植物次生代谢讲解学习
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2022/3/15
二、茶树体内咖啡碱的生物合成
• 咖啡碱生物合成部位 研究表明，咖啡碱是在茶树幼嫩叶
片中进行生物合成的，而在茎、根与子 叶中合成能力能低甚至没有。而茶花中 亦能合成咖啡碱。
细胞中的合成部位则是在叶绿体中 。在叶绿体中含有咖啡碱生物合成所需 的酶类。
2022/3/15
• 咖啡碱生物合成中嘌呤环的来源及嘌呤 环的甲基化
2022/3/15
•核酸降解
• 由于核酸组成中有嘌呤核苷酸，当大分子 核酸降解时，就有许多的腺苷酸和鸟苷酸 从结合态中游离出来，而它们又能分别转 化为次黄嘌呤核苷酸和黄嘌呤核苷酸。
• 由于这些嘌呤核苷酸的相互转化，能够为 咖啡碱合成提供嘌呤环来源，所以核酸降 解与咖啡碱合成有密切的关系。
2022/dary metabolism: 植物 在长期进化过程中，在特定的条件下，以 一些重要的初级代谢产物为前体，经过一 些不同的代谢过程，产生一些对维持植物 生长发育起着一定作用的化合物，如生物 碱、黄酮、芳香物质等，合成这些化合物 的过程称之为次级代谢。 由次级代谢产生的物质称为次生物质 或次生代谢产物。
2022/3/15
• 次黄嘌呤核苷酸脱氢酶（IMPDH, inosine monophosphate dehydrogenase）
该酶催化咖啡碱生物合成途径中由次 黄嘌呤核苷酸脱氢产生黄嘌呤核苷酸的过 程。此酶最适pH范围较宽（8.8~9.8）。 受嘌呤核苷酸的抑制，抑制敏感性为GMP ＞XMP＞AMP。IMPDH可能是嘌呤类核苷 酸转化为咖啡碱和鸟嘌呤核苷酸合成的关 键酶类。
•茶树体内咖啡碱是从茶籽萌发开始形成，此 后就一直参加茶树体内的代谢活动，并贯穿 与生命活动的始终。咖啡碱广泛地分布在茶 树体内。但各部位的含量，差异很大。除种 子外，其它各部位均含有咖啡碱。并比较集 中地分布在新梢部位，以叶部最多，茎梗中 较少，花果中更少。
2022/3/15
• 咖啡碱是比较集中地分布在新梢部位，但 新梢中各部位的含量又不相同。以嫩的芽 叶含量最多，老叶最少。说明咖啡碱在新 梢中的含量是随芽叶的老化而减少，因此 咖啡碱能作为茶叶老嫩度的标志成分之一 。
2022/3/15
3）环境因素对次级代谢的调节 和初级代谢相类似，在一定限度范
围内，高等植物的次级代谢受环境因素 的影响和调节。如激素、光照、温度、 肥料等都会对次级代谢起着调节作用。
2022/3/15
第二节 茶树中的生物碱代谢
1、茶树体内咖啡碱的分布 2、茶树体内咖啡碱的生物合成 • 咖啡碱生物合成部位 • 咖啡碱生物合成中嘌呤环的来源及嘌呤环的
2022/3/15
• 茶树新梢中咖啡碱的生成量还随品种、 气候、栽培条件的不同而有变化。在不 同品种中，云南大种常比一般品种咖啡 碱含量高。在不同季节中，夏茶常比春 茶和秋茶含量高。在不同栽培条件中， 遮阴和施肥的，常比露天和不施肥的含 量高。这些生育中的 动态变化，都是茶 树体内咖啡碱因代谢受不同环境条件影 响，从而导致不同条件下咖啡碱的含量 的差异。
2022/3/15
• N-甲基核苷酶 此酶为水解酶，主要是催化7-甲基黄嘌
呤核苷水解脱去核糖而转变为7-甲基黄嘌 呤的反应。其分子量大约为55,000，最适 pH为8.0-8.5,最适温度为40-450C。
它是咖啡碱合成中的一个调节酶，如 果没有该酶对7-甲基黄嘌呤核苷的水解， 以后嘌呤甲基化，进而生成咖啡碱的反应 就无法进行。
2022/3/15
