三七总皂甙
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三七总皂甙代谢工程
三七总皂苷 ( Panax notoginseng saponins, PNS) 迄今已从三七的根块、根茎、茎叶和花果等各部位分离和鉴 定出70 余种皂苷, 均属于达玛烷型四环三萜皂苷, 按其皂 苷元类型又可细分为2 种: 1. 20( S) -原人参二醇型 [ 20( S) -protopanaxadiol] 2. 20( S) -原人参三醇型 [ 20( S) –protopana-xatriol]
代谢工程策略
1）上调DS的表达，促进达玛烯二醇的合成
2）下调CAS的表达，减少旁支代谢通路 3）增强乙酸途径，MVA途径和MEP途径中限速酶 表达，增加次生代谢的基础水平。 4）探索参与三醇合成的P450酶基因
附录：人参DS基因
•http://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/115334601 •Panax ginseng PNA mRNA for dammarenediol-II synthase •2310bp，编码769aa的PNA酶
• 人参DS基因克隆与酵母表达（2006） • 人参DS基因RNAi (2006)
环阿屯醇合成酶(CAS)
• 环阿屯醇合成酶(Cycloartenol synthase, CAS) 属于氧化鲨烯环氧酶的一 种, 催化2,3-氧化鲨烯环化生成环阿屯醇 • 尽管CAS不是三萜皂苷生物合成途径中的关键酶, 但它是植物甾醇生 物合成这个重要分支代谢途径中的关键酶, 与DS 竞争共同前体2,3-氧 化鲨烯, 间接影响了三萜皂苷代谢流。 • 已从盾叶薯蓣( Dioscorea zingiberensis) ，豌豆( Pisum sativum) ，红海 榄( Rhizop horastylosa)和秋茄( Kandelia candel）中克隆得到CAS基因
2.
3.
达玛烯二醇合成酶（DS）
• 达玛烯二醇合成酶( Dammarenediol-Ⅱ-synthase, DS) 是氧化鲨烯 环氧酶中的一种, 催化2,3-氧化鲨烯环化为达玛烯二醇。 • PNS属于达玛烷型四环三萜皂苷, 而达玛烯二醇是达玛烷型皂苷的前 体.DS在三萜皂苷合成中起着重要的调节作用 • DS 广泛存在于具有达玛烷型三萜生物合成功能的植物和微生物中, 已 从人参(Panax ginseng ) ,积雪草(Centella asiatica ) ,粗茎鳞毛蕨 (Dryopteriscrassirhizoma) 等植物中克隆得到编码DS的基因
MWKQKGAQGNDPYLYSTNNFVGRQYWEFQPDAGTPEEREEVEKARKDYVNNKKLHGI HPCSDMLMRRQLIKESGIDLLSIPPLRLDENEQVNYDAVTTAVKKALRLNRAIQAHDGHW PAENAGSLLYTPPLIIALYISGTIDTILTKQHKKELIRFVYNHQNEDGGWGSYIEGHSTMIG SVLSYVMLRLLGEGLAESDDGNGAVERGRKWILDHGGAAGIPSWGKTYLAVLGVYEWE GCNPLPPEFWLFPSSFPFHPAKMWIYCRCTYMPMSYLYGKRYHGPITDLVLSLRQEIYNI PYEQIKWNQQRHNCCKEDLYYPHTLVQDLVWDGLHYFSEPFLKRWPFNKLRKRGLKRV VELMRYGATETRFITTGNGEKALQIMSWWAEDPNGDEFKHHLARIPDFLWIAEDGMTVQ SFGSQLWDCILATQAIIATNMVEEYGDSLKKAHFFIKESQIKENPRGDFLKMCRQFTKGA WTFSDQDHGCVVSDCTAEALKCLLLLSQMPQDIVGEKPEVERLYEAVNVLLYLQSRVSG GFAVWEPPVPKPYLEMLNPSEIFADIVVEREHIECTASVIKGLMAFKCLHPGHRQKEIEDS VAKAIRYLERNQMPDGSWYGFWGICFLYGTFFTLSGFASAGRTYDNSEAVRKGVKFFLS TQNEEGGWGESLESCPSEKFTPLKGNRTNLVQTSWAMLGLMFGGQAERDPTPLHRAA KLLINAQMDNGDFPQQEITGVYCKNSMLHYAEYRNIFPLWALGEYRKRVWLPKHQQLKI
次级代谢通路
• D-葡萄糖
– – – – – – – （糖酵解途径）乙酰辅酶A（乙酸途径，krebs循环） （磷酸戊糖途径）4-磷酸赤藓糖 莽草酸（莽草酸途径） 甲羟戊酸（甲羟戊酸途径，MVA途径） 5-磷酸-1-脱氧木糖（磷酸脱氧木糖途径，MEP途径） 氨基酸类 …
PNS生物合成途径
1. 异戊烯基焦磷酸酯（IPP） & 二甲基烯丙基焦磷酸酯（DMAPP） 的合成（均为萜类活性单位，可相互转化） IPP和DMAPP通过异戊烯基转移酶和萜类环化酶的催化合成合成 2,3-氧化鲨烯 ( 2,3-Oxido saqualene) 2, 3-氧化鲨烯依次经过环化、羟基化、糖基化修饰, 最终形成达玛 烷型三七皂苷
• 红海榄和秋茄CAS酵母表达（2007） • 人参CAS反义抑制(2009) • 拟南芥CAS等位基因突变（2008）
P450 单加氧酶和糖基转移酶 （P450）
• P450 单加氧酶是一类具有多种催化功能以铁卟啉为辅基的膜结合蛋 白, 可以催化许多初级和次级代谢反应。 • 在三萜皂苷的合成中, P450 单加氧酶不仅能催化达玛烯二醇生成原人 参二醇, 还可以使原人参二醇转化为原人参三醇. • 目前, 糖基转移酶只在少数几种植物中被克隆,其中参与三萜皂苷合 成的转移酶仅在蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)(2005),王不留行 (Saponaria vaccaria)(2006)等植物中进行了研究。
