kDa |
关键发现
- 亮氨酸通过HMG-CoA降解进入甲羟戊酸途径，[U-14C]亮氨酸在穿心莲组织培养中掺入paniculide A的比例为15-20%
- 辣椒有色体中IPP异构酶纯化至均一，分子量33.5 kDa，对IPP的Km为6 μmol dm^-3
- 鼠尾草中GPP蒎烯环化酶I和II分子量分别为96 kDa和55 kDa，以[10-2H3,1-3H]GPP为底物时α-蒎烯/β-蒎烯比例由1.23:1变为2.92:1，kH/kD=2.4
- 辣椒GGPP合酶为二聚体（亚基37 kDa），对IPP、DMAPP、GPP和FPP的Km分别为3、0.95、1和1.2 μM
- 桃蚜中保幼激素酯酶经亲和层析一步纯化1000倍，SDS-PAGE显示MW 64 kDa。
研究结论
1987年萜类生物合成研究在单萜环化酶机制、HMG-CoA还原酶调控及多种萜类合酶表征方面取得显著进展，深化了对萜类碳骨架形成的理解。