食品營養(yǎng)與化學(xué)課程論文

1、專業(yè)文獻(xiàn)綜述題 目: 姓 名: 學(xué) 院: 專 業(yè): 班 級(jí): 學(xué) 號(hào): 指導(dǎo)教師: 職稱: 類胡蘿卜素的生物合成與代謝摘要：類胡蘿卜素是一種重要的生物活性物質(zhì)，普遍存在動(dòng)物、高等植物、真菌、藻類和細(xì)菌中，不同的類胡蘿卜素具有不同的生物學(xué)功能。食物中類胡蘿卜素的含量受到多種因素的影響，如食物的來源、發(fā)育時(shí)期、生長環(huán)境、加工方式等。類胡蘿卜素不僅是動(dòng)物體內(nèi)維生素A事物重要來源，還在預(yù)防疾病、提高機(jī)體免疫力、維持動(dòng)物正常生長與繁殖、顯色等方面發(fā)揮重要的作用。大量攝入含有類胡蘿卜素的食物可以減少癌癥、心血管疾病、神經(jīng)管缺陷和白內(nèi)障等疾病的發(fā)病率。近年來人們對(duì)其在生物體內(nèi)吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)、代謝機(jī)制進(jìn)行了大量研

2、究。本文介紹了類胡蘿卜素的來源、結(jié)構(gòu)性質(zhì)、生物合成、生物代謝等方面的內(nèi)容。關(guān)鍵詞：類胡蘿卜素；結(jié)構(gòu)；分布；生物合成；代謝The biosynthesis and biological metabolism of carotenoids.Abstract: The carotenoids is a important biological active substances, which exist in animals, plants, fungi, algae and bacteria.generally different kinds of carotenoids have differe

3、nt biological functions.Content of carotenoids in food is infected bu many factors, such as the source of food, growth period, growth environment and the way of processing.Carotenoids are not only important source of vitamin A in animal, they can also play an important role in the prevention of dise

4、ase, improve immunity, maintain normal growth and reproduction, color and other animals.Contains carotenoids food intake can reduce the incidence of diseases such as cancer, cardiovascular disease,neural tube defects and cataract.In recent years, people do a lot of work on the mechanism of absorptio

5、n, transport and metabolism in the organisms.This paper introduces the structure, properties ,sources , biosynthesis and biological metabolism of carotenoids.Key words: carotenoids;Structure;Distribution;Biosynthesis;metabolic1簡介類胡蘿卜是脂溶性的天然色素，普遍存在于動(dòng)物、高等植物、真菌、藻類和細(xì)菌中，可以呈現(xiàn)黃、橙、紅顏色。根據(jù)是否含氧可以分為無氧類胡蘿卜素和有氧類胡

6、蘿卜素兩大類，前者包括-胡蘿卜素、-胡蘿卜素和番茄紅素，后者主要有玉米黃質(zhì)、環(huán)氧玉米黃質(zhì)、紫黃質(zhì)、新黃質(zhì)、黃體素5,6-環(huán)氧葉黃素，兩種類胡蘿卜素在生物功能上有著很大的區(qū)別。蔬菜和水果是類胡蘿卜素的重要來源，人們攝入之后轉(zhuǎn)化成為維生素A對(duì)人們的身體健康起著重要的作用1。類胡蘿卜素還具有很強(qiáng)的抗氧化性，這可以有效減緩細(xì)胞的衰老，對(duì)于提高機(jī)體免疫力有著很重要的作用2-3。缺乏類胡蘿卜素會(huì)導(dǎo)致結(jié)膜和角膜像差表現(xiàn)為干眼病、夜盲癥、角膜軟化甚至致盲。流行病學(xué)研究表明，類胡蘿卜素可以降低多種癌癥、代謝綜合征、肥胖、白內(nèi)障以及黃斑變性等疾病的發(fā)病率4。番茄紅素具有很強(qiáng)的抗氧化性類，但是它并不能合成維生素A。

