黄连小檗碱生物合成相关酶类的研究进展.doc

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1、黄连小檗碱生物合成相关酶类的研究进展【关键词】黄连　　摘要:小檗碱是具有双氧桥环状结构的一种重要次生代谢产物，研究小檗碱的生物合成对于通过基因工程手段提高小檗碱的产量具有重要的指导意义。综述了近年来黄连小檗碱生物合成途径催化各步反应的酶（尤其是关键反应）及编码这些酶的基因的研究进展。　　关键词:黄连;小檗碱;生物合成;酶　　Abstract:Berberineisakindofimportantsecondarymetaboliteswithmethylenediorybridgestructure.ToimproveproductionyieldofberberineofCoptiscel

2、lsbygeneticengineeringmeans，itisimportanttounderstandtheberberinebiosynthesispathway.Recentprogressesofthestudiesontheenzymesandthegenesinvolvedinberberinebiosynthesis，especiallythoseenzymesthatcatalzyethecommittedstepsandtheircorrespondinggenesarereviewedinthispaper.Keywords:Coptis;Berberine;Biosy

3、nthesis;Enzymes　　黄连是一种著名的中药，《神农本草经》列之为上品，具有抑菌、消炎、健胃、降压和抗肿瘤等作用。黄连的根茎味极苦，苦味在于它含小檗碱（berberine）和黄连碱（coptisine）等原小檗碱型苄基异喹啉生物碱。由于小檗碱在植物体中的含量相当低，加之黄连属植物入药部位（根茎）生长缓慢，这对小檗碱的进一步开发利用造成了很大的困难。20世纪70年代以来，科技人员围绕日本黄连（CoptisjaponicsL.）进行了大量的诱导愈伤组织和细胞培养工作，已筛选出稳定高产的细胞系，用于工业化生产小檗碱及其衍生物［1］。目前我国也已建立了黄连（CoptischinensisF

4、ranch.）的细胞培养体系，以求能够小量生产小檗碱。近年来，不断有与黄连小檗碱合成有关的代谢中间体、酶及其基因被发现，使得人们对其合成路线有了较清楚地认识。本文主要综述了黄连小檗碱生物合成途径中的相关酶及其基因的研究进展，这对黄连小檗碱等次生代谢产物的生产调控具有重要的指导意义。　　1小檗碱生物合成途径　　小檗碱的合成大致可分为两个阶段［2］5:第一阶段发生在细胞质中，小檗碱的两种合成原料（多巴胺和4-羟苯乙醛）在去甲乌药碱合成酶的作用下，缩合形成苄基异喹啉生物碱生物合成的第一个中间体去甲乌药碱（norcoclaurine）。去甲乌药碱经历几次甲基化作用，接受来自腺苷甲硫氨酸的甲基，转化为

5、另一个重要中间体番荔枝碱（reticuline）。第二阶段是在内质网的囊泡内进行，有研究表明小檗碱合成途径中后面的大多数酶均位于内质网囊泡中。番荔枝碱经特殊的载体转运进入内质网的囊泡，在此发生成环作用而形成小檗碱桥，后者进一步形成原小檗碱的基本骨架-金黄紫堇碱（scoulerine）。金黄紫堇碱从腺苷甲硫氨酸处获取甲基形成四氢非洲防己碱（tetrahydrocolumbamine）。有研究表明，四氢非洲防己碱在氢化小檗碱合成酶的催化下，形成特殊的亚甲基双氧环结构，转化为氢化小檗碱（canadine）。小檗碱合成的最后步骤由四氢小檗碱氧化酶催化，利用氢化小檗碱为底物氧化脱氢，最终形成小檗碱。现

6、将小檗碱合成的主要途径概述于图1。　　1.（s）-去甲乌药碱合成酶;2.（s）-腺苷甲硫氨酸:去甲乌药碱6-O甲基转移酶;3.（s）-腺苷甲硫氨酸:乌药碱N-甲基转移酶;4.N-甲基乌药碱4`-羟化酶;5.（s）-腺苷甲硫氨酸:3`羟基-N-甲基乌药碱4`-O-甲基转移酶;6.小檗碱桥酶;7.（s）-腺苷甲硫氨酸:金黄紫堇碱9-O甲基转移酶;8.氢化小檗碱合成酶;9.四氢小檗碱氧化酶.　　以酪氨酸为底物合成小檗碱经历了13步酶促反应，目前已有多种相关酶及其基因序列被克隆并进行了较为详细的性质研究，使人们有可能从基因水平去控制小檗碱的合成。　　2.1甲基转移酶　　在小檗碱合成中，甲基转移酶控制

7、代谢物反应的方向，促使中间物质的定向流动［3］。甲基转移酶有着极高的底物专一性，能够清楚地识别其底物，并有选择性地发生反应。　　2.1.1氮甲基转移酶（NMTs）　　乌药碱N-甲基转移酶（CNMT）催化将S-腺苷甲硫氨酸的甲基转移到乌药碱的氨基上，生成N-甲基乌药碱的反应［4］。N-甲基乌药碱作为一种诱导因子，激活氧甲基转移酶的活性，使底物的代谢转化能够连续［4］。Choi［5］等从培养的黄连细胞中分离纯化得