初 级 代 谢 和 次 级 代 谢 的 关 系
2022/3/15
▪次级代谢的调节
1）初级代谢对次级代谢的调节 初级代谢的许多重要中间产物是次
级代谢的始点，因而可通过调控初级代 谢而增加次级代谢的产量和各种次级代 谢的比例。
当盐酸乙胺添加到培养基中，在茶 树愈伤组织中的氨基酸的积累大大提高 ，而多酚类、咖啡碱积累则下降。
2022/3/15
• 嘌呤环的生物合成不是先形成游离嘌呤骨 架而后转变成嘌呤核苷酸，而是首先以核 糖-5-磷酸为起始物质，并在此基础上逐步 将先质中碳、氮原子一个一个连接而成次 黄嘌呤核苷酸。具体过程如下。
2022/3/15
2022/3/15
• 以上合成的次黄嘌呤是形成其它嘌呤核苷 酸的先质,由它可转变成腺苷酸、黄苷酸、 鸟苷酸。
• 茶 树 中 的 咖 啡 碱 合 成 酶 (Caffeine synthase,CS)为3-NMT 和1-NMT的总称。即 催化由7-甲基黄嘌呤生成咖啡碱的两步反应 。
• 茶叶中的咖啡碱合成酶已经得到分离纯化， 并对性质进行了全面的研究(Kato M.Mizuno K.et al.1999)而且，茶树中的咖啡碱合成酶基 因 的 cDNA 全 长 已 经 克 隆 (Kato M.Mizuno K.et al.2000) ，催化甲基化反应的两种N-甲 基化转移酶(3-NMT 、1-NMT)很多性质相同 ， 例 如 ， 最 适 pH 值 均 为 8.5,Mg2+ 、 Ca2+ 和 Mn2+都能微弱刺激酶的活性，Hg2+和Cu2+能 强烈的抑制酶的活性，巯基试剂对活性几乎 没有影响，有人把两种酶看作同一种酶，称 为 咖 啡 碱 合 成 酶 (Caffeine
2022/3/15
2）次级代谢的酶促调节
在高等植物中，多酚类化合物的合 成是由莽草酸途径合成芳香族氨基酸后 进一步合成的。而在这其中苯丙氨酸裂 解酶（PAL，phenylalanine ammonialyase)起着重要的作用。如茶 树新梢中的PAL以芽最高，按第一叶、 第二叶、嫩茎的顺序递减，随叶片的成 熟与老化而降低，多酚类则也随着叶片 老化而下降。
2022/3/15
• 生物体内除上述方式合成嘌呤核苷酸外， 尚能利用已有的嘌呤碱和核苷形成嘌呤核 苷酸。现已知道，嘌呤碱与1-磷酸核糖通过 核苷磷酸化酶的作用，可生成嘌呤核苷， 后者再经核苷磷酸激酶的作用，由ATP供给 磷酸基，即形成嘌呤核苷酸。嘌呤碱与5-磷 酸核糖焦磷酸通过核苷酸焦磷酸化酶的作 用，也可形成嘌呤核苷酸。其反应如下：
2022/3/15
• 若以黄嘌呤核苷 和嘌呤核苷酸为 底物，则不能检 测到咖啡碱合成 酶的活性。上述 研究表明至少有 两种不同的N-甲 基 转 移 酶 (7NMT, 咖 啡 碱 合 成酶)参与了咖啡 碱的合成。
2022/3/15
• N.Fujimori 等测定了茶树体内嘌呤碱生 物合成中N－甲基转移酶与5-磷酸核糖焦 磷 酸 酯 （ PRPP ， phosphaoribosyl pyrophosphate ） 合 成 酶 的 活 性 ， 发 现 N-甲基转移酶在四、五月份的茶树叶片上 活性最强，但到七、八月份酶活性就消失 ，而PRPP合成酶活性仍然维持到可检测 水平。这说明咖啡碱的生物合成能力主要 决定于N-甲基转移酶的活性，因此可望通 过对N－甲基转移酶的诱导与抑制来调控 茶树体中咖啡碱的合成。
• 以上嘌呤来源的途径可看出，无论是直接 合成，还是核酸降解，它们和咖啡碱合成 的关系，都是嘌呤核苷酸为咖啡碱提供嘌 呤环来源的结果。而嘌呤核苷酸既是合成 的原料，又是核酸降解的产物，当核酸合 成时，就通过直接合成途径形成嘌呤核苷 酸，当核酸降解时，又能游离出嘌呤核苷 酸。因此，咖啡碱中嘌呤环的来源实际上 是和核酸代谢有关。当然也不能排除咖啡 碱可以通过嘌呤基重新再利用的途径来合 成嘌呤核苷酸的可能。
