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全球都缺乏维生素A?别担心,可合成维生素A之酶已问世!
来源 : 科学之家   发布时间 : 2015-06-19 10:07

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类胡萝卜素对植物生存生长、人类健康等是必不可少的。最近一个研究团队对植物如何合成类胡萝卜素(维生素A的前身)进行了研究。该研究可以帮助科学家们增加粮食作物中维生素A的含量,并缓解全球性维生素缺乏问题。

据世界卫生组织估计,世界上约有2.5亿儿童缺乏维生素A。缺乏维生素A易导致可预防性失明,也易增加严重感染导致的疾病与死亡风险。据世界卫生组织称,维生素A缺乏在全世界约一半国家已经成为一种公共性健康问题,尤其在非洲和东南亚国家。它对低收入国家儿童和孕妇有巨大的影响。

这个全球性问题鼓舞了全世界的人们共同努力来增加维生素原A类胡萝卜素在粮食作物中的含量。为了实现这个目标,科学家们必须更深刻的了解植物是如何控制并生物合成能够在人体内被转换成维生素A的类胡萝卜素的。

该研究发表在2015年6月15号的Nature Chemical Biology上。文章重点指出研究团队发现了一种新的酶,这种酶对于植物中维生素A的合成至关重要,而且它竟然依赖于血红素铁。这种血红素铁使得酶能够做出重要的结构改变,完成生产维生素A的化学过程。

本研究证实15-cis-ζ类胡萝卜素异构酶(Z-ISO)是一种酶,也是一种完整的膜蛋白。研究还发现Z-ISO能够独立的催化顺反异构化反应或化学反应。这种反应能够改变化合物的结构构造和中央碳双键,最终能产生酶发挥作用所依赖的分子。

刘爱民博士是乔治亚州立大学化学与生物化学教授。他说:“我们发现这种酶在合成维生素A的过程中起着重要作用。这是得到维生素A化合物很关键的一步,在生物合成路径中也非常特别,因为它是相对较大的有机分子。目前尚不清楚哪个基因产物与这些反应有关。”

电子顺磁共振(EPR,electron paramagnetic resonance)谱对电子结构非常敏感,刘博士和他的团队利用它发现,Z-ISO是一种基于血红素的蛋白质。血红素是一个大型的有机系统,其中心有金属钛。它是因其本身的红色和在红血细胞中存在而得名的。

刘说:“使用血红素进行化学反应是令人惊奇的,这在化学领域非常新奇。它是一个非常大的分子,是一个有许多单双键的长链。由于没有太多空间,它不允许其他大的分子进入。我们非常惊讶的发现,这竟然是由血红素蛋白催化的异构化反应。”

EPR谱揭示了血红素中心以Fe(III)开始,然后被降低到Fe(II),为结构变化和Z-ISO酶创造出空间。血红素中心将Z-ISO酶顺时针旋转180度,两组同侧旋转到在热力学上有利的反方向,这使得在相反的方向也有两组。刘博士认为,从Fe(III)降到Fe(II)对酶活性来说是必要的。

刘说:“在那之后,产物就可以变成维生素A。你仍然需要一到两步去完成维生素A的合成,但这就是化学上最吸引人的那一步。这些研究成果对那些对维生素合成、植物生物学、植物生化学、酶学和血红素蛋白感兴趣的研究人员来说意义非凡。为了将来能够生产综合性产物,能够根据不同的医学目的修改它的形式,我们必须更好的理解这种分子机制。”(科学之家,译审:Y Chen)


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