青蒿素的生物合成
青蒿素的生物合成途径
青蒿素的生物合成途径青蒿素是一种重要的抗疟药物，广泛应用于疟疾的治疗和预防。
它的生物合成途径是一个复杂的过程，涉及多个酶的参与和多个中间产物的转化。
本文将介绍青蒿素的生物合成途径，并对每个步骤进行详细解析。
青蒿素的生物合成途径可以分为两个阶段：伯氨基酸途径和萜类化合物途径。
首先，我们来看伯氨基酸途径。
在伯氨基酸途径中，首先是由天冬氨酸合成伯氨基酸。
天冬氨酸通过酮戊二酸和酮戊二酸激酶的作用，转化为伯氨基酸。
接下来，伯氨基酸通过伯氨基酸氨基转移酶的作用，与天冬氨酸结合，形成丙氨酸。
丙氨酸经过一系列的反应，最后转化为伯氨基酸。
在伯氨基酸途径的第二个步骤中，伯氨基酸通过伯氨基酸脱氢酶的作用，转化为酮戊二酸。
酮戊二酸经过一系列的反应，最终形成丙二酸。
丙二酸是青蒿素生物合成途径中的一个重要中间产物。
接下来，我们来看萜类化合物途径。
在萜类化合物途径中，首先是由丙二酸合成异戊二烯二酸。
丙二酸通过异戊二烯二酸合成酶的作用，转化为异戊二烯二酸。
异戊二烯二酸是青蒿素生物合成途径中的另一个重要中间产物。
在萜类化合物途径的第二个步骤中，异戊二烯二酸通过异戊二烯二酸环化酶的作用，转化为环氧酮。
环氧酮经过一系列的反应，最后形成萜类化合物。
在青蒿素的生物合成途径中，最后一个步骤是由萜类化合物合成青蒿素。
萜类化合物经过一系列的反应，最终形成青蒿素。
青蒿素是一种复杂的天然产物，具有强大的抗疟作用。
总结起来，青蒿素的生物合成途径可以分为伯氨基酸途径和萜类化合物途径两个阶段。
在伯氨基酸途径中，天冬氨酸通过多个酶的催化作用，转化为伯氨基酸。
在萜类化合物途径中，丙二酸经过多个酶的催化作用，最终转化为青蒿素。
青蒿素的生物合成途径是一个复杂而精细的过程，对于了解和研究青蒿素的生物合成机制具有重要意义。
通过深入研究青蒿素的生物合成途径，我们可以更好地理解和应用这一重要的抗疟药物。
青蒿素生物合成基因的转录谱分析
青蒿素生物合成基因的转录谱分析青蒿素是一种用于治疗疟疾的药物，它是从青蒿中提取出来的。
青蒿素生物合成的过程非常复杂，其中涉及到多个基因的参与和调控。
了解这些基因在不同发育阶段和环境中的表达情况，对于深入研究青蒿素的生物合成机制和提高其产量具有重要意义。
本文将简要介绍青蒿素生物合成基因的转录谱分析方法及其应用。
转录谱分析方法转录谱分析就是对不同组织、不同发育阶段和不同环境条件下的基因表达进行定量分析的方法。
常见的转录谱分析方法包括实时荧光定量PCR (RT-qPCR)、芯片技术和RNA测序。
RT-qPCRRT-qPCR是一种高灵敏度、高特异性的基因表达定量方法。
该方法基于荧光探针含量变化对PCR反应进行实时检测，通常使用单个或多个内参基因来标准化样品差异。
RT-qPCR适用于小样品和低表达基因的定量分析。
在青蒿素生物合成基因的转录谱分析中，RT-qPCR可以用来验证RNA测序分析结果的准确性。
芯片技术芯片技术是一种高通量的基因表达分析方法，通过将上千个探针固定在具有规律图案的芯片上，实现对全部或部分基因的同时检测。
芯片技术的优点在于高通量和高效率，可以同时检测大量基因的表达情况。
不过，它需要针对特定物种芯片，所以具有很高的局限性。
在青蒿素生物合成基因的转录谱分析中，芯片技术可以用来快速筛选差异表达基因。
RNA测序RNA测序是一种高通量的基因表达分析方法，利用高通量测序技术对RNA样品进行测序，然后通过比对基因组序列或转录组序列来确定基因的表达程度。
RNA 测序广泛应用于各种生物领域中，因为它具有高灵敏度和高准确度。
在青蒿素生物合成基因的转录谱分析中，RNA测序可以快速、全面地确定差异表达基因。
青蒿素生物合成基因的转录谱分析应用青蒿素生物合成基因的转录谱分析已经被广泛应用于以下几个方面。
基因调控机制研究通过对不同发育阶段的青蒿植株进行RNA测序分析，可以了解青蒿素生物合成基因在不同生长阶段的表达差异，从而研究基因的调控机制。
青蒿素生物合成研究进展综述
青蒿素的生物合成与药理研究
青蒿素的生物合成与药理研究青蒿素（Artemisinin）是一种世界公认的抗疟药物，它被认为是目前全球治疗疟疾的最有效药物之一。
青蒿素之所以备受瞩目，不光因为它是一种高效的抗疟药物，还因为它的生物合成过程具有很高的科学研究价值。
青蒿素最初由中国的中草药青花蒿（Artemisia annua）提取而得。
这种植物有着悠久的历史与文化背景，中国古代医书《神农本草经》中，就曾对青花蒿进行了详细介绍。
直到20世纪60年代，由于西方的研究者发现了青花蒿能治疗疟疾的特性，青花蒿的药用价值才得到了全世界的公认。
青蒿素的生物合成是一个复杂的过程。
在植物体内，青蒿素通过草酸途径生物合成，其中还涉及到一系列中间体的生成和转化。