Dammarenediol
β-amyrin
Plant sterols
Dammarene-type triterpene saponins
Oleanane-type triterpene saponins
The End
Fra Baidu bibliotek
代谢通路细分
squalene Squalene epoxidase（SE） 2，3-oxidosqualenev Cycloartenol synthesis （CAS） Dammarenediol synthesis （PNA or DDS） β-amyrin synthesis （PNY）
Cycloartenol
三七总皂苷 ( Panax notoginseng saponins, PNS) 迄今已从三七的根块、根茎、茎叶和花果等各部位分离和鉴 定出70 余种皂苷, 均属于达玛烷型四环三萜皂苷, 按其皂 苷元类型又可细分为2 种: 1. 20( S) -原人参二醇型 [ 20( S) -protopanaxadiol] 2. 20( S) -原人参三醇型 [ 20( S) –protopana-xatriol]
代谢工程策略
1）上调DS的表达，促进达玛烯二醇的合成
2）下调CAS的表达，减少旁支代谢通路 3）增强乙酸途径，MVA途径和MEP途径中限速酶 表达，增加次生代谢的基础水平。 4）探索参与三醇合成的P450酶基因
附录：人参DS基因
•http://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/115334601 •Panax ginseng PNA mRNA for dammarenediol-II synthase •2310bp，编码769aa的PNA酶
• 人参DS基因克隆与酵母表达（2006） • 人参DS基因RNAi (2006)
环阿屯醇合成酶(CAS)
• 环阿屯醇合成酶(Cycloartenol synthase, CAS) 属于氧化鲨烯环氧酶的一 种, 催化2,3-氧化鲨烯环化生成环阿屯醇 • 尽管CAS不是三萜皂苷生物合成途径中的关键酶, 但它是植物甾醇生 物合成这个重要分支代谢途径中的关键酶, 与DS 竞争共同前体2,3-氧 化鲨烯, 间接影响了三萜皂苷代谢流。 • 已从盾叶薯蓣( Dioscorea zingiberensis) ，豌豆( Pisum sativum) ，红海 榄( Rhizop horastylosa)和秋茄( Kandelia candel）中克隆得到CAS基因
2.
3.
达玛烯二醇合成酶（DS）
• 达玛烯二醇合成酶( Dammarenediol-Ⅱ-synthase, DS) 是氧化鲨烯 环氧酶中的一种, 催化2,3-氧化鲨烯环化为达玛烯二醇。 • PNS属于达玛烷型四环三萜皂苷, 而达玛烯二醇是达玛烷型皂苷的前 体.DS在三萜皂苷合成中起着重要的调节作用 • DS 广泛存在于具有达玛烷型三萜生物合成功能的植物和微生物中, 已 从人参(Panax ginseng ) ,积雪草(Centella asiatica ) ,粗茎鳞毛蕨 (Dryopteriscrassirhizoma) 等植物中克隆得到编码DS的基因
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次级代谢通路
• D-葡萄糖
– – – – – – – （糖酵解途径）乙酰辅酶A（乙酸途径，krebs循环） （磷酸戊糖途径）4-磷酸赤藓糖 莽草酸（莽草酸途径） 甲羟戊酸（甲羟戊酸途径，MVA途径） 5-磷酸-1-脱氧木糖（磷酸脱氧木糖途径，MEP途径） 氨基酸类 …
PNS生物合成途径
1. 异戊烯基焦磷酸酯（IPP） & 二甲基烯丙基焦磷酸酯（DMAPP） 的合成（均为萜类活性单位，可相互转化） IPP和DMAPP通过异戊烯基转移酶和萜类环化酶的催化合成合成 2,3-氧化鲨烯 ( 2,3-Oxido saqualene) 2, 3-氧化鲨烯依次经过环化、羟基化、糖基化修饰, 最终形成达玛 烷型三七皂苷
• 红海榄和秋茄CAS酵母表达（2007） • 人参CAS反义抑制(2009) • 拟南芥CAS等位基因突变（2008）
P450 单加氧酶和糖基转移酶 （P450）
• P450 单加氧酶是一类具有多种催化功能以铁卟啉为辅基的膜结合蛋 白, 可以催化许多初级和次级代谢反应。 • 在三萜皂苷的合成中, P450 单加氧酶不仅能催化达玛烯二醇生成原人 参二醇, 还可以使原人参二醇转化为原人参三醇. • 目前, 糖基转移酶只在少数几种植物中被克隆,其中参与三萜皂苷合 成的转移酶仅在蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)(2005),王不留行 (Saponaria vaccaria)(2006)等植物中进行了研究。
Dammarenediol
β-amyrin
Plant sterols
Dammarene-type triterpene saponins
Oleanane-type triterpene saponins
The End
Fra Baidu bibliotek
代谢通路细分
squalene Squalene epoxidase（SE） 2，3-oxidosqualenev Cycloartenol synthesis （CAS） Dammarenediol synthesis （PNA or DDS） β-amyrin synthesis （PNY）
Cycloartenol