2022/3/15
• AMP脱氨酶 (adenosine monophosphate deaminase)
此酶是催化腺苷酸脱氨产生次黄嘌呤核 苷酸的反应。
Fujimori N, Ashihara H,(1993) 研究了 茶树花芽中嘌呤碱的生物合成，试验表明[814C]腺嘌呤在雄蕊中先转化成腺嘌呤核苷酸， 然后转化成可可碱和咖啡碱，如果加入 AMP 脱氨酶抑制剂（Coformycin），能够抑制转 化成嘌呤碱的放射强度。说明从腺嘌呤核苷 酸合成咖啡碱受AMP脱氨酶活性所调控。
2022/3/15
▪嘌呤的甲基化
（1）甲基供给体 咖啡碱中嘌呤环上的直接甲基供体
为S-腺苷蛋氨酸，它是由蛋氨酸与ATP 作用转化而来的。
2022/3/15
蛋氨酸活化为S-腺苷蛋氨酸后即可提供 甲基，当供出甲基后，变成S-腺苷同型半胱 氨酸，它脱去腺苷，就变成同型半胱氨酸。 而它再接受甲基，又能变成蛋氨酸。蛋氨酸 再活化后，又产生S-腺苷蛋氨酸。这样循环 往复，在生物体内形成蛋氨酸的甲基转移循 环。
(四) 咖啡碱生物合成中的重要酶
• N-甲基转移酶
茶树体内只有三种N-甲基转移酶，分别为 黄嘌呤核苷N-甲基转移酶(7-NMT)、7-甲基黄 嘌呤N-甲基转移酶(3-NMT)和可可碱N-甲基转 移酶(1-NMT)。其中以3-NMT活性最高，它的 活性是7-NMT和1-NMT活性总和的10倍以上 ，因此，在生物合成旺盛的芽叶中，常常有 可可碱的大量积累。H.Ashihara等研究发现 ，四个月的茶树幼苗中的咖啡碱主要分布在 叶片内，而合成咖啡碱的先质可可碱只存在 嫩叶中，咖啡碱是在嫩叶中经可可碱合成的 。 2022/3/15
2022/3/15
•嘌呤环的生物合成
•应 用 同 位 素 标 记 法 对 表明嘌呤中各氮、碳原 子的先质来源进行了详 细研究。结果证明，环 中C4、C5分别来自甘氨 酸中的羧基和α-碳原子 。N7来自甘氨酸中的氨 基。C2、C8来自甲酸盐 ，N3、N9来自谷氨酰胺 ，N1来自天冬氨酸，C6 来自CO2,如图。
2022/3/15
(三)、茶树体内的嘌呤合成代谢与咖 啡碱生物的合成途径
1、腺苷酸琥珀合成酶与裂解酶；2、 AMP脱氨酶；3、IMP脱氢酶；4、 GMP合成酶；5、GMP脱氨酶；6、 GMP还原酶；7、核苷激酶或核苷转磷 酸酶；8、5′-核苷酸酶或磷酸酶；9、 11、12、N-甲基转移酶；10、N-甲基 2022/3/核P15R苷PP酶合；成1酶3、。鸟嘌呤核苷脱氨酶；14、
甲基化
（嘌呤环的直接生物合成；核酸降解；嘌 呤甲基化）
• 嘌呤合成代谢与咖啡碱的生物合成途径 • 咖啡碱生物合成中重要的酶 3、茶树体内咖啡碱的分解
2022/3/15
• 茶树中的生物碱以嘌呤碱为主，而嘌呤碱中 又以咖啡碱为主体成分。
• 咖啡碱为茶树的特征性成分之一。
2022/3/15
一、茶树体内咖啡碱的分布
2022/3/15
• 由此可知，腺嘌呤可以合成腺嘌呤核苷 酸，鸟嘌呤可以合成鸟嘌呤核苷酸。这 些嘌呤核苷酸的产生，在生物体内除参 加核酸的合成外，还能转化成多种嘌呤 衍生物。
• 在茶树体内用于合成生物碱的嘌呤大多 来自核苷酸库，库中的腺嘌呤核苷酸被 认为是最有效的前体，由它可在一系列 酶的作用下转化成为咖啡碱 。
2022/3/15
2022/3/15
(２)甲基的转移和甲基化顺序
