您的位置:新文秘网>>毕业论文/文教论文/信息/>>正文

论文开题报告:稀有人参皂苷C-K生物合成关键酶信息学及合成生物学元件设计

发表时间:2013/7/20 16:23:21


大学本科毕业论文(设计)开题报告
学院:化工学院 专业班级: 2009生物技术专业

课题名称 稀有人参皂苷C-K生物合成关键酶信息学及合成生物学元件设计

1、本课题的研究目的和意义:
人参皂苷(Ginsenoside)是人参的主要有效成分,现研究认为,人参皂苷可以促进人白血病细胞的凋亡,具有较高的抗肿瘤活性,且对正常细胞无毒副作用,具有很高的利用价值。但由于人参皂苷合成途径过于复杂,对于其中关键酶的作用机制还不甚清楚,生产效率较低。但随着合成生物学的发展,利用合成生物学手段设计制作更高效的化合物在现代生物中起着越来越重要的作用。故利用生物信息学和合成生物学的手段,在绞股蓝转录基因组中找出相应的细胞色素单加氧酶P450与人身皂苷糖基转移酶(Glycosyltransferase, 简称GT)的酶基因,制造合成生物学元件,从而更好的转化氧化鲨烯为人们所需求的稀有人参皂苷Compound-K(C-K)。同时通过GT、人参皂苷糖苷酶 (Ginsenoside Glyc
……(新文秘网https://www.wm114.cn省略742字,正式会员可完整阅读)…… 
2.2 人参皂苷的生物合成
目前,普遍认为在人参中人参皂苷是经由甲羟戊酸途径(MVA途径)合成异戊烯焦磷酸IPP(Isopentenyl Pyrophosphate)和二甲丙烯焦磷酸DMAPP(Dimethylallyl Diphosphate),进一步合成2,3-氧化角鲨烯,而后经羟基化、糖基化修饰最终生成的。
在Eisenvaich的实验[4]中,Eisenvaich等使用C13同位素示踪法研究萜类抗癌物质紫杉醇的生物合成途径,结果表明紫杉醇(Ta*ol)主要是通过MEP途径合成的。MEP途径(2-C-甲基-D赤藻糖醇-4-磷酸途径)即从糖酵解中间代谢物丙酮酸(Pyruvic Acid)和3-磷酸甘油醛(Glyceraldehyde-3-Phosphate)为前体,经酶的作用生成MEP,最终生成IPP和DMAPP。人参皂苷同紫杉醇属于萜类化合物,但目前还没有人参中是否存在MEP途径的相关研究报道。而且,是否是这两个途径同时还是只有一个途径在人参皂苷合成中发挥着重要的作用仍有待研究。在植物中,MVA途径被发现在细胞质中,MEP途径存在于质体中。
在整个合成途径中可大体分为3个阶段[5]:前提形成、骨架构建以及后修饰。目前,推测人参皂苷是由细胞色素P450催化达玛烯二醇Ⅱ(Dammerenediol-Ⅱ)羟基化生成的。植物细胞色素P450具有广泛的催化活性,其催化作用的共同特点是在作用物分子中加入一个氧原子。在人参中,人参细胞色素P450催化达玛烯二醇C-12羟基化生成原人参二醇(Protopan*adiol),催化原人参二醇C-6位羟基化生成原人参三醇(Protopan*atriol)。鉴于植物细胞色素P450催化反应的复杂性,关于其催化机制的研究较少。而糖基转移酶则参与人参骨架结构的糖基化等后修饰过程,最终形成种类众多的单体皂苷,但具体的细节还没有相关的研究报道。

图1 稀有人参皂苷C-K的生物合成途径[6]
Fig.1 Biosynthetic Pathway of Rare Ginsenoside C-K
2.3 特异的人参皂苷糖苷酶
人参皂苷糖苷酶类能水解原人参二醇类皂苷或者原人参三醇类皂苷糖基,并生成次生皂苷和皂苷元。人参皂苷糖苷酶能水解人参皂苷的多种糖基,并不遵守国际酶学上认知的百余种糖苷酶的一种酶水解一种糖苷键的普遍规律,是一种特异的配糖体糖苷酶。
现已弄清的人参皂苷糖苷酶包括人参皂苷糖苷酶Ⅰ型、人参皂苷糖苷酶Ⅱ型、人参皂苷糖苷酶Ⅲ型、人参皂苷糖苷酶Ⅳ型。酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ水解人参二醇类皂苷,而酶Ⅱ型-2和酶Ⅳ则选择人参三醇类皂苷,水解人参三醇类皂苷第20碳或者第6碳上糖基。
上述人参皂苷糖苷酶的性质,可归纳为表1。
表 1 人参皂苷糖苷酶性质[7~10]
Table 1 The Nature of Ginsenoside glycosidase
酶种类 酶的来源 相对分子质量/*104 对皂苷水解糖苷键位置 水解的糖苷键
人参皂苷糖苷酶 Ⅰ型 微生物
植物 3.4
5.9
5.1
8.0 C3
C20 葡萄糖、木糖、阿拉伯糖基
人参皂苷糖苷酶Ⅱ型
人参皂苷糖苷酶Ⅱ型-2 微生物
植物
微生物 6.6
7.0
8.6 PPD C20
PPt 20 葡萄糖、木糖、
阿拉伯糖基、
葡萄糖基
人参皂苷糖苷酶Ⅲ型 微生物 3.4 C3 苷元与糖链之键
人参皂苷糖苷酶Ⅳ型 微生物 5.3
7.8 C6 鼠李糖、葡萄糖基
注:PPD—人参二醇皂苷, PPT—人参三醇皂苷。
3、 本课题的主要研究内容(提纲)和成果形式:
主要内容:
1、对已有文献进行研究,挖掘并分析人参属植物中有关皂苷生物合成相关的糖基转移酶与糖苷酶,进而了解关于人参皂苷的生物合成途径。
2、找出绞股蓝的转 ……(未完,全文共5930字,当前仅显示2082字,请阅读下面提示信息。收藏《论文开题报告:稀有人参皂苷C-K生物合成关键酶信息学及合成生物学元件设计》