不经意间一个短小的分子，就涉及到了许多化学环节，这也是这个分子非常重要的一个原因。
已有的研究显示，青蒿素的合成不仅受限于基因因素，还受到许多生态环境因素的影响，比如温度、光照、湿度等等。
为了更好地理解青蒿素的生物合成机理，以及挖掘这个分子的更多生物活性，许多研究者在青蒿素研究领域做出了不懈的努力。
他们通过外源基因的导入、转基因技术、化学合成等多种手段，对青蒿素的步步生物合成机制及其生物效应进行了深入研究。
其中，应用遗传学、生物化学和细胞生物学等多学科知识的方法，探究青蒿素与疟原虫之间的相互作用及机理，成为了当前研究的主要方向。
目前青蒿素的抗疟机理已被揭示，它在细胞内可以迅速被代谢成二氧化碳、水和一些亚硝酰阴离子等产物，同时还有大量的自由基产物，这些自由基具有极强的活性，可以直接杀死疟原虫。
有研究人员发现，青蒿素还具有重要的生物活化作用，可以促进免疫复杂与活性物质的释放，从而增强机体的免疫力，这也为今后应用青蒿素研究其他传染病的治疗提供了新思路。
除了用于治疗疟疾之外，青蒿素还显示出一些新颖的生物活性，比如其对癌细胞、病毒、细菌等的抑制作用。
这些活性的关键，在于青蒿素分子的独特结构。
据研究显示，青蒿素和其衍生物被认为是多种潜在的抗癌化合物，因为它们可以抑制癌症细胞的生长和扩散。
青蒿素生物合成
青蒿素生物合成10生物技术（2）班曾庆辉201024112211青蒿素是我国科研人员从传统中医药黄花蒿中提取出来并自主研发的一种抗疟疾特效药[1]。
20世纪70年代，我国科技工作者从黄花蒿中分离提纯出一种抗疟活性单体——青蒿素，以后又确定了它的分子结构和构型。
1986年我国自主研发的蒿甲醚油针剂、青蒿琥酯钠盐的水针剂以及青蒿素栓剂等抗疟疾药作为一类新药在我国批准生产。
1995年蒿甲醚率先被收入国际药典，这是我国首次得到国际认可的自主研发新药。
目前，青蒿素系列抗疟药已有5种新药(青蒿素、青蒿琥酯、蒿甲醚、双氢青蒿素、复方蒿甲醚)共9种剂型上市并在世界各国销售，每年挽救了数百万重症疟疾患者的生命。
除了独特的抗疟作用外，青蒿素系列药物还具有抗血吸虫、肺吸虫、红斑狼疮、皮炎以及免疫调节，抗流感等多种疗效[2]。
但是，目前国际抗疟药市场上青蒿素类药物只占有很少的份额，其原因主要在于青蒿素原料缺乏。
由此，有研究者另辟蹊径，设想通过生物合成青蒿素。
时至今日，青蒿素的生物合成已经取得一定进展，介绍如下：早在20世纪80年代，中国科学院上海有机化学研究所汪猷院士领导的研究小组就利用放射性同位素标记的2-14C-青蒿酸与青蒿匀浆(无细胞系统)保温法证明，青蒿酸和青蒿 B 是青蒿素的共同前体[3]。
青蒿素生物合成途径仅见于青蒿，但其“上游”途径为真核生物所共有，可望通过“下游”途径重建，在真核微生物(如酵母)中全合成青蒿素。
过去10年来，青蒿素合成基因被国内外研究团队陆续克隆并导入酿酒酵母细胞，已成功合成青蒿酸及双氢青蒿酸等青蒿素前体。
由于酵母缺乏适宜的细胞环境，尚不能将青蒿素前体转变成青蒿素。
因此，青蒿依然是青蒿素的唯一来源，凸显出继续开展青蒿种质遗传改良的必要性。
同时，青蒿素生物合成的限速步骤尤其是终端反应机制已基本得到阐明，有助于开展青蒿素形成与积累的环境模拟及仿生，从而为彻底缓解青蒿素的供求矛盾创造先机[4]。
【最新】青蒿素生物合成
【最新】青蒿素生物合成
青蒿素存在于中草药青蒿的花叶中，茎中不含有，是一种含量非常低的萜类化合物，生物合成途径非常复杂。
现已知可通过三种方式进行青蒿素的生物合成：
一是通过对控制青蒿素合成的关键酶进行调控，添加生物合成的前体来增加青蒿素的含量；
二是激活关键酶控制的基因，大幅度增加青蒿素的含量；
三是利用基因工程手段改变关键基因，以增强它们所控制酶的作用效率。
生物合成过程中，青蒿素的含量受光照、外源激素、芽分化等生理生态因子的影响很大，温度对于生物合成也有极大影响，通过试验研究发现，青蒿幼苗在40℃条件下，处理36h后，青蒿素的质量分数提高到最大为68%。
除青蒿之外，其它植物也可以合成青蒿素，2011年研究人员从烟草中合成青蒿素。
此方法与传统化学方法相比，所用的化学试剂大大减少，有利于环境的保护，且该生物合成方法的受体为烟草，在中国较为广泛，因此原料来源较为丰富，但不足的是用烟草合成青蒿素过程中的某些反应基质并不清楚，还有待开发，但该合成方法仍有较好的工业应用前景。
将一个青蒿基因植入大肠杆菌，改造后的大肠杆菌制造出一种中间化合物，这种化合物经过数步处理就能成为青蒿素的原料——青蒿酸。
把一种特殊的酶植入酵母后，酵母把前面提到的中间化合
物改造成了青蒿酸。
通过微生物工业生产青蒿素的技术链条已经基本成形。
这意味着青蒿素的价格将下降90%。
合成生物学及青蒿素合成
什麼是IGEM??