• 咖啡碱的合成中，嘌呤甲基化的过程，是 先由7-甲基黄嘌呤甲基化形成可可碱（3， 7-二甲基黄嘌呤），再由可可碱甲基化形成 咖啡碱。
• 咖啡碱嘌呤环上的甲基是由Ｓ-腺苷蛋氨酸 供给，在甲基转移酶的作用下，按7、3、1 氮原子位置的先后顺序进行甲基化作用。
2022/3/15
▪初级代谢和次级代谢的关系及代谢的 主要途径
• 在高等植物中，次级代谢的主要系统是从 糖酵解系统(EMP)，磷酸戊糖循环（PPP or HMP)，柠檬酸循环(TCA)等初级代谢的 中间产物派生出来的三个途径莽草酸途径 、甲瓦龙酸途径、多酮化途径，借助这3个 合成途径和氨基酸合成途径相结合生成生 物碱、萜烯、黄酮类等次级代谢产物。
第二章 茶树次级代谢
2022/3/15
第一节 茶树次级代谢的特点、主 要途径及调节
• 次级代谢特点
1）初级代谢 primary metabolism: 蛋白 质、脂肪、核酸、碳水化合物等是植物 生命活动不可缺少的物质，为生物体的 生存、生长、发育、繁殖提供能源和中 间产物，这类物质代谢我们称之为初级 代谢或一级代谢。
咖啡碱的结构特点是黄嘌呤，在1，3 ，7位置的N上连接3个甲基，生物合成中， 一需要嘌呤环的来源，二需要甲基供体。
茶树中咖啡碱生物合成的嘌呤环，既可 来合自成甘，氨又酸 可、来谷自酰核胺酸、代甲谢酸的盐核和苷酸CO代2的谢直库接中 的嘌呤，其中核苷酸库中腺嘌呤是咖啡碱合 成的最有效的前体。
咖啡碱合成中的甲基主要来源于S-腺 苷蛋氨酸，而转甲基作用则依赖于N-甲基 转移酶的活性。
二、茶树体内咖啡碱的生物合成
• 咖啡碱生物合成部位 研究表明，咖啡碱是在茶树幼嫩叶
片中进行生物合成的，而在茎、根与子 叶中合成能力能低甚至没有。而茶花中 亦能合成咖啡碱。
细胞中的合成部位则是在叶绿体中 。在叶绿体中含有咖啡碱生物合成所需 的酶类。
2022/3/15
• 咖啡碱生物合成中嘌呤环的来源及嘌呤 环的甲基化
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•核酸降解
• 由于核酸组成中有嘌呤核苷酸，当大分子 核酸降解时，就有许多的腺苷酸和鸟苷酸 从结合态中游离出来，而它们又能分别转 化为次黄嘌呤核苷酸和黄嘌呤核苷酸。
• 由于这些嘌呤核苷酸的相互转化，能够为 咖啡碱合成提供嘌呤环来源，所以核酸降 解与咖啡碱合成有密切的关系。
2022/dary metabolism: 植物 在长期进化过程中，在特定的条件下，以 一些重要的初级代谢产物为前体，经过一 些不同的代谢过程，产生一些对维持植物 生长发育起着一定作用的化合物，如生物 碱、黄酮、芳香物质等，合成这些化合物 的过程称之为次级代谢。 由次级代谢产生的物质称为次生物质 或次生代谢产物。
2022/3/15
• 次黄嘌呤核苷酸脱氢酶（IMPDH, inosine monophosphate dehydrogenase）
该酶催化咖啡碱生物合成途径中由次 黄嘌呤核苷酸脱氢产生黄嘌呤核苷酸的过 程。此酶最适pH范围较宽（8.8~9.8）。 受嘌呤核苷酸的抑制，抑制敏感性为GMP ＞XMP＞AMP。IMPDH可能是嘌呤类核苷 酸转化为咖啡碱和鸟嘌呤核苷酸合成的关 键酶类。
•茶树体内咖啡碱是从茶籽萌发开始形成，此 后就一直参加茶树体内的代谢活动，并贯穿 与生命活动的始终。咖啡碱广泛地分布在茶 树体内。但各部位的含量，差异很大。除种 子外，其它各部位均含有咖啡碱。并比较集 中地分布在新梢部位，以叶部最多，茎梗中 较少，花果中更少。
2022/3/15
