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一个解毒酶的华丽转身:不仅是清道夫,还能催化植物天然产物的芳香化
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来源:上观新闻 作者:黄海华 2020-01-14 14:32
摘要:解毒酶是一个丰富的、有待发掘的催化宝库

人体内含有各种代谢产物,其中多数为生命所必须,但也有些成分对身体有害。解毒酶可以使有毒化合物转化为低毒或无毒化合物,是生物体必不可少的清道夫。解放日报•上观新闻记者获悉,中国科学院分子植物科学卓越创新中心陈晓亚研究组,首次发现糖代谢解毒酶能够催化植物天然产物的芳香化。该研究1月14日在线发表于《自然化学生物学》杂志。

解毒酶变身为芳香化酶

糖代谢副产物甲基乙二醛具有较强的细胞毒性,乙二醛酶I在谷胱甘肽的辅助下,可以催化甲基乙二醛的水解脱毒。在人体中,该酶与癌症、抑郁症、糖尿病及其他老龄化疾病密切相关。陈晓亚研究组首次发现不同物种的乙二醛酶I除了转化甲基乙二醛,还能识别具有邻羟基酮特征结构的环状化合物,导致底物芳香化形成苯环。由此发现了酶促芳香化反应的新机制,具有重要的应用价值。

进一步的研究表明,棉花SPG是一种特化的乙二醛酶I,虽然不再有转化甲基乙二醛的活性,却可以高效催化棉酚生物合成中间体的芳香化,且不需要辅因子参与。SPG从解毒酶变身为一类新的芳香化酶,代表了植物次生代谢途径进化的一个新特征。

为呕吐毒素的生物降解开辟新途径

呕吐毒素及其酰基化衍生物3A-DON和15A-DON是最主要的真菌毒素之一,对小麦、玉米及其他谷物污染十分严重,已被联合国粮农组织和世界卫生组织确定为最危险的天然食品污染物之一。采用生物学脱毒技术降解真菌毒素,具有绿色高效优势。长期以来,科学家一直在寻找呕吐毒素解毒酶。通过数据库搜索,陈晓亚研究组发现呕吐毒素也具有邻羟基酮功能团。体外酶活证明,棉花SPG能够作用于3A-DON使之结构发生变化,显著降低毒性。SPG为呕吐毒素的生物降解开辟了新途径。

有助于环境修复和食品安全

棉花是重要的经济作物,棉纤维是纺织工业的主要原料,棉籽含有丰富的蛋白质和脂肪,是重要的食物油和饲料来源。棉花合成并积累棉酚等具有细胞毒性的倍半萜成分,存在于棉籽及其他组织中,虽然为抵御病虫害所必须,但限制了棉籽的安全利用。本研究发现SPG可以高效催化棉酚生物合成中间体形成苯环,催化具有邻位羰基酮结构化合物的芳香化,在芳香剂生物合成方面具有应用价值。

该研究揭示解毒酶是一个丰富的、有待发掘的催化宝库,可为合成生物学、环境修复和食品安全保障提供重要元件。

栏目主编:黄海华 文字编辑:黄海华 题图来源:图虫创意 图片编辑:曹立媛
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