国际基因工程机器大赛IGEM
IGEM是International Genetically Engineered Machine competition（国际基因工程机器大赛）的缩写，是国际上合 成物学领域的顶级大学生科技赛事。合成生物学史近年来生命 科学领域的新兴方向，其目标是希望通过重组现有的基于DNA 序列的功能组件，如调控序列，RNA，蛋白质等，实现对生命 科学研究或者对生产生活有意义的新的菌种。这个方向直接搭 建起了基础生物研究和生产生活实践之间的桥梁，有些成果甚 至直接转化成产品，所以同时受到了学术界和工业界的关注。
青蒿素的生物合成
• 青蒿素是当今普遍使用的最有效抗疟疾药 物，与从植物青蒿中直接提取青蒿相比， 通过生物工程菌如酵母发酵生产青蒿素， 成本低很多。不仅如此，合成生物学的发 展不仅使得青蒿素的合成工艺更加简单， 而且也有助于扩展这种药物的药效。
青蒿素的生物合成
美国科学家合成青蒿素的前 体物质青蒿酸
合成生物学及青蒿素合成
Contents
1
合成生物学概述
2
合成生物学原理
3
青蒿素的合成
4
IGEM大赛
生命1.0版本
• 早在36亿年前，微小的生命就已经诞 生，他们通过自我复制繁殖个体，并 在遗传变异和自然选择下进化成了今 天成百上千的物种
• 生命学家将这种自然演化的有机体称 为生命1．0版本
生物大家族中的新成员
美国加利福尼 亚大学伯克利分校 化学工程学的教授 Jay Keasling及 其同事最近成功地 用转基因酵母合成 了青蒿素的前体物 质———青蒿酸， 有望大幅增加青蒿 素产量，有关论文 发表在《自然》杂 志上。
青蒿素的化学全合成.总结
青蒿素的合成与研究进展纲要：青蒿素是当前生界上最有效的治疗疟疾的药物之一，存在活性好、毒副作用小、市场需求大、根源窄等特色。
当前，青蒿素的获取门路主要有直接从青蒿中提取、化学合成和生物合成。
本综述将针对最近几年来青蒿素的发展特色及合成方法进行阐述。
重点词：青蒿素；合成方法；研究进展青蒿素是中国学者在20 世纪70 年月初从中药黄花蒿( Artem isia annua L1 )中分别获取的抗疟有效单体化合物,是当前生界上最有效的治疗脑型疟疾和抗氯喹恶性疟疾的药物 , 对恶性疟、间日疟都有效 , 可用于凶险型疟疾的急救和抗氯喹病例的治疗。
青蒿素还拥有克制淋巴细胞的增殖和细胞毒性的用1；拥有影响人体白血病 U937 细胞的凋亡及分化的作用2；还拥有部分逆转 MCF-7/ARD 细胞耐药性作用3；还拥有克制人胃癌裸鼠移植瘤的生长的作用4；还拥有必定的抗肿瘤作用 5 等。
除此以外，青蒿素及其衍生物还拥有生物抗炎免疫作用、生物抗肿瘤作用、克制神经母细胞瘤细胞增殖的作用等。
世界卫生组织确立为治疗疟疾的首选药物, 具有迅速、高效、和低毒副作用的特色。
6 。
因在发现青蒿素过程中的优秀贡献，屠呦呦先后被授与2011 年度拉斯克临床医学研究奖和2015 年诺贝尔医学奖。
1青蒿素的理化性质及根源青蒿素的分子式为 C15H22O5, 相对分子质量为 282. 33。
是一种含有过氧桥构造的新式倍半萜内酯，有一个包含过氧化物在内的 1， 2， 4-三烷构造单元，它的分子中还包含 7 个手性中心，合成难度很大。
中国科学院有机所经过研究，解决了架设过氧桥难题，在 1983 年达成了青蒿素的全合成。
青蒿素也有一些弊端 , 如在水和油中的溶解度比较小 , 不可以制成针剂使用等。
2青蒿中提取青蒿素青蒿素是从菊科植物黄花蒿中提拿出来的含有过氧桥的倍半萜内酯类化合物，在治疗疟疾方面拥有起效快、疗效好、使用安全等特色。
当前主要的提取方法有溶剂提取法、超临界提取法、超声波萃取法、微波萃取法、其余萃取法等。
青蒿素的生物合成途径研究与利用
青蒿素的生物合成途径研究与利用青蒿素作为一种有效的抗疟疾化合物，受到了国际社会的广泛关注。
在过去的几十年间，青蒿素的制造方式一直是通过从中草药青蒿中提取得到，这种方式存在着提取过程繁琐、污染严重以及生产不稳定等问题。
近年来，随着对青蒿素生物合成途径的深入研究，利用基因工程等技术开发新型青蒿素生产工艺已成为一个热门研究课题。
青蒿素的生物合成途径青蒿素的主要生物合成途径可以分为两个主要步骤：色氨酸代谢和单萜生物合成。
在色氨酸代谢途径中，色氨酸首先被转化成柿酮酸，然后通过多个酸碱催化步骤被合成成前体化合物——艾蒿酮。
接着，在单萜类合成途径中，艾蒿酮通过多个较为复杂的转化步骤被合成成青蒿素。
其中，青蒿素是由一种名为环氧化青蒿烯（EPO）的化合物在酶的作用下合成得到的。
整个过程需要涉及大量的酶催化和多个转化步骤，每个步骤都通过不同的基因控制。
青蒿素生物合成途径的优势相比于传统的青蒿提取法，青蒿素生物合成途径具有多个显著的优势。
首先，基于生物合成的技术可以极大的改善青蒿素的纯度，从而提高其药效，减少其与其他药品的相互作用。
其次，生物合成法可以提供更广泛和稳定的青蒿素来源，在抗击疟疾这个全球性社会问题时具有重要意义。
此外，生物合成技术可以使得制药过程更加自动化，提高生产效率，降低制药成本。
青蒿素生物合成途径的挑战然而，在实际的开发和应用中，青蒿素生物合成途径的发展仍面临一些挑战。
最大的难点莫过于如何实现此复杂的合成途径中各步骤相关酶的表达、调控和优化。
此外，由于存在多个酶所参与，每个酶的表达和稳定性都需要令人担忧。
青蒿素生物合成途径的应用前景尽管存在很多挑战，但面对疟疾这个极其严重的公共卫生问题，对青蒿素生物合成途径的研究与应用仍具有广阔的发展前景。
通过对青蒿素生物合成途径的深入研究和探索，可以为其优化提供新的思路和方法，以更高效、低成本的方式生产青蒿素制剂，为控制和治疗疟疾做出更大的贡献。
结语综上，青蒿素的生物合成途径研究与利用是一项重要而复杂的任务。
青蒿素的生物合成与代谢途径
青蒿素的生物合成与代谢途径青蒿素作为一种重要的抗疟药物，经过几十年的不断研究和应用已经取得了许多突破性的成果。
然而，许多人对于青蒿素的生物合成和代谢途径并不熟悉。
下面就让我们来一起探究一下青蒿素的生物合成和代谢过程。
