The biosynthetic pathway to a novel derivative of 4,4'-diapolypocene-4,4'-oate in a red strain of Sporosarcina aquimarina
- 作者
- Sabine Steiger, Laura Perez-Fons, Paul D. Fraser, Gerhard Sandmann
- 单位
- Goethe University Frankfurt, Biosynthesis Group, Molecular Biosciences, Biocenter, Max-von-Laue Str. 9, 60438 Frankfurt, Germany; School of Biological Sciences, Royal Holloway, University of London, Egham Hill, Egham, Surrey TW20OEX, UK
- 杂志
- Archives of Microbiology（2012）
- DOI
- 10.1007/s00203-012-0813-2
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
鉴定红色细菌Sporosarcina aquimarina SF238中一种新型C30类胡萝卜素的结构并阐明其生物合成途径。
研究策略
通过HPLC-PDA和LC-MS/MS分析野生型菌株及两个色素突变体积累的中间产物，结合皂化处理和标准品比对，重建生物合成途径；并通过单线态氧淬灭实验评价抗氧化活性。
核心内容
本研究从红色细菌Sporosarcina aquimarina SF238中鉴定出一种全新的C30类胡萝卜素衍生物乙酰-4,4'-diapolycopene-4,4'-dioate。研究人员利用HPLC-PDA和LC-MS/MS分析野生型菌株及两个色素突变体（238M1积累4,4'-diapophytoene，238M2积累4,4'-diapolycopene和4,4'-diaponeurosporene）的中间产物，结合皂化处理与标准品比对，重建了该化合物的生物合成途径。该新化合物分子式为C32H38O5，[M+H]+ m/z 503.278，紫外可见吸收峰为472、501、535 nm，皂化后释放4,4'-diapolycopene-4,4'-dioate。单线态氧淬灭实验显示其IC50值为6.8 μM，抗氧化活性优于虾青素（8.9 μM），但弱于acyl-4,4'-diapolycopene-4,4'-dioate xylosyl ester（5.1 μM）。途径分析表明，该化合物由4,4'-diapophytoene经脱饱和（经4,4'-diaponeurosporene和4,4'-diapolycopene）和末端氧化后与乙酸缩合而成，此外还检测到次要产物乙酰-4,4'-diaponeurosporene-4-oate。该发现拓展了C30类胡萝卜素的化学多样性，并提示此类化合物在细菌中具有光敏氧化保护功能。
创新点
首次发现并鉴定了一种全新的类胡萝卜素——乙酰-4,4'-diapolycopene-4,4'-dioate；阐明了其从4,4'-diapophytoene开始的C30生物合成途径；证明该化合物具有优异的抗氧化活性（IC50=6.8 μM），优于虾青素。
研究对象（4）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Sporosarcina aquimarina strain SF238 | C30类胡萝卜素生物合成途径 | — | — | 催化 | 野生型红色菌株，终产物为乙酰-4,4'-diapolycopene-4,4'-dioate |
| Sporosarcina aquimarina strain SF238 mutant 238M1 | C30类胡萝卜素生物合成途径 | — | — | 催化 | 白色突变体，积累4,4'-diapophytoene，阻断在脱饱和第一步 |
| Sporosarcina aquimarina strain SF238 mutant 238M2 | C30类胡萝卜素生物合成途径 | — | — | 催化 | 淡黄色突变体，积累4,4'-diapolycopene和4,4'-diaponeurosporene |
| Escherichia coli | C30类胡萝卜素生物合成途径（异源合成参考化合物） | — | — | 催化 | 用于合成diapophytoene、diaponeurosporene、diapolycopene和4,4'-diapolycopene-4,4'-dioate作为标准品 |
关键发现
- 新化合物乙酰-4,4'-diapolycopene-4,4'-dioate的分子式为C32H38O5，[M+H]+ m/z 503.278
- 其紫外可见吸收峰为472、501、535 nm
- 皂化后释放4,4'-diapolycopene-4,4'-dioate（吸收峰460、491、422 nm）。该化合物单线态氧淬灭IC50值为6.8 μM，强于虾青素（8.9 μM），弱于acyl-4,4'-diapolycopene-4,4'-dioate xylosyl ester（5.1 μM）。突变体238M1积累4,4'-diapophytoene，238M2积累4,4'-diapolycopene和4,4'-diaponeurosporene。此外还检测到次要类胡萝卜素乙酰-4,4'-diaponeurosporene-4-oate。
研究结论
Sporosarcina aquimarina SF238通过C30途径合成新型类胡萝卜素乙酰-4,4'-diapolycopene-4,4'-dioate，该途径包括4,4'-diapophytoene的脱饱和（经4,4'-diaponeurosporene和4,4'-diapolycopene）和末端氧化，最后与乙酸缩合；该化合物具有保护细菌免受光敏过氧化伤害的抗氧化功能。