論文開題報告：稀有人參皂苷C-K生物合成關(guān)鍵酶信息學(xué)及合成生物學(xué)元件設(shè)計

大學(xué)本科畢業(yè)論文(設(shè)計)開題報告
學(xué)院：化工學(xué)院 專業(yè)班級：　2009生物技術(shù)專業(yè)

課題名稱 稀有人參皂苷C-K生物合成關(guān)鍵酶信息學(xué)及合成生物學(xué)元件設(shè)計

1、本課題的研究目的和意義：
人參皂苷（Ginsenoside）是人參的主要有效成分，現(xiàn)研究認(rèn)為，人參皂苷可以促進(jìn)人白血病細(xì)胞的凋亡，具有較高的抗腫瘤活性，且對正常細(xì)胞無毒副作用，具有很高的利用價值。但由于人參皂苷合成途徑過于復(fù)雜，對于其中關(guān)鍵酶的作用機制還不甚清楚，生產(chǎn)效率較低。但隨著合成生物學(xué)的發(fā)展，利用合成生物學(xué)手段設(shè)計制作更高效的化合物在現(xiàn)代生物中起著越來越重要的作用。故利用生物信息學(xué)和合成生物學(xué)的手段，在絞股藍(lán)轉(zhuǎn)錄基因組中找出相應(yīng)的細(xì)胞色素單加氧酶P450與人身皂苷糖基轉(zhuǎn)移酶（Glycosyltransferase, 簡稱GT）的酶基因，制造合成生物學(xué)元件，從而更好的轉(zhuǎn)化氧化鯊烯為人們所需求的稀有人參皂苷Compound-K（C-K）。同時通過GT、人參皂苷糖苷酶 （Ginsenoside Glyc
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2.2 人參皂苷的生物合成
目前，普遍認(rèn)為在人參中人參皂苷是經(jīng)由甲羥戊酸途徑（MVA途徑）合成異戊烯焦磷酸IPP（Isopentenyl Pyrophosphate）和二甲丙烯焦磷酸DMAPP（Dimethylallyl Diphosphate），進(jìn)一步合成2,3-氧化角鯊烯，而后經(jīng)羥基化、糖基化修飾最終生成的。
在Eisenvaich的實驗[4]中，Eisenvaich等使用C13同位素示蹤法研究萜類抗癌物質(zhì)紫杉醇的生物合成途徑，結(jié)果表明紫杉醇（Ta*ol）主要是通過MEP途徑合成的。MEP途徑（2-C-甲基-D赤藻糖醇-4-磷酸途徑）即從糖酵解中間代謝物丙酮酸(Pyruvic Acid)和3-磷酸甘油醛（Glyceraldehyde-3-Phosphate）為前體，經(jīng)酶的作用生成MEP，最終生成IPP和DMAPP。人參皂苷同紫杉醇屬于萜類化合物，但目前還沒有人參中是否存在MEP途徑的相關(guān)研究報道。而且，是否是這兩個途徑同時還是只有一個途徑在人參皂苷合成中發(fā)揮著重要的作用仍有待研究。在植物中，MVA途徑被發(fā)現(xiàn)在細(xì)胞質(zhì)中，MEP途徑存在于質(zhì)體中。
在整個合成途徑中可大體分為3個階段[5]：前提形成、骨架構(gòu)建以及后修飾。目前，推測人參皂苷是由細(xì)胞色素P450催化達(dá)瑪烯二醇Ⅱ（Dammerenediol-Ⅱ）羥基化生成的。植物細(xì)胞色素P450具有廣泛的催化活性，其催化作用的共同特點是在作用物分子中加入一個氧原子。在人參中，人參細(xì)胞色素P450催化達(dá)瑪烯二醇C-12羥基化生成原人參二醇(Protopan*adiol)，催化原人參二醇C-6位羥基化生成原人參三醇(Protopan*atriol)。鑒于植物細(xì)胞色素P450催化反應(yīng)的復(fù)雜性，關(guān)于其催化機制的研究較少。而糖基轉(zhuǎn)移酶則參與人參骨架結(jié)構(gòu)的糖基化等后修飾過程，最終形成種類眾多的單體皂苷，但具體的細(xì)節(jié)還沒有相關(guān)的研究報道。

圖1 稀有人參皂苷C-K的生物合成途徑[6]
Fig.1 Biosynthetic Pathway of Rare Ginsenoside C-K
2.3 特異的人參皂苷糖苷酶
人參皂苷糖苷酶類能水解原人參二醇類皂苷或者原人參三醇類皂苷糖基，并生成次生皂苷和皂苷元。人參皂苷糖苷酶能水解人參皂苷的多種糖基，并不遵守國際酶學(xué)上認(rèn)知的百余種糖苷酶的一種酶水解一種糖苷鍵的普遍規(guī)律，是一種特異的配糖體糖苷酶。
現(xiàn)已弄清的人參皂苷糖苷酶包括人參皂苷糖苷酶Ⅰ型、人參皂苷糖苷酶Ⅱ型、人參皂苷糖苷酶Ⅲ型、人參皂苷糖苷酶Ⅳ型。酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ水解人參二醇類皂苷，而酶Ⅱ型-2和酶Ⅳ則選擇人參三醇類皂苷，水解人參三醇類皂苷第20碳或者第6碳上糖基。
上述人參皂苷糖苷酶的性質(zhì)，可歸納為表1。
表 1 人參皂苷糖苷酶性質(zhì)[7~10]
Table 1 The Nature of Ginsenoside glycosidase
酶種類 酶的來源 相對分子質(zhì)量/*104 對皂苷水解糖苷鍵位置 水解的糖苷鍵
人參皂苷糖苷酶 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
人參皂苷糖苷酶Ⅱ型
人參皂苷糖苷酶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
人參皂苷糖苷酶Ⅲ型 微生物 3.4 C3 苷元與糖鏈之鍵
人參皂苷糖苷酶Ⅳ型 微生物 5.3
7.8 C6 鼠李糖、葡萄糖基
注：PPD—人參二醇皂苷， PPT—人參三醇皂苷。
3、 本課題的主要研究內(nèi)容（提綱）和成果形式：
主要內(nèi)容：
1、對已有文獻(xiàn)進(jìn)行研究，挖掘并分析人參屬植物中有關(guān)皂苷生物合成相關(guān)的糖基轉(zhuǎn)移酶與糖苷酶，進(jìn)而了解關(guān)于人參皂苷的生物合成途徑。
2、找出絞股藍(lán)的轉(zhuǎn) ……（未完，全文共5930字，當(dāng)前僅顯示2082字，請閱讀下面提示信息。收藏《論文開題報告：稀有人參皂苷C-K生物合成關(guān)鍵酶信息學(xué)及合成生物學(xué)元件設(shè)計》）