一、青蒿素的生物合成青蒿素是一种大环内酯类化合物，由多种化学物质经过多步酶催化转化而来。
在青蒿素的合成中，最重要的当属艾滋病疗法药物的前体物质艾洛菲莫的生物合成。
艾洛菲莫最初是由邻苯二甲酸和丙二酸合成，经过一系列酶的催化反应后转化为青蒿酸。
青蒿酸在自身广泛存在的CYP家族酶的帮助下，转化为青蒿素，并被细胞返回到青蒿素的细胞数中储存起来。
在体内，青蒿素的生物合成受到许多因素的影响，如光照、日夜节律以及病原体的侵袭等。
二、青蒿素的代谢途径青蒿素代谢途径主要包括肝脏代谢和肠道代谢两个过程。
青蒿素在进入人体后，会在肝脏中被CYP450酶家族代谢。
这些酶通过氧化、还原和水解等反应将青蒿素代谢成更易于排泄的代谢产物。
另外，肠道微生物群中的某些细菌也可以通过羟化和磺酸化等反应来代谢青蒿素。
这些代谢产物通过肝脏和肾脏进入血液循环并排出体外。
值得注意的是，在青蒿素的代谢过程中，还涉及到一些代谢酶的物种差异。
例如，在人体中，青蒿素主要被CYP450酶家族代谢，而在老鼠和犬中，则主要依赖于UDP-葡糖醛酸转移酶代谢。
这些差异可能与物种的代谢酶谱有关，需要进一步研究。
三、青蒿素的作用机制青蒿素最初用于治疗疟疾，后经发现还具有许多其他的生物活性。
青蒿素的作用机制主要涉及到靶向线粒体、膜和蛋白质等多个生物过程。
青蒿素可以通过与铁离子结合并进入细胞内，与线粒体蛋白质作用从而杀死寄生生物。
同时，青蒿素还可以通过改变细胞膜的物理和化学性质，影响细胞的功能状态。
此外，青蒿素还可以阻断DNA复制、RNA转录以及蛋白质合成等生物过程，从而发挥药物的效果。
总之，青蒿素的生物合成和代谢途径是一项非常复杂的研究课题。
通过深入的研究，我们可以更好地了解青蒿素的化学特性和药理学作用，从而更加有效地应用这种药物来治疗疟疾和其他疾病。
青蒿素生物合成途径及其生物调控研究
青蒿素生物合成途径及其生物调控研究青蒿素是目前世界上最有效的抗疟药物之一，由于其广泛的药效和低毒性，被认为是未来抗疟药物开发的主要方向。
在生产青蒿素的过程中，生物合成途径是关键步骤之一。
本文将围绕青蒿素的生物合成途径和生物调控进行讨论。
一、青蒿素的生物合成途径青蒿素的生物合成途径可以分为两个阶段，第一阶段是色胺酸途径，第二阶段是梗菜酸途径。
1.色胺酸途径色胺酸途径是青蒿素生物合成的第一步，通过此途径可以合成青蒿素前体物质伪黄酮。
首先，色胺酸被转化为4-羟基苯丙酮，接着通过多个反应步骤最终形成伪黄酮。
该途径最后产生的伪黄酮是所有青蒿素类化合物的前体化合物。
2. 梗菜酸途径梗菜酸途径是青蒿素生物合成途径的第二步，通过该途径可以完成青蒿素的合成。
伪黄酮在梗菜酸途径下，在时相和空相条件下经过多个反应步骤，最终形成青蒿素。
这些反应的主要环节包括：将伪黄酮转化为芳香化二萜中间体、通过氧化、格氏反应和裂环药物催化剂的作用逐步合成青蒿素。
二、青蒿素合成途径中的生物调控青蒿素的生物合成途径和一般的生物代谢途径不同，它的合成受到多位调控因子的作用，包括转录因子、底物供应和环境因素等。
1. 上机体调控植物体内的青蒿素含量及生物合成途径的活性受到多个上机体调控因素的调控。
其中包括转录因子和激素信号通路调控。
转录因子在生物合成途径中起着重要作用，如MYC2、MYB、WRKY等转录因子等，在青蒿素生物合成途径中发挥着关键的作用，在激活生物合成途径以促进青蒿素合成方面具有重要作用。
激素信号传导通路也在和青蒿素的生物合成途径之间起到调控作用，激素到达植物的细胞内后会发生配体与受体的结合反应，使得激素的作用发生变化，如茉莉酸、赤霉素等则参与青蒿素生物合成途径的调控。
2. 下机体调控青蒿素的生物合成途径的下机体调控主要包括受骨髓样调节子调控和底物供应控制。
与植物自身的调控相比，下机体菌株对生物合成途径的调控具有更为直接和明显的影响作用。
合成生物学及青蒿素合成
•通过植物青蒿的amorphadiene 合成酶( ADS)密码 子优化、共表达SOE4 操纵子( 编码DXS、IPPHp 、 IspA) 以及引入异源的酵母菌甲羟戊酸途径等途径, 提高了amorphadiene 的产量。对于酵母菌, 主要 工作包括改造FPP 合成途径,引入植物青蒿的 amorphadiene 合成酶( ADS)基因, 克隆青蒿类植 物转化amorphadiene 为青蒿酸的细胞色素P450 氧化还原酶等。
16
美国科学家合成青蒿素的前体物质青蒿酸美国加利福尼亚大学伯克利分校化学工程学的教授jaykeasling及其同事最近成功地用转基因酵母合成了青蒿素的前体物质青蒿酸有望大幅增加青蒿素产量有关论文发表在自然杂microbialproductionartemisininusingsyntheticbiology?通过植物青蒿的amorphadiene合成酶ads密码子优化共表达soe4操纵子编码dxsipphpispa以及引入异源的酵母菌甲羟戊酸途径等途径提高了amorphadiene的产量
• 不过现在，将会有一些新成员加入到这个 生物大家族。在过去这些年里，科学家一 直在尝试从零开始制造全新的生命形式— —用化学物质造出合成ＤＮＡ（脱氧核糖 核酸），由ＤＮＡ合成基因，再由基因形 成基因组，最终在实验室造出全新生物体 的分子系统，而这种生物体在自然界从未 出现过。
由基因工程到合成生物学
Tools
Registries Synthesis
Measurement
➢标准化 ➢底盘机架
合成生物学的学科基础与应用范围
生物
生物 质 能 计算机
生物传 感器
应用
生物材料
精细 化学品
环境修复
食品 原料
青蒿素-合成生物学_青蒿素在合成生物学中的研究进展
优化措施： 增加基因的拷贝数、启动子修饰、密码子优化、基因替换、增加辅酶数量、优 化或平衡多基因控制的代谢途径
1.Wu W, Yuan M, Zhang Q, et al. Chemotype-dependent metabolic response to methyl jasmonate elicitation in Artemisia annua [J]. Planta Med, 2011, 77: 1048−1053.