• 咖啡碱是比较集中地分布在新梢部位，但 新梢中各部位的含量又不相同。以嫩的芽 叶含量最多，老叶最少。说明咖啡碱在新 梢中的含量是随芽叶的老化而减少，因此 咖啡碱能作为茶叶老嫩度的标志成分之一 。
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3）环境因素对次级代谢的调节 和初级代谢相类似，在一定限度范
围内，高等植物的次级代谢受环境因素 的影响和调节。如激素、光照、温度、 肥料等都会对次级代谢起着调节作用。
2022/3/15
第二节 茶树中的生物碱代谢
1、茶树体内咖啡碱的分布 2、茶树体内咖啡碱的生物合成 • 咖啡碱生物合成部位 • 咖啡碱生物合成中嘌呤环的来源及嘌呤环的
2022/3/15
• 茶树新梢中咖啡碱的生成量还随品种、 气候、栽培条件的不同而有变化。在不 同品种中，云南大种常比一般品种咖啡 碱含量高。在不同季节中，夏茶常比春 茶和秋茶含量高。在不同栽培条件中， 遮阴和施肥的，常比露天和不施肥的含 量高。这些生育中的 动态变化，都是茶 树体内咖啡碱因代谢受不同环境条件影 响，从而导致不同条件下咖啡碱的含量 的差异。
2022/3/15
• N-甲基核苷酶 此酶为水解酶，主要是催化7-甲基黄嘌
呤核苷水解脱去核糖而转变为7-甲基黄嘌 呤的反应。其分子量大约为55,000，最适 pH为8.0-8.5,最适温度为40-450C。
它是咖啡碱合成中的一个调节酶，如 果没有该酶对7-甲基黄嘌呤核苷的水解， 以后嘌呤甲基化，进而生成咖啡碱的反应 就无法进行。
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初 级 代 谢 和 次 级 代 谢 的 关 系
2022/3/15
▪次级代谢的调节
1）初级代谢对次级代谢的调节 初级代谢的许多重要中间产物是次
级代谢的始点，因而可通过调控初级代 谢而增加次级代谢的产量和各种次级代 谢的比例。
当盐酸乙胺添加到培养基中，在茶 树愈伤组织中的氨基酸的积累大大提高 ，而多酚类、咖啡碱积累则下降。
2022/3/15
• 嘌呤环的生物合成不是先形成游离嘌呤骨 架而后转变成嘌呤核苷酸，而是首先以核 糖-5-磷酸为起始物质，并在此基础上逐步 将先质中碳、氮原子一个一个连接而成次 黄嘌呤核苷酸。具体过程如下。
2022/3/15
2022/3/15
• 以上合成的次黄嘌呤是形成其它嘌呤核苷 酸的先质,由它可转变成腺苷酸、黄苷酸、 鸟苷酸。
• 茶 树 中 的 咖 啡 碱 合 成 酶 (Caffeine synthase,CS)为3-NMT 和1-NMT的总称。即 催化由7-甲基黄嘌呤生成咖啡碱的两步反应 。
• 茶叶中的咖啡碱合成酶已经得到分离纯化， 并对性质进行了全面的研究(Kato M.Mizuno K.et al.1999)而且，茶树中的咖啡碱合成酶基 因 的 cDNA 全 长 已 经 克 隆 (Kato M.Mizuno K.et al.2000) ，催化甲基化反应的两种N-甲 基化转移酶(3-NMT 、1-NMT)很多性质相同 ， 例 如 ， 最 适 pH 值 均 为 8.5,Mg2+ 、 Ca2+ 和 Mn2+都能微弱刺激酶的活性，Hg2+和Cu2+能 强烈的抑制酶的活性，巯基试剂对活性几乎 没有影响，有人把两种酶看作同一种酶，称 为 咖 啡 碱 合 成 酶 (Caffeine
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2）次级代谢的酶促调节
