三萜皂苷的生物合成[1]

目 前 已 经 从 人 参 和 豌 豆 中 得 到 了 两 个 与 β－ ＡＳ 相似的酶［８，９］， 其能催化氧化鲨烯产生单个的环 化 产 物［１］。Ｈａｒａｌａｍｐｉｄｉｓ 等［１］ 在 研 究 与 产 物 专 一 性 有 关 的 酶 的 结 构 域 时 发 现， β－ ＡＳ 的 Ｔｒｐ２５９ 通 过 齐 墩 果 烷 阳 离 子 控 制 β－ 香 树 脂 的 形 成 ； 高 保 守 的 Ｔｙｒ２６１ 附近的氨基酸残基易于产生突变， 其突变 导 致五环三萜类转变为组氨酸， 而产生四环碳骨架 的相应残基的突变导致了达玛烷型三萜类的合成。
个法呢二磷酸（ ＦＰＰ） 分子以头对头的形式形成还 原 性 的 二 聚 体［６］。Ｓｕｚｕｋｉ 等［３］ 用 １４Ｃ－ ＦＰＰ、ＮＡＤＰＨ 和 Ｍｇ２＋检测 ＳＳ 活性时发现， 在转导空载体的大肠 杆 菌 提 取 物 中 没 有 １４Ｃ－ 鲨 烯 产 物 的 形 成 ， 而 在 转 导含 ＳＳ 的 ｐＥＴ１５ｂ 的大 肠 杆 菌 提 取 物 中 发 现 了 标 记 性 产 物 ； 然 而 去 掉 ＮＡＤＰＨ 时 ， 却 根 本 没 有 鲨 烯产物的形成 ； 没 有 Ｍｇ２＋离 子 的 条 件 下 ， 鲨 烯 的
Ｃｈｏｉ 等［５］ 用密码和域的研究， 识别了 ５ 个 β－ 糖苷酶 候 补 物 。有 些 人 参 皂 苷 由 β－ 糖 苷 酶 介 导 ， 裂解葡萄糖转变成其他的形式的皂苷。５ 个公认 的 β－ 糖苷酶中有 ３ 个编码的蛋白质与以前分离的 酶（ 修饰呋甾烷苷和燕麦皂苷） 相似。
综上所述， 目前对三萜皂苷的生物合成途径 和合成中所需的酶尚了解较少， 这主要是由于对 代谢途径中间体和分子的复杂性缺乏基础研究。 三萜皂苷有一定的药理作用和商业价值， 因此有 必要进一步研究三萜皂苷的生物合成途径， 了解 生物合成的基因， 从而工业化生产三萜皂苷。
皂苷（ ｓａｐｏｎｉｎ） 一词由 ｓａｐｏ 演化而来， 也 就 是 拉丁语的肥皂 （ ｓｏａｐ） ， 因为在水溶液中， 这些分 子 有 表 面 活 化 剂 的 特 征 且 有 像 肥 皂 一 样 的 泡 沫［１］。 三萜皂苷是一种重要的植物次生代谢产物， 广泛 分 布 于 植 物 界 中 ， 有 抗 菌 和 抗 虫 害 的 作 用［１，２］。 三 萜皂苷可用作药物， 能抗胆固醇血症、抗癌、辅 药和有溶血活性［３］， 具有重要的商业价值。
目前对三萜皂苷的生物合成途径已有一定的 了 解 。 首 先 通 过 甲 羟 戊 酸 途 径 合 成 ２，３－ 氧 化 鲨 烯， 随后在氧化鲨烯环化酶 （ ＯＳＣ） 的作用下形成 各种三萜类， 最后经细胞色素 Ｐ４５０、糖基转移酶 （ ＧＴ） 和 β－ 糖 苷 酶 的 作 用 ， 形 成 了 各 种 类 型 的 三 萜皂苷（ 图 １） 。 １． 甲羟戊酸途径
ＳＥ 催 化 鲨 烯 在 Ｃ＝Ｃ 双 键 之 间 插 入 一 个 氧 原 子形成环氧化物［３］。在研究人参皂苷合成时， Ｃｈｏｉ 等 ［５］ 识 别 了 三 个 编 码 ＳＥ 的 转 录 物 ， 这 表 明 在 人 参 基 因 组 中 ＳＥ 形 成 了 一 个 小 的 多 基 因 家 族 。 Ｓｕｚｕｋｉ 等［３］ 通过 ＤＮＡ 琼脂印迹分析， 在苜蓿基因 组 中 发 现 了 两 个 ＳＥ 基 因 （ ＳＥ１ 和 ＳＥ２） 。 