3.3提高底物利用效率
提高青蒿素生物合成特异途径中的途径酶效率, 主要通过 两种方式：提高单个基因效率和优化平衡整条途径来实现 这个目的。 对于单个基因效率的 提高, ： 主要采取增加基因拷 贝数、密码子优化、 强启动子调控和融合 基因等方式。
对于代谢途径的平衡优化： 主要采用一种基于全局的数学 算法和生物信息分析, 如代谢 流控制分析。相对于单个基因 效率的提高, 整条代途径的平 衡优化显得更为困难和复杂, 对最终产物产量的影响也是最 深刻和直接的。
青蒿素在合成生物学中的研究进展
CONTENTS
简介:青蒿素与合成生物学
青蒿素的生物合成主要包括四大步骤 提高工程菌中目的产物产量的措施 工业化研究进展 研究展望 参考文献
Part1 ： 简介:青蒿素与合成生物学
青蒿素(artemisinin)是中国科学家于 20 世纪 70年代从传统中草药青蒿或称 黄花蒿中分离提纯的抗疟有效单体, 其化学本质是含“过氧桥”结构(1,2,4-三噁 烷环)的倍半萜内酯。
3.1通过“开源”方式增加前体供应
青蒿素是 一种Βιβλιοθήκη 半 萜, 其生物 合成包括 两部分。
上游部分 (top pathway) 主 要指倍半萜共同前体 法尼基 焦磷酸（FPP) 的形成。通过 MEP 和MVA 两条途径形成的 FPP 池可以为下游各种半萜以 及甾提供前体物质。
青蒿素生物合成途径总流程
青蒿素生物合成途径总流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
文档下载后可定制随意修改，请根据实际需要进行相应的调整和使用，谢谢!并且，本店铺为大家提供各种各样类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，如想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by theeditor. I hope that after you download them,they can help yousolve practical problems. The document can be customized andmodified after downloading,please adjust and use it according toactual needs, thank you!In addition, our shop provides you with various types ofpractical materials,such as educational essays, diaryappreciation,sentence excerpts,ancient poems,classic articles,topic composition,work summary,word parsing,copy excerpts,other materials and so on,want to know different data formats andwriting methods,please pay attention!青蒿素是一种有效的抗疟疾药物，其生物合成途径涉及多个步骤和多种生物分子。
青蒿素生物合成
青蒿素生物合成10生物技术（2）班曾庆辉201024112211青蒿素是我国科研人员从传统中医药黄花蒿中提取出来并自主研发的一种抗疟疾特效药[1]。
20世纪70年代，我国科技工作者从黄花蒿中分离提纯出一种抗疟活性单体——青蒿素，以后又确定了它的分子结构和构型。
1986年我国自主研发的蒿甲醚油针剂、青蒿琥酯钠盐的水针剂以及青蒿素栓剂等抗疟疾药作为一类新药在我国批准生产。
1995年蒿甲醚率先被收入国际药典，这是我国首次得到国际认可的自主研发新药。
目前，青蒿素系列抗疟药已有5种新药(青蒿素、青蒿琥酯、蒿甲醚、双氢青蒿素、复方蒿甲醚)共9种剂型上市并在世界各国销售，每年挽救了数百万重症疟疾患者的生命。
除了独特的抗疟作用外，青蒿素系列药物还具有抗血吸虫、肺吸虫、红斑狼疮、皮炎以及免疫调节，抗流感等多种疗效[2]。
但是，目前国际抗疟药市场上青蒿素类药物只占有很少的份额，其原因主要在于青蒿素原料缺乏。
由此，有研究者另辟蹊径，设想通过生物合成青蒿素。
时至今日，青蒿素的生物合成已经取得一定进展，介绍如下：早在20世纪80年代，中国科学院上海有机化学研究所汪猷院士领导的研究小组就利用放射性同位素标记的2-14C-青蒿酸与青蒿匀浆(无细胞系统)保温法证明，青蒿酸和青蒿 B 是青蒿素的共同前体[3]。
青蒿素生物合成途径仅见于青蒿，但其“上游”途径为真核生物所共有，可望通过“下游”途径重建，在真核微生物(如酵母)中全合成青蒿素。
过去10年来，青蒿素合成基因被国内外研究团队陆续克隆并导入酿酒酵母细胞，已成功合成青蒿酸及双氢青蒿酸等青蒿素前体。
由于酵母缺乏适宜的细胞环境，尚不能将青蒿素前体转变成青蒿素。
因此，青蒿依然是青蒿素的唯一来源，凸显出继续开展青蒿种质遗传改良的必要性。
同时，青蒿素生物合成的限速步骤尤其是终端反应机制已基本得到阐明，有助于开展青蒿素形成与积累的环境模拟及仿生，从而为彻底缓解青蒿素的供求矛盾创造先机[4]。
青蒿素的制备
青蒿素(酸) 含量
培养时间
提纯方法
胞体干重4.5%
4-5天 简单
地上部分干重 0.16% 数月 复杂
总之，转基因酵母菌珠的单位生产效率比青蒿高了近 两个数量级。
THE END
Thank you！