在高等植物中，多酚类化合物的合 成是由莽草酸途径合成芳香族氨基酸后 进一步合成的。而在这其中苯丙氨酸裂 解酶（PAL，phenylalanine ammonialyase)起着重要的作用。如茶 树新梢中的PAL以芽最高，按第一叶、 第二叶、嫩茎的顺序递减，随叶片的成 熟与老化而降低，多酚类则也随着叶片 老化而下降。
2022/3/15
• 生物体内除上述方式合成嘌呤核苷酸外， 尚能利用已有的嘌呤碱和核苷形成嘌呤核 苷酸。现已知道，嘌呤碱与1-磷酸核糖通过 核苷磷酸化酶的作用，可生成嘌呤核苷， 后者再经核苷磷酸激酶的作用，由ATP供给 磷酸基，即形成嘌呤核苷酸。嘌呤碱与5-磷 酸核糖焦磷酸通过核苷酸焦磷酸化酶的作 用，也可形成嘌呤核苷酸。其反应如下：
2022/3/15
• 若以黄嘌呤核苷 和嘌呤核苷酸为 底物，则不能检 测到咖啡碱合成 酶的活性。上述 研究表明至少有 两种不同的N-甲 基 转 移 酶 (7NMT, 咖 啡 碱 合 成酶)参与了咖啡 碱的合成。
2022/3/15
• N.Fujimori 等测定了茶树体内嘌呤碱生 物合成中N－甲基转移酶与5-磷酸核糖焦 磷 酸 酯 （ PRPP ， phosphaoribosyl pyrophosphate ） 合 成 酶 的 活 性 ， 发 现 N-甲基转移酶在四、五月份的茶树叶片上 活性最强，但到七、八月份酶活性就消失 ，而PRPP合成酶活性仍然维持到可检测 水平。这说明咖啡碱的生物合成能力主要 决定于N-甲基转移酶的活性，因此可望通 过对N－甲基转移酶的诱导与抑制来调控 茶树体中咖啡碱的合成。
• 以上嘌呤来源的途径可看出，无论是直接 合成，还是核酸降解，它们和咖啡碱合成 的关系，都是嘌呤核苷酸为咖啡碱提供嘌 呤环来源的结果。而嘌呤核苷酸既是合成 的原料，又是核酸降解的产物，当核酸合 成时，就通过直接合成途径形成嘌呤核苷 酸，当核酸降解时，又能游离出嘌呤核苷 酸。因此，咖啡碱中嘌呤环的来源实际上 是和核酸代谢有关。当然也不能排除咖啡 碱可以通过嘌呤基重新再利用的途径来合 成嘌呤核苷酸的可能。
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• AMP脱氨酶 (adenosine monophosphate deaminase)
此酶是催化腺苷酸脱氨产生次黄嘌呤核 苷酸的反应。
Fujimori N, Ashihara H,(1993) 研究了 茶树花芽中嘌呤碱的生物合成，试验表明[814C]腺嘌呤在雄蕊中先转化成腺嘌呤核苷酸， 然后转化成可可碱和咖啡碱，如果加入 AMP 脱氨酶抑制剂（Coformycin），能够抑制转 化成嘌呤碱的放射强度。说明从腺嘌呤核苷 酸合成咖啡碱受AMP脱氨酶活性所调控。
2022/3/15
▪嘌呤的甲基化
（1）甲基供给体 咖啡碱中嘌呤环上的直接甲基供体
为S-腺苷蛋氨酸，它是由蛋氨酸与ATP 作用转化而来的。
2022/3/15
蛋氨酸活化为S-腺苷蛋氨酸后即可提供 甲基，当供出甲基后，变成S-腺苷同型半胱 氨酸，它脱去腺苷，就变成同型半胱氨酸。 而它再接受甲基，又能变成蛋氨酸。蛋氨酸 再活化后，又产生S-腺苷蛋氨酸。这样循环 往复，在生物体内形成蛋氨酸的甲基转移循 环。
(四) 咖啡碱生物合成中的重要酶
• N-甲基转移酶
茶树体内只有三种N-甲基转移酶，分别为 黄嘌呤核苷N-甲基转移酶(7-NMT)、7-甲基黄 嘌呤N-甲基转移酶(3-NMT)和可可碱N-甲基转 移酶(1-NMT)。其中以3-NMT活性最高，它的 活性是7-NMT和1-NMT活性总和的10倍以上 ，因此，在生物合成旺盛的芽叶中，常常有 可可碱的大量积累。H.Ashihara等研究发现 ，四个月的茶树幼苗中的咖啡碱主要分布在 叶片内，而合成咖啡碱的先质可可碱只存在 嫩叶中，咖啡碱是在嫩叶中经可可碱合成的 。 2022/3/15