它 们 编 码 的 蛋 白 ＳＥ１ 和 ＳＥ２ 与 人 参 公 认 的 ＳＥ 关 系 非 常 密 切 ， 分 别 有 ７７．１％和 ７４．４％的 序 列 一 致 性 。 用 甲基茉莉酸 （ ｍｅｔｈｙｌ ｊａｓｍｏｎａｔｅ， ＭｅＪＡ） 处 理 苜 蓿 后 ＳＥ１ 转 录 物 并 没 有 被 诱 导 ， 而 ＳＥ２ 转 录 物 的 诱 导 率 却 很 高 ， 表 明 ＳＥ２ 并 不 是 ＳＥ１， 其 在 合 成 三 萜 类过程中起到了重要的作用。 ２． 氧化鲨烯环化酶（ ＯＳＣ）
［１３］ Ｂａｒｔｅｌ Ｂ ｅｔ ａｌ． Ｐｌａｎｔ Ｐｈｙｓｉｏｌ， ２００３， １３２： ７０９—７１７ ［１４］ Ｍａｒｔｉｎｅｚ Ｊ ｅｔ ａｌ． Ｇｅｎｅｓ Ｄｅｖ， ２００４， １８： ９７５—９８０ ［１５］ Ｍａｒｔｉｎｅｚ Ｊ ｅｔ ａｌ． Ｃｅｌｌ， ２００２， １１０： ５６３—５７４ ［１６］ Ｎｙｋａｎｅｎ Ａ ｅｔ ａｌ． Ｃｅｌｌ， ２００１， １０７： ３０９—３２１ ［１７］ Ｐｈａｍ ＪＷ ｅｔ ａｌ． Ｃｅｌｌ， ２００４， １１７： ８３—９４
Ｅ－ ｍａｉｌ： ｘｉｎｇｚｈｂ＠ｍａｉｌ．ｅｄｕ．ｃｎ
图 １ 植 物 三 萜 皂 苷 的 生 物 合 成 途 径［４］ ＭＶＡ， 甲 羟 戊 酸 ； ＩＰＰ， 异 戊 烯 二 磷 酸 ； ＧＰＰ， 香 叶 二 磷 酸 ；
ＦＰＰ， 法 呢 二 磷 酸 ； ＧＰＳ， 香 叶 二 磷 酸 合 成 酶 ； ＦＰＳ， 法 呢 二 磷 酸 合 成 酶 ； ＳＳ， 鲨 烯 合 成 酶 ； ＳＥ， 鲨 烯 环 氧 酶 ； ＣＡＳ， 环 阿 屯 醇 合 成 酶 ； β－ ＡＳ， β－ 香 树 脂 合 成 酶 ； ＤＳ， 达 玛 烯 二 醇 合 成 酶 ； ＧＴ， 糖 基 转 移 酶［４］。 图 中 实 线 为 已 公 认 的 合 成 途 径 ； 虚线为尚未得到公认的合成途径。
甲羟戊酸途径是公认的皂苷三萜苷元合成必 由 途 径［５］。 异 戊 烯 二 磷 酸 依 次 在 香 叶 二 磷 酸 合 成 酶 （ ＧＰＳ） 、 法 呢 二 磷 酸 合 成 酶 （ ＦＰＳ） 、 鲨 烯 合 成 酶 （ ＳＳ） 和 鲨 烯 环 氧 酶 （ ＳＥ） 的 催 化 下 ， 最 终 合 成 ２，３－ 氧 化 鲨 烯 ［４］。 此 过 程 中 ， ＳＳ 和 ＳＥ 是 最 关 键 的两个酶。
在环丙甲醇二磷酸中间体介导下， ＳＳ 催化两
— — — — — — — — — — — 收稿日期 ： ２００５－ ０６－ ０６ 国 家 “十 五 ”科 技 攻 关 子 课 题 资 助 项 目（Ｎｏ． ２００１ＢＡ５１０Ｂ０８０１） 作 者 简 介 ： 邢 朝 斌 （１９７５—）， 男 ， 硕 士 ， 讲 师 ， 联 系 作 者 ，
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［ ８ ］ Ｌｉｎ ＳＹ ｅｔ ａｌ． Ｄｅｖ Ｃｅｌｌ， ２００３，ＪＪ ｅｔ ａｌ． Ｎａｔｕｒｅ Ｓｔｒｕｃｔ Ｂｉｏｌ， ２００３， １０： １０２６—１０３２ ［１０］ Ｔａｎｇ Ｇ． Ｓｃｉ， ２００５， ３０： １０６—１１４ ［１１］ Ｓｃｈｗａｒｚ ＤＳ ｅｔ ａｌ． Ｃｅｌｌ， ２００３， １１５： １９９—２０８ ［１２］ Ｋｈｖｏｒｏｖａ Ａ ｅｔ ａｌ． Ｃｅｌｌ， ２００３， １１５： ２０９—２１６