940943高度特异的简并引物青蒿毛状体细胞的互补dna库pcr凝胶凝胶电泳回收等电泳回收等几个特定的p450片段一个青蒿p450基因片段与之对应的mrna完整p450cdnacyp71av1rtpcr转录blast分析法将这些片段与分析法将这些片段与向日葵和莴苣的向日葵和莴苣的ests比对s比对我们惊奇地发现有一个青蒿p450基因片段与来自以上基因片段与来自以上两种植物的未知功能两种植物的未知功能ests序列非常相似序列非常相似青蒿素酸含量胞体干重45地上部分干重016培养时间45天数月提纯方法简单复杂总之转基因酵母菌珠的单位生产效率比青蒿高了近两个数量级
代谢工程：通过基因工程的方法，人为在DNA分子水 平上，改变和控制细胞的代谢，使目的产物大量生成。 即利用重组DNA技术，对生物细胞内固有代谢途径进 行定向改造，赋予细胞新的代谢途径或增强已存在的 代谢途径，尽可能的提高目的代谢产物的代谢产率。
与青蒿一样，酵母是真核生物、 存在糖酵解过程以及甲羟戊酸 途径，但是酵母的生长代谢速 率较青蒿要高出许多，而且其 培养条件容易控制。所以相比 青蒿，酵母体内合成更高效、 高产。
2 J D Keasling. Production of the antimalarial drug precursor artemisinic acid in engineered yeast.Nature,2006, 440:940-943
3 P Covello. Molecular cloning of an aldehyde dehydrogenase implicated in ar temisinin biosynthesis in Artemisia annua . Botany, 2009, 87: 635–642
青蒿素的生物合成
青蒿素的生物合成
周衍庆 2011304110081
主要内容
1 2 3 4
青蒿素的介绍 青蒿素的生物合成 关键酶 调控和展望
青蒿素Artemisinin
定义：从中药黄花蒿中提取的一种抗疟有效成分，
具有抗白血病和免疫调节功能。
分子式：C15H22O5 分子量：282.33
3）组和生物合成：组合生物合成是指将不同生物体来源的基
Company Logo
生物合成途径
青蒿素的生物合成途径 属于植物类异戊二烯代 谢途径。植物类异戊二 烯的生物合成至少存在 2条途径，即甲羟戊酸酸 途径(MVA) 和丙酮酸／ 磷酸甘油醛途径(DXP） 青蒿素等倍半萜类的生 物合成途径属于MVA途 径，该途径在细胞质中 进行。
Company Logo
展望和挑战
展望： 青蒿素的生物合成研究是增加青蒿素供给的重要手段。近 年来，随着分子生物学技术的迅速发展和对青蒿素生物合 成途径认识的不断深入。青蒿素生物合成途径的重要关键 酶紫穗槐-4,11-二烯合酶的基因已被几个实验室克隆，已 进行了功能分析，并在烟草中得到表达。另外，青蒿中的 鲨烯合酶基因和紫穗槐-4,11-二烯合酶以外的几种倍半萜 合酶基因已经被克隆。使得通过基因工程方法获得青蒿素 高产株系成为该研究领域新的热点。 挑战： 青蒿酸向青蒿素转化的机制；优化植物基因在微生物体内 表达。
ADS
法尼基焦磷酸（FPP）
紫穗槐-4,11-二烯 （amorpha-4,11-diene）
Company Logo
HMGR
3-羟基-3-甲基戊二酰CoA还原酶（HMGR）
HNGR催化HMG-CoA形成甲羟戊酸（MVA），由于MVA形成是不可 逆的，因此HMGR被认为是动物植物的类异戊二烯代谢途径的一个限 速酶。 以后的进一步研究表明，HMGR相关存在着一类基因 家族，在这个基因家族中，不同同源基因的表达，可 能控制着细胞质中甲羟戊酸代谢途径中“碳流”的向 , HMGR2亚家族的成员表达与倍半萜类物质的合成密切 相关 。作为甲羟戊酸代谢途径的早期酶类，它决定“碳流” 的流向，而各支路中最终产物的合成却受到各支路中其它
青蒿素的合成生物学研究进展
青蒿素的合成生物学研究进展一、本文概述青蒿素，源自菊科植物青蒿（Artemisia annua L.），是一种具有显著抗疟活性的天然产物，自20世纪70年代被发现以来，已成为全球抗击疟疾的重要武器。
然而，青蒿素的天然来源有限，化学合成成本高昂，且存在环境污染等问题，这使得青蒿素的可持续供应面临挑战。
近年来，随着合成生物学的发展，利用合成生物学方法生产青蒿素成为研究热点。
本文将对青蒿素的合成生物学研究进展进行全面概述，探讨如何利用合成生物学技术提高青蒿素的产量、优化生产过程，以及面临的挑战和未来的发展方向。
本文首先回顾了青蒿素的研究历程和其在全球抗击疟疾中的作用，指出合成生物学在青蒿素生产中的潜在价值和重要性。
随后，综述了目前青蒿素合成生物学研究的主要成果，包括青蒿素生物合成途径的解析、关键酶的发现与改造、以及基于代谢工程的青蒿素高产菌株的构建等。
在此基础上，讨论了合成生物学方法在青蒿素生产中的优势与挑战，如提高青蒿素产量的同时保持其生物活性、优化生产过程的可持续性、以及降低生产成本等。
展望了青蒿素合成生物学研究的未来发展方向，包括利用新兴技术如CRISPR-Cas9基因编辑系统、合成基因组学等进一步提高青蒿素产量和质量，以及推动青蒿素合成生物学技术的产业化应用。
二、青蒿素生物合成途径解析青蒿素是一种具有高效抗疟活性的天然产物，其独特的化学结构和强大的生物活性使其成为全球公共卫生领域关注的焦点。
为了深入理解青蒿素的生物合成机制并进一步提高其产量，科学家们对青蒿素的生物合成途径进行了详尽的解析。
青蒿素的生物合成起始于异戊烯基焦磷酸（IPP）和二甲基烯丙基焦磷酸（DMAPP），这两个分子在甲羟戊酸途径（MVA途径）或2-C-甲基-D-赤藓糖醇4-磷酸途径（MEP途径）中生成。
