倍半萜合成酶中关键氨基酸的研究进展
摘要：萜类化合物在自然界中广泛存在，其结构多样,在制药、天然杀虫剂、芳香剂等多个领域发挥重要作用。倍半萜无论是化合物的数目还是结构骨架的类型都是萜类化合物最多的一类。倍半萜合成酶是合成倍半萜化合物的关键酶之一，其催化过程的路线精确性由各位点氨基酸所贡献的功能来保障。本文综述了近年来倍半萜合成酶关键氨基酸的研究进展。
关 键 词：倍半萜化合物、倍半萜合成酶、氨基酸、定点突变1 倍半萜化合物的生物合成倍半萜化合物属于萜类家族分子的一种，结构中含有15个碳原子，由三个异戊二烯结构单元聚合而成，如倍半萜醇愈创醇的分子式为C15H26O，结构式如下图所示。倍半萜化合物子在自然界中分布较广，如植物、真菌、细菌和昆虫中都存在。倍半萜化合物在医药、农药、香料和调味剂等领域中都有重要作用，具有多种生理活性和生物活性，如抗细菌、抗真菌、除草、抗肿瘤、抗病毒、免疫抑制、保肝强心、抗虫和昆虫拒食作用等[1-2]。例如桉烷类倍半萜类化合物对一些植物病源真菌(物对瓜果腐霉菌、瓜类枯萎病菌等)有一定的生物活性；菊科旋覆花属植物中得出裂环-桉烷型倍半萜内脂对TPA引起的小鼠急性耳肿胀有抑制作用[3]；半萜类衍生物青蒿素可以治疗疟疾[4]；beta;-榄香烯加强了胃癌细胞对放射的敏感性，有作为胃癌细胞放射增敏剂的潜力[5]。随着大量具有生物活性和细胞毒性的倍半萜类化合物的发现，倍半萜类化合物的生物合成研究正在逐步加深。
图1 愈创醇的结构式
1.1 倍半萜类化合物生物合成途径(如图2)
萜类生物合成所需的最基本构件是二甲基烯丙基二磷酸酯( DMAPP )和异戊烯基二磷酸酯( IPP )。这两个基本结构单元来自两个来源，甲羟戊酸途径(mevalonate pathway,MVA)和丙酮酸/磷酸甘油醛途径(pyruvate/glyceraldehyde-3-phisphate pathway,DXP)。DMAPP和IPP的不同比例在开始和结束时形成香叶基焦磷酸(GPP)、法尼基焦磷酸(FPP)、香叶基香叶基焦磷酸(GGPP)等。这里我们主要研究以FPP为底物的倍半萜类化合物的生物合成。是以乙酰辅酶A为原料倍，以法尼基焦磷酸FPP为共同底物，在倍半萜合成酶(TPS)的催化作用下形成的。倍半萜合成酶基因以基因家族的形式存在，家族中不同成员基因表达催化生成不同的倍半萜终产物[6]。
图2 倍半萜生物合成途径[7]
1.2 青蒿素的生物合成
在倍半萜生物合成研究中最具代表的是青蒿素的生物合成，青蒿素是由乙酰CoA经甲羟戊酸(mevalonic acid,MVA)途径合成FPP，经紫穗槐-4，11-二烯合成酶(ADS)催化生成紫穗槐-4，11-二烯，在紫穗槐-4，11-二烯P450羟基化酶(CYP71AVI)催化下生成青蒿酸，在经过其他催化反应最后生成青蒿素(如图3)。由于青蒿素的生物合成得到较全面的揭示，使用工程菌发酵获得青蒿素的办法已经基本实现[8]。
