Amorpha-4,11-diene synthase catalyses the first probable step in artemisinin biosynthesis
- 作者
- Harro J. Bouwmeester, T. Eelco Wallaart, Michiel H.A. Janssen, Bert van Loo, Ben J.M. Jansen, Maarten A. Posthumus, Claus O. Schmidt, Jan-Willem De Kraker, Wilfried A. König, Maurice C.R. Franssen
- 单位
- Research Institute for Agrobiology and Soil Fertility (AB-DLO), P.O. Box 14, 6700 AA Wageningen, Netherlands; University Centre for Pharmacy, Department of Pharmaceutical Biology, University of Groningen, Antonius Deuslinglaan 1, 9713 AV Groningen, Netherlands; Department of Organic Chemistry, Wageningen Agricultural University, Dreijenplein 8, 6703 HB Wageningen, Netherlands; Department of Organic Chemistry, Hamburg University, D-20146 Hamburg, Germany
- 杂志
- Phytochemistry（1999）
- DOI
- 10.1016/S0031-9422(99)00206-x
- 所属领域
- 植物代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
阐明青蒿素生物合成途径中第一个关键步骤，即从法尼基焦磷酸到amorpha-4,11-diene的环化反应，并确定该中间体和催化酶。
研究策略
结合植物化学和酶学方法：用GC-MS分析青蒿叶提取物中倍半萜烯成分，通过半合成验证amorpha-4,11-diene结构；从青蒿中提取蛋白，经硫酸铵沉淀、DEAE和Mono-Q层析部分纯化amorpha-4,11-diene合酶，测定其酶学特性及产物。
核心内容
该研究旨在阐明青蒿素生物合成途径中首个关键步骤。研究人员结合植物化学与酶学方法，通过GC-MS分析青蒿叶提取物中的倍半萜烯成分，鉴定出14种倍半萜烯，其中amorpha-4,11-diene被确认为关键中间体，其结构经半合成验证（总产率25%）。随后，利用硫酸铵沉淀、DEAE和Mono-Q层析从青蒿中部分纯化出amorpha-4,11-diene合酶，发现该酶以法尼基焦磷酸为底物，Km值为0.6 μM，分子量约56 kDa，最适pH为6.5–7.0，且在0.2 μM底物浓度下反应线性持续超过30分钟。该酶活性是青蒿叶提取物中主要的倍半萜烯合酶活性。结果表明，amorpha-4,11-diene是青蒿素生物合成的第一个可能烯烃中间体，其合酶或为限速酶，分离该酶基因有望通过分子育种提升青蒿素含量，为代谢工程改造提供靶点。
创新点
首次在青蒿中检测并鉴定amorpha-4,11-diene；首次发现并部分纯化amorpha-4,11-diene合酶，证明其是青蒿素生物合成的第一个可能关键酶。
研究对象（1）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Artemisia annua (青蒿) | 青蒿素生物合成（倍半萜烯类代谢） | — | amorpha-4,11-diene synthase | 催化 | 催化法尼基焦磷酸生成amorpha-4,11-diene，Km=0.6 μM，分子量56 kDa，最适pH 6.5-7.0 |
关键发现
- 在青蒿叶提取物中鉴定出14种倍半萜烯，其中amorpha-4,11-diene为其一
- 通过半合成从青蒿酸合成amorpha-4,11-diene，总产率25%
- amorpha-4,11-diene合酶Km=0.6 μM，分子量56 kDa，最适pH 6.5-7.0
- 该酶活性是青蒿叶提取物中的主要倍半萜烯合酶活性
- 在0.2 μM FDP下酶反应线性超过30分钟。
研究结论
Amorpha-4,11-diene是青蒿素生物合成途径中第一个可能的烯烃中间体，其合成酶可能是限速步骤，分离该酶基因有望通过分子育种提高青蒿素含量。