●知识介绍
《生命的化学》２００５ 年 ２５ 卷 ５ 期 ＣＨＥＭＩＳＴＲＹ ＯＦ ＬＩＦＥ ２００５， ２５（５）
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合 成 也 显 著 下 降 。 继 续 研 究 ＳＳ 反 应 时 还 发 现 ， Ｍｎ２＋、Ｃｏ２＋和 Ｆｅ２＋能 替 代 Ｍｇ２＋作 为 反 应 中 的 辅 助 因 子， 但 Ｃａ２＋、Ｃｕ２＋和 Ｚｎ２＋却不能。
从三萜苷元生物合成皂苷对于原人参萜二醇 型骨架在 Ｃ－ ３ 和 Ｃ－ ２０ 的羟基位置进行了糖基化， 形成了原人参萜二醇型人参皂苷； 而对于原人参 萜 三 醇 则 在 Ｃ－ ６ 和 Ｃ－ ２０ 位 置 上 进 行 了 糖 基 化 ， 形 成 了 原 人 参 萜 三 醇 型 人 参 皂 苷 ［４］。Ｊｕｎｇ 等 ［４］ 用 密码和域研究， 识 别 了 ７４ 个 糖 苷 转 移 酶 候 补 物 ， 这 些 重 叠 群 集 合 形 成 ４２ 个 独 特 的 糖 苷 转 移 酶 候 补物。然而有 １２ 个与植物次生代谢产物葡萄糖基 转移酶（ ＰＳＰＧ） 序列一致的 ＥＳＴ 在植物次生代谢产 物 合 成 的 糖 苷 转 移 酶 中 已 被 发 现 。Ｃｈｏｉ 等［５］ 从 人 参 ＥＳＴ 数据组中识别了 ９ 个糖苷转移酶基因， 其 中 有 ５ 个 与 ＰＳＰＧ 有 共 同 结 构 域 ， 在 植 物 次 生 代 谢产物合成的糖苷转移酶中也有所发现。糖苷转 移 酶 的 预 计 氨 基 酸 序 列 含 有 一 个 ＵＤＰ－ 结 合 区 ， 其 与 来 自 哺 乳 动 物 特 殊 甾 类 的 ＵＤＰ－ 糖 苷 转 移 酶 相 似 ［１］。 到 目 前 为 止 才 分 离 得 到 了 一 个 编 码 皂 苷 糖 基 转 移 酶 （ ＳｔＳＧＴ） 基 因［５］。 对 于 已 识 别 的 糖 苷 转 移酶候补物， 其作用特征正在研究之中。
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《生命的化学》２００５ 年 ２５ 卷 ５ 期 ＣＨＥＭＩＳＴＲＹ ＯＦ ＬＩＦＥ ２００５， ２５（５）
●Ｃｕｒｒｅ ｎｔ Ｔｏｐｉｃｓ
三萜皂苷的生物合成
邢朝斌 王一曼 陈正恒 沈海龙 １
（ 华 北 煤 炭 医 学 院 生 物 科 学 系 ， 唐 山 ０６３０００； １ 东 北 林 业 大 学 林 学 院 ， 哈 尔 滨 １５００４０ ）
从 ２，３－ 氧化鲨烯形成的环化产物合成皂苷还 需要额外的修饰， 包括各种氧化、取代以及在骨 架 的 不 同 位 置 上 糖 基 化 ［１］。 ３． 细胞色素 Ｐ４５０
通 过 密 码 和 域 的 研 究 ， Ｃｈｏｉ 等［５］ 已 经 识 别 了 ２５ 种 细 胞 色 素 Ｐ４５０。 其 中 一 员 包 含 在 原 人 参 萜 二醇 Ｃ－ ６ 位置上， 催化形成原人参萜三醇 （ 合成 人 参 皂 苷 的 主 链 ） ［４］。所 识 别 的 Ｐ４５０ 家 族 成 员 中 ， ３ 个与 ＣＹＰ８５Ａ１ 家族 （ 包含在油菜类固醇生 物 合 成中） 有高度的氨基酸序列同源性［１０］。虽然许多酶 有高度的底物专一性， 但它们的同源就是由于有 相 似 的 底 物 化 学 结 构 ［５］。 ４． 糖基转移酶（ ＧＴ ） 和 β－ 糖苷酶