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据C&EN周刊网站2012年11月26日报道,科学家发现了一种新型萜烯合成酶,有助于人们理解植物究竟如何合成不同寻常的环烯醚萜类化合物(iridoids)的。
许多植物和昆虫产生一种好奇的系列式的生物活性分子,称之为环烯醚萜类化合物。现在, 英国诺威奇(Norwich, England)的约翰·英纳斯中心(John Innes Centre)生化学家Sarah E. O’Connor 和博士后Fernando Geu-Flores 领导的研究小组已经发现,植物酶负责把单萜化合物转化成环状化合物。这项研究成果已经在2012年11月21日《自然》杂志网站发表,12月5日又进行了修改(详见Nature, DOI: 10.1038/nature11692)。
环烯醚萜类化合物包括荆芥内酯(Nepetalactone),这是诱发猫科动物幸福地狂欢的猫薄荷(catnip)的主要成分以及蚜虫性信息素荆芥醇 (nepetalactol)。它们也是强有力的抗癌物质单萜吲哚生物碱的重要构建模块。新合成酶将允许研究人员通过生物技术合成环烯醚萜类化合物整体,而不是依靠合成化学或提取获得有用数量的环萜烯类物质。长期以来,研究人员一直在追逐这种新型合成酶,因为环烯醚萜类化合物是如此普遍, 人们知道反应涉及到某种还原反应和明显地环化反应,但是这两个过程是怎样耦合在一起却是一个谜团。新的环烯醚萜苷合成酶使单萜在两个主要步骤中环化,前驱10-氧香叶醛(10-oxogeranial)经过一个传统的还原反应形成一种烯醇中间体, 然后通过一个Diels-Alder环加成反应或迈克尔加成反应进行环化。研究人员说他们还没有发现这样的环化反应是可能的,因为很少有酶催化Diels-Alder环加成反应,但是,也可能正是环烯醚萜苷合成酶本身就是一个不寻常的例证。这种酶的环化机制也扩展了经典的萜烯化学内容。许多学生学习过生命所必须的异戊二烯规则,由著名的化学家、1939年诺贝尔化学奖得主拉沃斯拉夫·鲁日奇卡(Leopold Ruzicka)提出的。规则指出,“萜烯组装是通过包括称之为碳正离子(carbocations)的阳离子中间体反应中的异戊二烯单元链而完成。”但是,酶催化生物合成则完全颠覆了上述规则,因为他们的生物合成无法从传统碳正离子化学作出推断。
接下来的工作就是约翰·英纳斯(John Innes)团队正在努力让植物产生昆虫环烯醚萜类。也就是说,他们希望烟草植物产生蚜虫性激素,所以农民可以种植一排诱饵植物能够吸引农业害虫远离重要的农作物。该研究团队还在深挖环烯醚萜环化机制,因为第一步涉及还原反应和许多酶催化的还原过程,该小组正在调查是否其他酶也可以进化或设计,使环化萜烯能够顺利实现。更多信息请浏览:http://www.nature.com/nature/journal/v492/n7427/full/nature11692.html
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