随后，通过一系列酶促反应，包括预青蒿酸合成酶、青蒿酸合成酶和青蒿素合成酶等，逐步转化为青蒿素的前体物质青蒿酸。
青蒿酸经过青蒿素合成酶的催化，形成青蒿素。
青蒿素简介
理化性质青蒿素（Artemisinin）是从复合花序植物黄花蒿（Artemisia annua L.，即中药青蒿）中提取得到的一种无色针昆明地区青篙素标准品红外光谱图状晶体，化学名称为（3R,5aS,6R,8aS,9R,12S,12aR）-八氢-3,6,9-三甲基-3,12-桥氧-12H-吡喃〔4,3-j〕-1,2-苯并二塞平-10（3H）-酮。
分子式为C15H22O5，属倍半萜内酯，具有过氧键和6-内酯环，有一个包括过氧化物在内的1，2，4-三噁结构单元，这在自然界中十分罕见，分子中包括有7个手性中心，它的生源关系属于amorphane类型，其特征是A，B环顺联，异丙基与桥头氢呈反式关系。
制备熔点为156-157℃，[a]D17=+66.3°（C=1.64氯仿）。
易溶于氯仿、丙酮、乙酸青蒿素的化学结构(2张)制备化学合成化学合成青蒿素难度极大，1986年，中国科学院上海有机所以R(+)一香草醛为原料合成了青蒿素，国外也有类似工作，反应以(-)- 2-异薄勒醇为原料，通过光氧化反应引进过氧基，保留原料中的六元环，环上三条侧链烷基化，形成中间体，最后环合成含过氧桥的倍半萜内酯。
但过程均过于复杂，尚未显示出商业的可行性。
[23-25]青蒿素化学合成途径生物合成萜类化合物的生物合成途径非常复杂，对于青蒿素这一类低含量的复杂分子的生物合成研究更是如此。
用以下三种途径可生物合成青蒿素：（1）通过添加生物合成的前体来增加青蒿素的含量；（2）通过对控制青蒿素合成的关键酶进行调控，或者对关键酶控制的基因进行激活来大幅度增加青蒿素的含量；（3）利用基因工程手段来改变关键基因以增强它们所控制酶的效率。
[26]对于倍青蒿素生物合成途径半萜内酯的合成，其限速步骤一是环化和折叠成倍半萜母核的过程，另一个限速步骤为形成含过氧桥的倍半萜内酯过程。
研究人员通过放射性元素示踪法对青蒿素的生物合成途径进行了研究，认为青蒿素的生物合成可以从法尼基焦磷酸出发，经耗牛儿间架（germacrane）、双氢木香交酯（dihydrocostunodile）、杜松烯内酯（cardinanolide）和青蔷素B（arteannuin B），最终合成青蒿素。
青蒿素合成途径及其药理学研究
青蒿素合成途径及其药理学研究青蒿素是一种来源于青蒿植物的天然药物，因其对疟疾的治疗效果而闻名于世。
然而，在制备青蒿素的过程中，需要大量使用青蒿植物，并且良好的品质和产量等方面的限制也制约着青蒿素的生产。
因此，许多科学家开始探索人工合成青蒿素的方法，并逐渐取得了较好的进展。
一、青蒿素的化学结构和生物合成途径青蒿素（Artemisinin）是一种含氧的萜类化合物，其化学式为C15H22O5。
它的分子中含有两个氧原子，其中一个来自蒿素（Arteannuin）的结构部分，另一个则来自异氰酸烯酯（Isocyanate ester）的反应。
青蒿素的化学结构非常特殊，具有类似过氧化物的活性，因此它有着非常强大的抗疟作用。
青蒿素的原生合成途径非常复杂，需要包括萜类合成酶和脱氧基替换酶等多个酶催化的反应。
在合成过程中，爆发性的活性氧化物质也会被产生出来，这些物质也被认为是青蒿素具有抗菌效果的重要组成部分。
二、青蒿素合成途径的研究进展随着生物技术的发展，科学家们已经采用不同的方法尝试人工合成青蒿素的新途径。
1.化学合成法化学合成法是目前常用的一种人工合成青蒿素的方法。
其基本思路是在现有的化学合成技术框架下，找到尽可能多的可能性，从而建立一种可行的青蒿素合成方案。
近年来，许多学者在化学合成方面取得了不俗的进展。
他们推崇生成青蒿素目标分子的方法，无论是底物催化还是金属催化物，都有了显著的提高。
目前，化学合成法已经可以获得高质量的合成青蒿素，并有望实现工业化生产。
2.光合成法光合成法是一种将人工化学合成技术与光催化技术相结合来合成青蒿素的新方法。
光合成法相对于化学合成法更加环保，而且还可以削减合成青蒿素的产生成本。
目前，光合成法的研究还处于起步阶段，需要进一步的研究和发展来提高其效率和稳定性。
3.生物合成法生物合成法是指通过生物过程来实现合成青蒿素。
这种方法与化学合成法不同，不需要大量的有机化学试剂，更加环保；与光合成法不同，不需要复杂的光催化反应条件，更加稳定。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
法尼基焦磷酸（FPP）
紫穗槐-4,11-二烯 （amorpha-4,11-diene）
Company Logo
HMGR
3-羟基-3-甲基戊二酰CoA还原酶（HMGR）
HNGR催化HMG-CoA形成甲羟戊酸（MVA），由于MVA形成是不可 逆的，因此HMGR被认为是动物植物的类异戊二烯代谢途径的一个限 速酶。 以后的进一步研究表明，HMGR相关存在着一类基因 家族，在这个基因家族中，不同同源基因的表达，可 能控制着细胞质中甲羟戊酸代谢途径中“碳流”的向 , HMGR2亚家族的成员表达与倍半萜类物质的合成密切 相关 。作为甲羟戊酸代谢途径的早期酶类，它决定“碳流” 的流向，而各支路中最终产物的合成却受到各支路中其它
LOGO
青蒿素的生物合成
周衍庆 2011304110081
主要内容
1 2 3 4
青蒿素的介绍 青蒿素的生物合成 关键酶 调控和展望
青蒿素Artemisinin
定义：从中药黄花蒿中提取的一种抗疟有效成分，
具有抗白血病和免疫调节功能。