7、這種強(qiáng)力的抗氧化活性的番茄紅素通常是負(fù)責(zé)任的保護(hù)細(xì)胞系統(tǒng)免受各種活性氧(ROS)和活性氮物種(RNS)的損傷,也有助于預(yù)防在人類心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)5。本文介紹了近年來在類胡蘿卜素的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、生物合成以及代謝方面的相關(guān)研究成果。2類胡蘿卜素的結(jié)構(gòu)類胡蘿卜素屬于異戊二烯類化合物，一般是由2分子的雙香葉基雙磷酸尾尾連接構(gòu)成，其基本結(jié)構(gòu)骨架是由40個(gè)碳原子組成，含有很多的共扼雙鍵，故吸光性很強(qiáng)，在400500nm范圍內(nèi)呈現(xiàn)出紅、橙、黃色且有較強(qiáng)吸收。類胡蘿卜素是由八類異戊二烯單位通過特定的結(jié)合方式連接在一起的結(jié)構(gòu)。由于共軛雙鍵的存在，類胡蘿卜素容易發(fā)生順反異構(gòu)，生成大量幾何異構(gòu)體。因?yàn)橐话沩樖疆悩?gòu)體中順

8、式雙鍵附近的氫原子之間或氫原子與甲基之間的空間位阻較大，因此類胡蘿卜素分子主要還是以全反式異構(gòu)體的形式存在6。影響類胡蘿卜素幾何異構(gòu)化反應(yīng)的因素有很多，其中光照(一般加碘催化)下極易生成多種異構(gòu)體，但機(jī)制較復(fù)雜，研究者對(duì)溶液等均相體系研究更多。類胡蘿卜素在植物中可以以游離態(tài)和與脂肪酸酯化態(tài)存在，不過，酯化并不會(huì)改變發(fā)色團(tuán)的屬性，而會(huì)通過化學(xué)和生物屬性來改變它所存在的環(huán)境，這些屬性同樣與類胡蘿卜素所結(jié)合的脂肪酸有關(guān)，酯化后的類胡蘿卜素便于存儲(chǔ)、脂質(zhì)親和性更高。這是因?yàn)轷セ罂梢员Ｗo(hù)甘油三酯、不飽和脂質(zhì)和其他光敏感化合物。近年來有好多研究類胡蘿卜素的結(jié)構(gòu)性質(zhì)、強(qiáng)化和營養(yǎng)功能。一般來說，類胡蘿卜素的

9、性質(zhì)與功能是由共軛雙鍵的數(shù)目和位置結(jié)構(gòu)決定的。共軛多烯的發(fā)色團(tuán)決定了類胡蘿卜素對(duì)光的吸收和反射，也就是說當(dāng)光照耀在這些發(fā)色團(tuán)的時(shí)候，它會(huì)吸收某些波長的光而反射其他波長的光，這樣就形成了顏色。傳統(tǒng)上，類胡蘿卜素通常由他們的起始發(fā)現(xiàn)者根據(jù)他們的來源進(jìn)行命名，如胡蘿卜素、玉米黃質(zhì)、葉黃素等，這些名字不能真實(shí)的反應(yīng)它們的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。所以，已經(jīng)有人提出了系統(tǒng)命名法，通過系統(tǒng)命名法命名可以描述它們的結(jié)構(gòu)。例如胡蘿卜素被命名為-carotene，-carotene被命名為,-carotene7。3類胡蘿卜素的分布在植物中，類胡蘿卜素主要存在于植物葉綠體以及許多花和果實(shí)的有色體中，其在植物光合作用中發(fā)揮兩個(gè)重

10、要功能，即參與光吸收和防止前體細(xì)胞發(fā)生光氧化。同時(shí)，類胡蘿卜素也是植物對(duì)外界刺激響應(yīng)的信號(hào)分子前體物質(zhì)，因此，在植物中類胡蘿卜素具有促進(jìn)光形態(tài)發(fā)生、參與非光化學(xué)抑制反應(yīng)、脂質(zhì)過氧化反應(yīng)及吸引傳粉昆蟲等作用。在動(dòng)物細(xì)胞中，類胡蘿卜素物質(zhì)也起著重要的作用，但但絕大多數(shù)動(dòng)物自身不能合成類胡蘿卜素，只能從日常飲食中攝取，只有極少數(shù)的動(dòng)物自身能和成，如蚜蟲和六點(diǎn)黃蜘蛛8。類胡蘿卜素物質(zhì)具有抗氧化活性，可以保護(hù)人類遠(yuǎn)離一系列的慢性病，是健康飲食中必須的重要成分,水果和蔬菜是人體內(nèi)類胡蘿卜素的主要來源9。所以本文接下來會(huì)對(duì)水果和蔬菜中類胡蘿卜素的分布進(jìn)行重點(diǎn)闡述。水果和蔬菜中類胡蘿卜素的種類和可用性可以根據(jù)

