[饱和脂肪酸的生物合成与基因工程.docVIP

摘要：植物脂肪酸既具重要生理功能, 又有巨大食用和工业价值。其生物合成途径较为复杂, 涉及乙酰— CoA羧化酶、脂肪酸合成酶、脂肪酸去饱和酶和脂肪酸延长酶等一系列酶。近年来, 国内外对脂肪酸生物合成途径进行了大量研究, 克隆出许多相关基因, 初步阐明了脂肪酸合成规律, 并在此基础上开展了利用基因工程技术调控脂肪酸合成研究, 取得可喜进展。本文详细介绍了植物饱和脂肪酸、不饱和脂肪酸和超长链脂肪酸的生物合成与基因工程研究的新结果。 乙酰CoA羧化酶、脂肪酸合成酶、脂肪酸去饱和酶和脂肪酸延长酶。此四者是合成脂肪酸的关键啊，尤其是乙酰CoA羧化酶，就更加重要， 脂肪酸合成酶，也是极端重要，∵没有此酶，即脂肪酸合成酶，丙二酸单酰CoA也无法合成脂肪酸啊。 饱和脂肪酸的生物合成与基因工程 脂肪酸合成的前体为乙酰—CoA, 它首先在乙酰—CoA 羧化酶的作用下合成丙二酰— CoA。然后脂肪酸合成酶以 丙二酰— CoA为底物进行连续的聚合反应, 以每次循环增 加两个碳的频率合成酰基碳链, 进一步合成16至18碳 的饱和脂肪酸。高等植物中饱和脂肪酸的合成在叶绿体 基质中进行。 211　乙酰- CoA羧化酶( ACC) ACC是脂肪酸生物合成的关键酶之一, 自然界中有 两种存在形式: 一种为多功能酶, 另一种为多酶复合体。 前者在一条多肽链中含有三个功能结构域, 催化多个反 应进行, 被称为真核形式的ACC; 后者可解离成多个功 能蛋白, 如生物素羧化酶(BC) 、生物素羧基载体蛋白 (BCCP) 、羧基转移酶(CT) 及另一个功能未知的酶, 被称为原核形式的ACC。单子叶植物中的禾本科植物, 如玉米[ 5 ] 、小麦和水稻叶绿体ACC为真核形式, 它们对 除草剂如aryloxy phenoxy p rop ionates和cyclo hexane diones 非常敏感。植物中还发现另一个不位于叶片叶绿体、对 除草剂不敏感、真核形式的ACC, 其功能有待进一步研 究。禾本科植物以外的单子叶植物ACC的情况还不清 楚。但双子叶植物如豌豆[ 6 ] 、烟草等叶绿体ACC为原核 形式。双子叶植物细胞质ACC则可能是真核形式。目前 已从硅藻、拟南芥、苜蓿、小麦、玉米[ 5 ]和油菜等多种 生物中克隆了ACC基因。植物ACC受光和脂酰— CoA调 节。光可能通过改变基质pH、ATP、ADP和镁离子等参 数来调节酶活性, 增加叶片脂类形成, 从而影响脂肪酸 合成。脂酰— CoA对ACC起抑制作用, 很可能是通过抑 制基因表达来实现。 212　脂肪酸合成酶( FAS) 植物FAS为原核形式的多酶复合体( typeⅡ FAS) , 由酰基载体蛋白、β—酮脂酰—ACP合酶、β—酮脂酰—ACP 还原酶、β—羟脂酰—ACP脱水酶、烯脂酰—ACP还原酶、 脂酰—ACP硫酯酶等部分构成。 21211　酰基载体蛋白(ACP) 　植物体内存在多个ACP 同工酶: 大麦有3个, 分别为ACP— Ⅰ、ACP— Ⅱ和ACP— Ⅲ, 由Acl1、Acl2 和Acl3 基因编码。Acl3 为组成型表 达, Acl1在叶片中特异表达, Acl2编码的ACP— Ⅱ位于 质体。拟南芥也至少有3个ACP, 除编码ACP— Ⅰ和ACP — Ⅱ的基因外, 人们还克隆出1 个与牛心肌线粒体ACP 高度同源的ACP。菠菜ACP— Ⅰ和ACP— Ⅱ的编码基因已 克隆, 多肽的三维结构也已详细研究。此外, 还有研究 表明, 植物ACP受光调节, 在种子发育时表达。 21212　β- 酮脂酰- ACP合酶( KAS) 　目前共发现3 种KAS, 分别为KASⅠ、KASⅡ和KASⅢ。KASⅠ对硫乳 霉素不太敏感, 但对浅蓝菌素敏感, 催化4碳至14碳脂 酰—ACP的缩合; KASⅡ对浅蓝菌素不太敏感, 但对硫乳 霉素敏感, 催化14碳和16碳脂酰—ACP的缩合, 决定16 碳脂肪酸/18碳脂肪酸的比率; KASⅢ对硫乳霉素敏感, 对浅蓝菌素不敏感, 催化丙二酰—ACP与乙酰—ACP的缩 合和(或) 随后的1～2轮循环。缩合反应启始的底物乙 酰—ACP的合成可由单独的乙酰— CoA: ACP 转酰基酶 (ACAT) 催化, 也可由KASⅢ催化。另一个底物丙二酰 - ACP由丙二酰- CoA: ACP转酰基酶(MCAT) 催化产 生。KASⅠ已从油菜种子和大麦中纯化, 其编码基因也 已从大麦中克隆。KASⅡ已从油菜种子中纯化, 一些c - DNA已被克隆。KASⅢ已从菠菜中纯化, 编码基因也从 菠菜和红藻中克隆。此外, 植物体内单独的ACAT已被 发现。一些植物的MCAT也已纯化。将大肠杆菌MCAT 的编码基因FabD转入烟草和油菜, 发现该基因可在转基 因植物中表达, 但不引起脂类