植物脂氧合酶研究进展

第一章植物脂氧合酶的研究进展

缩写

LOX lipoxygenase 脂氧合酶; 9-H(P)OD (10E,12Z)-9-hydro(pero)xy-10,12-octadecadienoic acid

AOS allene oxide synthase 氧化丙二烯合酶; (10E,12Z)-9-(过氧)羟基-10,12-十八碳二烯酸;

AOC allene oxide cyclase 氧化丙二烯环化酶; 9-H(P)OT (10E,12Z,15Z)-9-hydro(pero)xy-10,12,15-octadecatrienoic acid HPL hydroperoxide lyase 过氧化氢裂解酶; (10E,12Z,15Z)-9-(过氧)羟基-10,12,15-十八碳三烯酸;

DES divinyl ether synthase 联乙烯醚合酶; 13-H(P)OD (9Z,11E)-13-hydro(pero)xy-9,11-octadecadienoic acid

POX peroxygenase 过氧酶; (9Z,11E)-13- (过氧)羟基-9,11-十八碳二烯酸;

HPLC high performance liquid chromatography 13-H(P)OT (9Z,11E,15Z)-13-hydro(pero)xy-9,11,15-octadecatrienoic acid 高效液相; (9Z,11E,15Z)-13- (过氧)羟基-9,11,15-十八碳三烯酸;

CP-HPLC chiral-phase HPLC 手性-HPLC 13-HPOT(γ) (6Z,9Z,11E)-13- hydroperoxy-6,9,11- octadecatrienoic acid

RP-HPLC reversed-phase HPLC 反相-HPLC (6Z,9Z,11E)-13-过氧基-6,9,11-十八碳三烯酸;

SP-HPLC straight-phase HPLC 正相-HPLC 9,16-diH(P)OT

LC/MS liquid chromatography mass spectrometry (10E,12Z,14E)-9,16-dihydro(pero)xy-10,12,14-octadecatrienoic acid 液相色谱质谱联用计(10E,12Z,14E)-9,16-二(过氧)羟基-10,12,14-十八碳三烯酸;

GC/MS gas chromatography mass spectrometry 15-HPETE

气相色谱质谱联用计 (5Z,8Z,11Z,13E)-15-hydroperoxy-5,8,11,13-eicosatetraenoic acid

12-oxo-PDA 12-oxo-10,15-phytodienoic acid (5Z,8Z,11Z,13E)-15-过氧基-5,8,11,13-二十碳四烯酸;

12-氧-10,15-植二烯酸; 8,15-diHPETE

12,13(S)-EOD (5Z,9E,11Z,13E)-8,15-dihydroperoxy-5,9,11,13-eicosatetraenoic acid (9Z,13S)-12,13-epoxy-9,11-octadecadienoic acid (5Z,9E,11Z,13E)-8,15-二过氧基-5,9,11,13-二十碳四烯酸.

(9Z,13S)-12,13-环氧-9,11-十八碳二烯酸;

12,13(S)-EOT

(9Z,13S,15Z)-12,13-epoxy-9,11,15-octadecatrienoic acid

(9Z,13S,15Z)-12,13-环氧-9,11,15-十八碳三烯酸;

一前言

脂氧合酶(LOX；EC 1.13.11.12)是含有非血红素离子的双加氧酶，广泛存在于需氧生物中，包括植物、动物和低等水生生物（Hartmut KÜhn & Astrid Borchert，2002）。最近发现，在真菌(Bisakowski et al，1997；Su & Oliw，1998)-和细菌(Porta & Rocha-Sosa，2001)中也存在脂氧合酶。根据酶学分类，将LOX 定义为亚油酸根：氧氧化还原酶，它催化含（Z,Z）-1,4戊二烯结构单元的不饱和脂肪酸的加氧反应，产生不饱和脂肪酸的过氧化物（Alexander Grechkin，1998）。LOX启动合成的一系列环状或脂肪族化合物，统称为氧脂（oxylipins），它们在植物的生长发育过程中以及在植物对环境胁迫反应中起着重要的作用（Helena Porta & Mario Rocha-Sosa，2002），一般将此代谢过程称之谓LOX途

径或十八碳酸途径。

每个LOX蛋白分子含有一个非血红素铁原子(Fe-LOX)。对大豆（soybean）LOX-1的研究发现，只有含三价铁离子（Ⅲ）的LOX有催化活性，化合价由无活性的二价铁离子（Ⅱ）变为有活性的三价铁离子（Ⅲ）的过程是过氧化物依赖的（Alexander Grechkin，1998）。最近发现，一种小麦根的病原真菌（Gaeumannomyces graminis）分泌Mn-LOX。与Fe-LOX相比, Mn-LOX具有以下特征：糖基化的Mn-LOX结合于凝集素；具有广泛的pH值范围；对热稳定；相对于Fe2+而言，Mn2+在化学反应中更加稳定；Mn-LOX可将亚油酸和亚麻酸氧化为两种产物——11S-和13R-过氧基脂肪酸(Su & Oliw，1998)。

在植物中，亚油酸和亚麻酸是LOX最常见的底物（siedow，1991）。氧可加在亚油酸碳氢链的第九位碳原子上，也可加在第十三位碳原子上，因此将植物LOX分为9-LOX和13-LOX（Brash，1999）。后来，又提出了一种更为全面的分类方法，即根据它们的一级结构将其分为两类：І类LOX总序列相似性为～70％，其编码的酶缺少一段叶绿体运输肽。大多数的植物LOX可归为这一类。Ⅱ类LOX 总序列相似性为～40％，一般认为在其N端带有一段叶绿体运输肽。Shibata等（1994)从拟南芥、水稻、小麦、大麦、土豆、番茄和烟草中分离了此种类型LOX 的cDNAs。

植物脂氧合酶是一个多基因家族,存在着同工酶，不同的发育阶段及不同的胁迫作用可诱导相应基因的表达。例如，在土豆中，LOX多基因家族编码9-和13-LOX，根据它们的序列同源性可分为不同的类型(Cornelia Göbel et al ,2002):类型І包括编码块茎和根特异性表达的9-LOX基因(Geerts et al，1994；Casey，1995；Royo et al，1996)，在受病原菌感染的叶片中也检测到了9-LOX基因的转录(Fidantsef & Bostock，1998)；类型Ⅱ和Ⅲ为伤、茉莉酮酸酯和脱落酸诱导的在叶片中特异表达的13-LOX(Royo et al，1996)；另外，有报道从红皮土豆块茎中克隆了5-LOX基因(Xiaoyan Chen et al，1998)。

近年来，由于众多研究群体的努力，我们对LOX和氧脂的作用了解的越来越多。许多植物的LOX基因已被克隆，这为研究它们之间的系统进化关系，阐明基因序列、结构以及位置特异性和活性之间的关系提供了可能。同时，在过去的二十年中，有关LOX途径的生化研究也取得了很大进展。本文将对脂氧合酶基因的