Prenylation of olivetolate by a hemp transferase yields cannabinoglic acid, the precursor of tetrahydrocannabinol
- 作者
- Monika Fellermeier, Meinhart H. Zenk
- 单位
- Lehrstuhl für Pharmazeutische Biologie, Ludwig-Maximilians-Universität München, D-80333 München, Germany
- 杂志
- FEBS Letters（1998）
- DOI
- 10.1016/S0014-5793(98)00450-5
- 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
大麻中四氢大麻酚（THC）生物合成途径中，橄榄醇酸与牻牛儿基焦磷酸（GPP）缩合生成大麻萜酚酸（CBGA）的关键酶尚未被发现和表征。
研究策略
以幼嫩大麻叶片制备粗酶，经硫酸铵分级沉淀后，在含橄榄醇酸、GPP等底物的条件下进行酶促反应，通过HPLC分离产物，利用质谱鉴定结构，并系统考察底物特异性、辅因子需求和动力学参数。
核心内容
该研究从幼嫩大麻叶片中制备粗酶，经硫酸铵分级沉淀后，在含橄榄醇酸和牻牛儿基焦磷酸（GPP）的条件下进行酶促反应，首次发现并表征了催化大麻素生物合成第一步的关键酶geranylpyrophosphate:olivetolate geranyltransferase（GOT）。通过HPLC分离产物并经质谱鉴定，确认其主要生成大麻萜酚酸（CBGA），同时产生少量顺式异构体CBNA，标准条件下产物生成量为9.1 nmol，CBGA/CBNA比例约为2:1。酶学性质研究表明，GPP的Km为2 mM，反应最适pH为7.0、最适温度为30°C，且绝对依赖Mg²⁺，缺失时完全无活性；底物特异性严格，以橄榄醇替代橄榄醇酸时完全无活性，以NPP替代GPP时活性仅为GPP的20%且产物比例变为1:1。该酶与Δ1-THCA合酶共同可完成Δ1-THCA的酶促合成，为通过基因沉默培育无毒品潜力的大麻品种提供了明确的分子靶点。
创新点
首次检测并命名了geranylpyrophosphate:olivetolate geranyltransferase（GOT），证明该酶是催化大麻素生物合成第一步的可溶性酶，且严格以橄榄醇酸为芳香底物，同时发现其可产生少量顺式异构体CBNA。
研究对象（1）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Cannabis sativa（大麻） | 大麻素生物合成途径（THC生物合成） | — | Geranylpyrophosphate:olivetolate geranyltransferase (GOT) | 催化 | 催化橄榄醇酸与GPP缩合生成大麻萜酚酸（CBGA），也可利用NPP生成CBNA；依赖Mg2+，GPP的Km约2 mM |
关键发现
- 标准条件下产物生成量为9.1 nmol，CBGA/CBNA比例约为2:1
- GPP的Km为2 mM
- 反应最适pH为7.0（Tris-HCl），最适温度为30°C
- Mg2+绝对依赖，缺失时无活性
- 缺少GPP或橄榄醇酸时无产物
- 用橄榄醇替代橄榄醇酸完全无活性
- 以NPP替代GPP时活性仅为GPP的20%，产物比例变为1:1
- 酶促产物甲酯化后CI质谱显示M+1峰为375，与合成CBGA一致
- 产物回收率85-90%（内标法）。
研究结论
首次发现并表征了催化大麻素生物合成第一步的GOT酶，该酶与Δ1-THCA合酶共同可完成Δ1-THCA的酶促合成，且为通过基因沉默培育无毒品潜力的大麻品种提供了明确的分子靶点。