2022/3/15
•嘌呤环的生物合成
•应 用 同 位 素 标 记 法 对 表明嘌呤中各氮、碳原 子的先质来源进行了详 细研究。结果证明，环 中C4、C5分别来自甘氨 酸中的羧基和α-碳原子 。N7来自甘氨酸中的氨 基。C2、C8来自甲酸盐 ，N3、N9来自谷氨酰胺 ，N1来自天冬氨酸，C6 来自CO2,如图。
2022/3/15
(三)、茶树体内的嘌呤合成代谢与咖 啡碱生物的合成途径
1、腺苷酸琥珀合成酶与裂解酶；2、 AMP脱氨酶；3、IMP脱氢酶；4、 GMP合成酶；5、GMP脱氨酶；6、 GMP还原酶；7、核苷激酶或核苷转磷 酸酶；8、5′-核苷酸酶或磷酸酶；9、 11、12、N-甲基转移酶；10、N-甲基 2022/3/核P15R苷PP酶合；成1酶3、。鸟嘌呤核苷脱氨酶；14、
甲基化
（嘌呤环的直接生物合成；核酸降解；嘌 呤甲基化）
• 嘌呤合成代谢与咖啡碱的生物合成途径 • 咖啡碱生物合成中重要的酶 3、茶树体内咖啡碱的分解
2022/3/15
• 茶树中的生物碱以嘌呤碱为主，而嘌呤碱中 又以咖啡碱为主体成分。
• 咖啡碱为茶树的特征性成分之一。
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一、茶树体内咖啡碱的分布
2022/3/15
• 由此可知，腺嘌呤可以合成腺嘌呤核苷 酸，鸟嘌呤可以合成鸟嘌呤核苷酸。这 些嘌呤核苷酸的产生，在生物体内除参 加核酸的合成外，还能转化成多种嘌呤 衍生物。
• 在茶树体内用于合成生物碱的嘌呤大多 来自核苷酸库，库中的腺嘌呤核苷酸被 认为是最有效的前体，由它可在一系列 酶的作用下转化成为咖啡碱 。
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2022/3/15
(２)甲基的转移和甲基化顺序
• 咖啡碱的合成中，嘌呤甲基化的过程，是 先由7-甲基黄嘌呤甲基化形成可可碱（3， 7-二甲基黄嘌呤），再由可可碱甲基化形成 咖啡碱。
• 咖啡碱嘌呤环上的甲基是由Ｓ-腺苷蛋氨酸 供给，在甲基转移酶的作用下，按7、3、1 氮原子位置的先后顺序进行甲基化作用。
2022/3/15
▪初级代谢和次级代谢的关系及代谢的 主要途径
• 在高等植物中，次级代谢的主要系统是从 糖酵解系统(EMP)，磷酸戊糖循环（PPP or HMP)，柠檬酸循环(TCA)等初级代谢的 中间产物派生出来的三个途径莽草酸途径 、甲瓦龙酸途径、多酮化途径，借助这3个 合成途径和氨基酸合成途径相结合生成生 物碱、萜烯、黄酮类等次级代谢产物。
第二章 茶树次级代谢
2022/3/15
第一节 茶树次级代谢的特点、主 要途径及调节
• 次级代谢特点
1）初级代谢 primary metabolism: 蛋白 质、脂肪、核酸、碳水化合物等是植物 生命活动不可缺少的物质，为生物体的 生存、生长、发育、繁殖提供能源和中 间产物，这类物质代谢我们称之为初级 代谢或一级代谢。
咖啡碱的结构特点是黄嘌呤，在1，3 ，7位置的N上连接3个甲基，生物合成中， 一需要嘌呤环的来源，二需要甲基供体。
茶树中咖啡碱生物合成的嘌呤环，既可 来合自成甘，氨又酸 可、来谷自酰核胺酸、代甲谢酸的盐核和苷酸CO代2的谢直库接中 的嘌呤，其中核苷酸库中腺嘌呤是咖啡碱合 成的最有效的前体。
咖啡碱合成中的甲基主要来源于S-腺 苷蛋氨酸，而转甲基作用则依赖于N-甲基 转移酶的活性。