饱和脂肪酸生物合成与基因工程.doc

摘要：植物脂肪酸既具重要生理功能, 又有巨大食用和工业价值其生物合成途径较为复杂, 涉及乙酰— CoA羧化酶、脂肪酸合成酶、脂肪酸去饱和酶和脂肪酸延长酶等一系列酶近年来, 国内外对脂肪酸生物合成途径进行了大量研究, 克隆出许多相关基因, 初步阐明了脂肪酸合成规律, 并在此基础上开展了利用基因工程技术调控脂肪酸合成研究, 取得可喜进展本文详细介绍了植物饱和脂肪酸、不饱和脂肪酸和超长链脂肪酸的生物合成与基因工程研究的新结果乙酰CoA羧化酶、脂肪酸合成酶、脂肪酸去饱和酶和脂肪酸延长酶此四者是合成脂肪酸的关键啊，尤其是乙酰CoA羧化酶，就更加重要，脂肪酸合成酶，也是极端重要，∵没有此酶，即脂肪酸合成酶，丙二酸单酰CoA也无法合成脂肪酸啊饱和脂肪酸的生物合成与基因工程脂肪酸合成的前体为乙酰—CoA, 它首先在乙酰—CoA羧化酶的作用下合成丙二酰— CoA然后脂肪酸合成酶以丙二酰— CoA为底物进行连续的聚合反应, 以每次循环增加两个碳的频率合成酰基碳链, 进一步合成16至18碳的饱和脂肪酸高等植物中饱和脂肪酸的合成在叶绿体基质中进行211　乙酰- CoA羧化酶( ACC)ACC是脂肪酸生物合成的关键酶之一, 自然界中有两种存在形式: 一种为多功能酶, 另一种为多酶复合体。

前者在一条多肽链中含有三个功能结构域, 催化多个反应进行, 被称为真核形式的ACC; 后者可解离成多个功能蛋白, 如生物素羧化酶(BC) 、生物素羧基载体蛋白(BCCP) 、羧基转移酶(CT) 及另一个功能未知的酶,被称为原核形式的ACC单子叶植物中的禾本科植物,如玉米[ 5 ] 、小麦和水稻叶绿体ACC为真核形式, 它们对除草剂如aryloxy phenoxy p rop ionates和cyclo hexane diones非常敏感植物中还发现另一个不位于叶片叶绿体、对除草剂不敏感、真核形式的ACC, 其功能有待进一步研究禾本科植物以外的单子叶植物ACC的情况还不清楚但双子叶植物如豌豆[ 6 ] 、烟草等叶绿体ACC为原核形式双子叶植物细胞质ACC则可能是真核形式目前已从硅藻、拟南芥、苜蓿、小麦、玉米[ 5 ]和油菜等多种生物中克隆了ACC基因植物ACC受光和脂酰— CoA调节光可能通过改变基质pH、ATP、ADP和镁离子等参数来调节酶活性, 增加叶片脂类形成, 从而影响脂肪酸合成脂酰— CoA对ACC起抑制作用, 很可能是通过抑制基因表达来实现212　脂肪酸合成酶( FAS)植物FAS为原核形式的多酶复合体( typeⅡ FAS) ,由酰基载体蛋白、β—酮脂酰—ACP合酶、β—酮脂酰—ACP还原酶、β—羟脂酰—ACP脱水酶、烯脂酰—ACP还原酶、脂酰—ACP硫酯酶等部分构成。

21211　酰基载体蛋白(ACP) 　植物体内存在多个ACP同工酶: 大麦有3个, 分别为ACP— Ⅰ、ACP— Ⅱ和ACP—Ⅲ, 由Acl1、Acl2 和Acl3 基因编码Acl3 为组成型表达, Acl1在叶片中特异表达, Acl2编码的ACP— Ⅱ位于质体拟南芥也至少有3个ACP, 除编码ACP— Ⅰ和ACP— Ⅱ的基因外, 人们还克隆出1 个与牛心肌线粒体ACP高度同源的ACP菠菜ACP— Ⅰ和ACP— Ⅱ的编码基因已克隆, 多肽的三维结构也已详细研究此外, 还有研究表明, 植物ACP受光调节, 在种子发育时表达21212　β- 酮脂酰- ACP合酶( KAS) 　目前共发现3种KAS, 分别为KASⅠ、KASⅡ和KASⅢKASⅠ对硫乳霉素不太敏感, 但对浅蓝菌素敏感, 催化4碳至14碳脂酰—ACP的缩合; KASⅡ对浅蓝菌素不太敏感, 但对硫乳霉素敏感, 催化14碳和16碳脂酰—ACP的缩合, 决定16碳脂肪酸/18碳脂肪酸的比率; KASⅢ对硫乳霉素敏感,对浅蓝菌素不敏感, 催化丙二酰—ACP与乙酰—ACP的缩合和(或) 随后的1～2轮循环缩合反应启始的底物乙酰—ACP的合成可由单独的乙酰— CoA: ACP 转酰基酶(ACAT) 催化, 也可由KASⅢ催化。

另一个底物丙二酰- ACP由丙二酰- CoA: ACP转酰基酶(MCAT) 催化产生KASⅠ已从油菜种子和大麦中纯化, 其编码基因也已从大麦中克隆KASⅡ已从油菜种子中纯化, 一些c -DNA已被克隆KASⅢ已从菠菜中纯化, 编码基因也从菠菜和红藻中克隆此外, 植物体内单独的ACAT已被发现一些植物的MCAT也已纯化将大肠杆菌MCAT的编码基因FabD转入烟草和油菜, 发现该基因可在转基因植物中表达, 但不引起脂类成分和含量改变, 表明MCAT催化的反应不是植物脂肪酸合成的限速步骤21213　β- 酮脂酰- ACP还原酶　植物β—酮脂酰— ACP还原酶有2个等位形式, 已从菠菜、鳄梨和油菜中纯化其中从鳄梨、油菜中分离的还原酶是NADPH 特异的,它的N—端具有细胞色素f结构域, 内部有1个类似NodG基因的产物其编码基因已从油菜、拟南芥中克隆, 基因的N - 端编码区编码1个可将多肽定位于质体基质的转运肽另一种等位形式有待进一步研究21214　β- 羟脂酰- ACP脱水酶　植物β- 羟脂酰- ACP脱水酶于1982年从菠菜中纯化, 但未见进一步研究21215　烯脂酰- ACP还原酶　植物烯脂酰—ACP还原酶有2种等位形式, 一种为NADH特异的烯脂酰— ACP还原酶, 已从油菜中纯化, 具α4 结构, 每个亚基为35 Kd, 编码基因也已克隆, 另一种为NADPH特异的烯脂酰—ACP还原酶。

21216　脂酰- ACP硫酯酶　脂酰—ACP硫酯酶催化FAS循环的终止, 已从多种植物中纯化, 编码基因也已从红花、油菜和拟南芥菜等多种植物中克隆脂酰—ACP硫酯酶具有底物特异性, 不同的脂酰—ACP需要不同的酶, 如红花中克隆的硫酯酶对油酰—ACP特异, 而拟南芥中克隆的硫酯酶对14～18碳饱和底物具特异性213　饱和脂肪酸生物合成的基因调控·46·©专。