分子式：C15H22O5 分子量：282.33
Company Logo
LOGO
Company Logo
ADS
紫穗槐-4,11-二烯合酶（ADS）
该酶催化FPP生成紫穗槐-4,11-二烯，是该 分支途径的第一个酶，也是整个青蒿素合 成中最关键的酶。
Company Logo
调控
1)增加HMG-CoA还原酶和FPP合酶和基因 拷贝可以显著增加酵母工程菌紫穗槐-4,11二烯产量 2)导入FPP合成相关的外源基因如HMGR、 FPPS可以提高FPP的量 3）鲨烯合酶和紫穗槐-4,11-二烯合酶竞争 利用FPP，通过反义RNA技术抑制鲨烯合 酶表达，能增加青蒿素代谢流FPP的量
Company Logo
展望和挑战
展望： 青蒿素的生物合成研究是增加青蒿素供给的重要手段。近 年来，随着分子生物学技术的迅速发展和对青蒿素生物合 成途径认识的不断深入。青蒿素生物合成途径的重要关键 酶紫穗槐-4,11-二烯合酶的基因已被几个实验室克隆，已 进行了功能分析，并在烟草中得到表达。另外，青蒿中的 鲨烯合酶基因和紫穗槐-4,11-二烯合酶以外的几种倍半萜 合酶基因已经被克隆。使得通过基因工程方法获得青蒿素 高产株系成为该研究领域新的热点。 挑战： 青蒿酸向青蒿素转化的机制；优化植物基因在微生物体内 表达。
关键酶的控制，如鲨烯合酶、倍半萜合酶等。
Company Logo
FPPS
法尼基焦磷酸合酶（FPPS） FPPS催化IPP和DAMPP缩合形成GPP，再 催化GPP形成FPP 在质体中，FPP是倍半萜、三萜、多萜的 共同前体，GPP是二萜、四萜、叶绿醌等 的前体。因此提高青蒿素产量，提高FPP的 量是至关重要的。
3）组和生物合成：组合生物合成是指将不同生物体来源的基
Company Logo
生物合成途径
青蒿素的生物合成途径 属于植物类异戊二烯代 谢途径。植物类异戊二 烯的生物合成至少存在 2条途径，即甲羟戊酸酸 途径(MVA) 和丙酮酸／ 磷酸甘油醛途径(DXP） 青蒿素等倍半萜类的生 物合成途径属于MVA途 径，该途径在细胞质中 进行。
Company Logo
作用及原理
作用：被WHO称为目前世界上唯一有效的疟疾治 疗药物，具有高效低毒的抗疟特性。除了已探明 能治疗疟疾外，青蒿素及其衍生物在抗肿瘤、抗 心血管疾病、镇痛、免疫、抗吸血虫、抗病原虫 等方面有显著的疗效。 作用原理：目前尚不清楚，该药物靶标还没有确 定。有人认为该药作用于原虫膜系结构，损害线 粒体外膜等而起抗疟作用。
Company Logo
根据目前离体转化、活体转化及同位素饲喂试验结果， 青蒿素的生物合成途径可能包括2种方式，见图一、二。其中 第一种青蒿酸氧化途径可能为植物中青蒿素的主要生物合成途径。
图 一
图 二
Company Logo
青蒿素空间结构
青蒿素分子结构
Company Logo
研究历史
中国于1969年开始抗疟药研究。历经380多次鼠疟筛选，1971年10 月取得中药青蒿素筛选的成功。1972年从中药青蒿素中分离得到抗疟 有效单体，命名为青蒿素，对鼠疟、猴疟的原虫抑制率达到100%。 1973年经临床研究取得与实验室一致的结果、抗疟新药青蒿素由 此诞生。 1981年10月在北京召开的由世界卫生组织主办的“青蒿素”国际会 议上，中国《青蒿素的化学研究》的发言，引起与会代表极大的兴趣， 并认为“这一新的发现更重要的意义是在于将为进一步设计合成新药 指出方向”。 1986年，青蒿素获得新一类新药证书，双氢青蒿素也获一类新药 证书。这些成果分别获得国家发明奖和全国十大科技成就奖。 2011年9月，中国女药学家屠呦呦因创制新型抗疟药———青蒿 素和双氢青蒿素的贡献，获得被誉为诺贝尔奖“风向标”的拉斯克奖。 这是中国生物医学界迄今为止获得的世界级最高级大奖。
黄花蒿
化学合成：国内有报道过青蒿素化学合成全途
Company Logo
生物合成Βιβλιοθήκη 1）组织培养：先诱导愈伤组织，然后由愈伤组织诱导出丛生 芽。 2）发根培养：发根是发根农杆菌(Agrobacterirhingenes)感染
整体植株，其Ri质粒上的T-DNA片段整合进植物细胞核组中诱导产生 的一种特殊表现型(形成多分枝的、生长迅速的不定根)。通过质粒转 化的毛状根生长迅速，遗传特性和生理生化特性稳定，次级代谢产物 合成能力强，有可能用于大规模工业化生产。 因组合在微生物体内生产生物活性物质的方法
倍半萜类中间产物
有人通过放射性同位素示踪法研究了青蒿素的生物合成途径，提出青 蒿素生物合成的框架为： 法呢基焦磷酸 青蒿醛 青蒿酸 二氢青蒿酸 青蒿素。 在此过程中，首先由经过酶促反应形成一种未知的倍半萜类中间产物， 该步反应被认为是青蒿素形成过程的重要限速步骤。1999年从青蒿叶 片中分离到青蒿素生物合成途径的重要倍半萜类中间产物紫穗槐4,11-二烯（amorpha-4,11-diene）并进步分离了催化紫穗槐-4,11-二 烯形成的酶紫穗槐-4,11-二烯合酶(ADS)，该酶是催化青蒿素生物合 成的关键酶。
Company Logo
青蒿素来源
直接提取:青蒿素来源主要是从青蒿中直接
提取得到；或提取青蒿中含量较高的青蒿酸，然 后半合成得到。目前除青蒿外，尚未发现含有青 蒿素的其它天然植物资源。青蒿虽然系世界广布 品种，但青蒿索含量随产地不同差异极大。据迄 今的研究结果，除中国重庆东部、福建、广西、 海南部分地区外，世界绝大多数地区生产的青蒿 中的青蒿素含量都很低，无利用价值。据国家有 关部门调查，在全球范围内，目前只有中国重庆 酉阳地区武睦山脉生长的青蒿素才具有工业提炼 价值。 径，国外也有详尽的研究，但是合成难度大，成 本高，没有商业价值。