植物次生代谢主要途径

活跃异戊二烯（active isoprene） 的形成
3-羟基-3-甲 基戊二酰辅 酶A还原酶 (3-hydroxy3-methyl coenzyme reductase， HMGR）
HMGR
• 由四个部分组成：N-末端、跨膜区、连接区和 C-末端区
• 具有催化活性的C-末端区和跨膜区在各植物种 中高度保守
HMGR
• 经胆固醇或脱落酸处理的豌豆白化苗中 HMGR活性下降
• 可能还受钙调素和钙离子的调控，但是 这类结果彼此相互矛盾，无法统一。在 Ca2+存在的情况下从橡胶树（Hevea brasilensis）的橡胶中提纯的钙调素可使 HMGR活性升高3.25倍，此作用可被钙 调素拮抗物抑制；而极少量的游离Ca2+ 就能显著抑制豌豆中的HMGR活性。
HMGR
• 实验证明HMGR主要定位在内质网膜上。 • 植物HMGR跨膜两次（人的HMGR跨膜为八
次），其中两个疏水区就是跨膜的部分，分别 称为H1和H2 • N-末端、连接区和催化区都暴露在细胞质腔中
• 两个疏水区之间的一个短的亲水区位于内质网 腔内，称之为腔内序列（Lumenal sequence, LS）。也就是说HMGR是作为膜组成蛋白而 存在的。
乙酰辅酶A 丙二酰辅酶A
草酰乙酸
α-酮戊二酸
天冬氨酸
赖氨酸
托烷生物碱 古柯生物碱 烟草属生物碱
鸟氨酸
脂肪酸、蜡 聚酮化合物
蒽醌、萘醌 黄酮类化合物 毒参属生物碱
谷氨酸 谷氨酰胺
双吡咯烷生物碱
精氨酸
生物碱、嘌呤 非蛋白氨基酸
赤藓糖-4-磷酸
葡萄糖-6-磷酸
甘油醛-3-磷酸
单萜、倍半萜 双萜、三萜、四萜 多萜、类固醇
HMGR
• 在哺乳动物中，HMGR是由单个基因编码的 • 已研究的植物中，HMGR都是由一个基因家族
编码 拟南芥：两个编码基因 橡胶：至少两个编码基因 小麦：至少四个编码基因 番茄：四个编码基因 水稻：三个编码基因 苹果：至少两个编码基因
3.2 丙酮酸/磷酸甘油醛途径 ( pyruvate/ glyceraldehyde phosphate pathway)
单萜、倍半萜 双萜、三萜、四萜 多萜、类固醇
邻氨基苯甲酸
色氨酸 吲哚生物碱 芥子油苷 非蛋白氨基酸 胺类 生长素类
嘧啶 非蛋白氨基酸
哌啶生物碱 羽扇豆生物碱 景天属生物碱 非蛋白氨基酸
预苯酸 酪氨酸 苯丙氨酸
磷酸烯醇式丙酮酸异戊烯基焦磷酸 二甲基丙 Nhomakorabea基焦磷酸
异喹啉生物碱 木质素、木聚素 含氰苷、芥子油苷 黄酮类化合物 醌、香豆素 非蛋白氨基酸
单萜、倍半萜 双萜、三萜、四萜 多萜、类固醇
异戊烯基焦磷酸 二甲基丙烯基焦磷酸
草酰乙酸
α-酮戊二酸
glyceraldehyde-3-phosphate 甘油醛-3-磷醛
pyruvate 丙酮酸
transketolase 转酮酶
xylulose-5-phosphate 木酮糖-5-磷酸
isopentenyl pyrophosphate（IPP） 异戊烯基焦磷酸
• 产生萜类化合物 • 在植物特有的细胞器——质体中进行 • 丙酮酸和3-磷酸甘油醛缩合形成5-磷酸木酮糖
（xylulose-5-phosphate），再生成异戊烯基焦 磷酸（IPP），又称为非依赖甲羟戊酸途径 • 最后一步反应可能是在叶绿体中进行的
赤藓糖-4-磷酸
葡萄糖-6-磷酸
甘油醛-3-磷酸 磷酸烯醇式丙酮酸 乙酰辅酶A
经甲羟戊酸（甲瓦龙酸，mevalonic acid， MVA）形成异戊烯基焦磷酸（isopenteny pyrophosphate，IPP）及其异构体——二甲基 丙烯基焦磷酸（dimethylallyl pyrophosphate， DMAPP），再形成各种萜类化合物
活跃异戊二烯（active isoprene） 的形成
HMGR
• 黑暗中生长的拟南芥白化苗的HMGR1 mRNA 水平比光下生长的植株高，暗诱导后恢复一定 强度的光照时HMGR1 mRNA减少
• 持续照红光和蓝光的植物中HMGR mRNA水 平不同
• 成熟马铃薯植株的顶端分生组织时发现黑暗抑 制HMGR的活性和蛋白含量。
• 受损伤的马铃薯块茎中HMGR活性增高，如 果再接种马铃薯晚疫病菌（Phytophthora infestans）或用花生四烯酸处理，HMGR活性 会更高，随后甾醇类糖生物碱和植保素的水平 也升高。
• 在细胞质中进行 • 以磷酸烯醇式丙酮酸和赤藓糖-4-磷酸为原料，
经莽草酸、分支酸形成色氨酸、苯丙氨酸、酪 氨酸
鞣质
赤藓糖-4-磷酸 没食子酸
葡萄糖-6-磷酸
磷酸烯醇式丙酮酸
异戊烯基焦磷酸 (IPP) 二甲基丙烯基焦磷酸
乙酰辅酶A 丙二酰辅酶A
脂肪酸、蜡 聚酮化合物
草酰乙酸
α-酮戊二酸
3.1 甲羟戊酸途径 (mevalonate pathway, mevalonic acid pathway)
• 产生萜类化合物 • 在细胞质中进行 • 以乙酰辅酶A（aceltyl coenzyme A）为原料，
各种萜类化合物 的形成
浮萍 胡萝卜
番茄
3.3 莽草酸途径 (shikimate pathway, shikimic acid pathway)
• 产生酚类化合物（简单苯丙酸类如桂皮酸，苯 丙酸内酯如香豆素，苯甲酸衍生物类如水杨酸、 没食子酸，木质素，类黄酮类如花色素苷、黄 酮、异黄酮，鞣质）和含氮化合物（生物碱、 含氰苷、芥子油苷、非蛋白氨基酸）
3 Chapter
植物 次生代谢 的主要途径
3 植物次生代谢的主要途径
3.1 甲羟戊酸途径 3.2 丙酮酸/磷酸甘油醛途径 3.3 莽草酸途径 3.4 丙二酸途径 3.5 氨基酸的次生代谢
鞣质
赤藓糖-4-磷酸 没食子酸
葡萄糖-6-磷酸
糖苷、寡糖、多糖
吖啶酮 蒽醌 生物碱 萘醌
莽草酸 分支酸
甘油醛-3-磷酸
• 所有植物HMGR的催化区有四个保守的基 元:Glu-247、Glu-278、Asp-372，这些残基可 能与底物的识别和结合有关；单个的His（His584），是催化活性所必须的
• 跨膜区由两个疏水基和一个亲水基组成，亲水 基位于两疏水基之间，每个疏水区约20个氨基 酸，与HMGR分子的膜定位有关