[科普中国]-尿黑酸叶绿基转移酶

维生素E

维生素E能促进人体内黄体激素的分泌，具有抗不育活性，所以又称生育酚。生育酚在植物叶绿体中含量十分丰富，它能够保护脂类双层膜上的多不饱和脂肪酸免受脂肪氧化酶的攻击。此外，维生素E对于提高动物的免疫力，改善动物肉质，提高动物的繁殖性能，缓解动物应激反应等具有良好的效果。

在植物中尿黑酸叶绿基转移酶(HPT)是生育酚生物合成途径中的一个限速酶，它催化尿黑酸(HGA)与叶绿基二磷酸(PDP)发生缩合反应，生成2一甲一6一叶绿基一1，4一氢醌。将拟南芥的HPT基因构建到表达载体上，然后重新转化到拟南芥中进行组成型表达，这样在转基因拟南芥的叶片中生育酚的总量比野生型增加了4.4倍，在种子中生育酚的总含量比野生型高40%。

天然维生素E(α一生育酚)生物合成途径在几种天然维生素E中，α一生育酚的生物合成途径研究得最为清楚。早在20世纪60-70年代研究者就通过放射性同位素标记技术研究α一生育酚的生物合成，到80年代已基本上阐明高等植物的α一生育酚生物合成途径及其在叶绿体中的合成位点。光合生物通过一系列的酶促反应合成α一生育酚。

α一生育酚的生物合成前体来自于非甲羟戊酸途径和莽草酸两种不同的合成途径。生育酚的疏水尾部的合成前体叶绿醇焦磷酸(phytyl—PP)来源于质体的非甲羟戊酸途径(non-mevalonate pathway in plastids)而产生的异戊烯焦磷酸(isopentenyl pyrophosphate，IPP)。IPP在GGDP合酶 (geranylgeranyldiphosphate synthases)的催化下逐步还原形成生育酚的饱和侧链一叶绿醇焦磷酸(phytyl—PP)；芳香环头部是经由莽革酸合成途径合成的。对羟甲基丙酮酸(p—hydroxyphenylpyruvate，HPP)在对羟甲基丙酮酸双加氧酶(p—hydroxypheny]pyruvate dioxygenase，BPPDase)的催化下合成生育酚的芳香环头部——尿黑酸(homogentisic acid，HGA)，它是生育酚和质体醌的公共芳香环前体。α一生育酚生物合成的第一步是HGA与叶绿醇一PP在尿黑酸异戊二烯基转移酶(Prenyltransferase)的作用下发生异戊二烯化，生成生育酚合成的公共中间体一2一甲基—6一叶绿醇苯醌(2—methyl一6一phytyl—1，4—benzoquinone，MPBQ)。α一生育酚合成的第二步是环的甲基化和环的环化。生育酚环化酶(Tocopherol Cyclase)、MPBQ甲基转移酶(Methyttransferase。MPBQ MT)和γ—TMT 甲基转移酶(γ—tocopherolmethyltransferase，γ—TMT)出现在特定的组织中。在光合生物的。α一生育酚生物合成途径中，上述的3种酶决定了一个细胞或组织中的生育酚组分。环化酶直接作用于MPBQ产生了δ一生育酚形式。而MPBQ甲基转移酶则先作用于芳香环C2位，形成了2，3一二甲基一5一叶绿醇苯醌(2，3—dimethyl—5—phytyl—1，4—benzoquinone，DMPBQ)。随后在生育酚环化酶的作用下生成γ一生育酚，第二次甲基化是γ一生育酚甲基转移酶作用于芳香环C3位上，使γ一生育酚和δ一生育酚分别形成α一生育酚和β一生育酚。Grusak和Dellapenna认为第一次环的甲基化反应是生育酚和质体醌合成所共有，因此是由一个酶所催化的，该酶底物广泛，而且仅对底物环上甲基化的位点特异。最近通过体外酶活分析新鉴定出一个甲基转移酶，它能有效催化β一生育酚和质体醌C3位置上的甲基化，但此酶是否为α一生育酚生物合成途径中的第一个甲基转移酶，仍有待进一步研究．催化第二次环甲基化的γ一生育酚甲基转移酶(γ—tocopherolmethyltransferase，γ—TMT)活性与第一个甲基转移酶显著不同，生育酚芳香环头部的C5位置是它催化甲基化反应的特异性位点。体外酶活分析证实，当把不同甲基取代的生育酚作为底物时，只有γ一生育酚和δ一生育酚能被它利用，分别甲基化成α一生育酚和β一生育酚。

如上所述，α一、γ一生育酚的生物合成途径已基本上得到阐明，但δ一和β一生育酚是如何产生的，现在仍不完全清楚。尽管在体外用放射性同位素标记前体测量了许多酶的活性，但由于它们多为膜结合蛋白、在细胞内含量很低、并且多定位于质体中，纯化困难，因此严重阻碍了各酶功能的鉴定1。

尿黑酸叶绿醇转移酶(HPT) 简介叶绿醇焦磷酸(phyty—PP)与尿黑酸(HGA)的缩合是生育酚生物合成的关键步骤。催化这步反应的是尿黑酸叶绿醇转移酶，它是一种膜结合蛋白，是生育酚和质体醌生物合成途径的分支点，它催化的反应是一个潜在的调节合成途径流向的关键酶促步骤。通过与叶绿素合成酶同源的序列，分别从蓝藻聚球藻Synechocystis sp．PCC6803和拟南芥中分离鉴定了HPT基因。这两种生物的HPT基因的体外酶活实验证明该酶的最适底物为HGA和叶绿醇一PP。但仅有聚球藻Synechocystis sp．PCC 6803的HPT可以利用GGDP为底物，由此可以推断在低等植物如蓝藻中，同一个HPT酶既能催化叶绿醇-pp与HGA的缩合丽最终生成生育酚，也能催化GGDP与HGA的缩合而产生三烯生育酚。进一步的研究证实拟南芥和蓝藻的HPT都不能利用茄尼基二磷酸(solanesyldiphosphate)为底物来合成质体醌—9。此外，聚球藻Synechocystis sp．PCC 6803 HPT基因功能缺失导致了生育酚的缺乏而不影响质体醌一9的水平，表明在蓝藻Synechocystis sp．PCC 6803的生育酚和质体醌的合成途径中，有两种不同的聚异戊烯基转移酶存在，推测在高等植物中也可能是类似的情况2。