11、它們的顏色進(jìn)行預(yù)測，黃橙色的水果和蔬菜通常富含胡蘿卜素和胡蘿卜素，橙色水果和蔬菜主要含有玉米黃質(zhì)，鮮紅色水果和蔬菜（西紅柿和番茄）中含有大量的番茄紅素，綠色蔬菜中含有葉黃素(近45%)、胡蘿卜素(25-30%)、紫黃素(10-15%),新葉黃素（10-15%)10。不同的水果和蔬菜中類胡蘿卜素的絕對(duì)含量不同，但是在大部分水果和蔬菜中胡蘿卜素通常占據(jù)主要地位。胡蘿卜素只有在數(shù)量有限的水果和蔬菜中占據(jù)主要地位，如紅薯、胡蘿卜、南瓜、深綠色蔬菜、綠豆、菠菜和西蘭花11。對(duì)蔬菜和水果的不同品種和不同食用部分類胡蘿卜素分布的研究可以幫助我們?cè)谌粘ｏ嬍持羞x擇合適的食物來保證類胡蘿卜素的攝入量。近年來人們對(duì)

12、許多以前未注意的水果和蔬菜內(nèi)的類胡蘿卜素含量進(jìn)行了鑒定，如辣木、秈稻、水芹菜12。在印度尼西亞，胡蘿卜素含量最高的是翼籽辣木的葉子中(14毫克/100克)13。在對(duì)泰國的一些蔬菜中進(jìn)行調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，胡蘿卜素和葉黃素含量最高的是秈稻和水芹菜14。在植物中，番紅花的花柱和油菜花的種子是脫輔基類胡蘿卜素的重要來源，但是在柑橘和紅辣椒中也分離出了脫輔基類胡蘿卜素。研究發(fā)現(xiàn)，柑橘中的類胡蘿卜素主要包括胡蘿卜素、黃金素、胡蘿卜素、葉黃質(zhì)、黃體黃質(zhì)、番茄紅素15。辣椒葉片中主要含有葉黃素、玉米黃素和胡蘿卜素。4類胡蘿卜含量的影響因素植物中類胡蘿卜素的種類與含量與多種因素有關(guān)，基因型、成熟時(shí)間、培養(yǎng)方法、氣候條

13、件都會(huì)對(duì)累胡蘿卜素的含量產(chǎn)生影響。即使是同一植物的不同部分，氣類胡蘿卜素含量也是不同的，通常來說水果的皮比果肉包含更多的類胡蘿卜素。包裝和加工方式會(huì)極大的影響加工后食品中累胡蘿卜素的含量16。熱干燥、高壓、脈沖磁場等加工方式都會(huì)加劇食品中類胡蘿卜素的降解，對(duì)于大多數(shù)蔬菜來說，加熱會(huì)導(dǎo)致10%-20%的類胡蘿卜素降解，干燥時(shí)與空氣接觸的面積越大，這個(gè)損失越多，因此普遍認(rèn)為低溫、避光、隔絕空氣有助于水果和蔬菜中累胡蘿卜素的保存。此外，高溫處理還會(huì)導(dǎo)致異構(gòu)體的產(chǎn)生，會(huì)出現(xiàn)異構(gòu)化胡蘿卜素和葉黃素17。因此一般來說高溫加工后的食品里面有著更多的順反異構(gòu)體，這些順反異構(gòu)體不易轉(zhuǎn)化成維生素A，因此會(huì)造成事物

14、中維生素A的大量損失，而缺乏維生素A會(huì)導(dǎo)致兒童失明發(fā)病率的升高18。這種損失已經(jīng)在多種食物的研究中得到了證實(shí)，如豌豆、花椰菜、甘藍(lán)、菠菜、玉米等。相比來說基于熱加工的方式會(huì)比基于非熱方式加工導(dǎo)致更多的損失。目前，主要是發(fā)展中國家采用基于熱的加工方式，這是因?yàn)槠渌姆椒ㄐ枰叩某杀?，就比如低壓凍干法可以很好的保存植物中的營養(yǎng)物質(zhì)，但是這種方法成本比較高，并不適用與大規(guī)模的機(jī)械化加工方式。一些基于非熱加工的方式，如高壓、高電場脈沖、高壓二氧化碳,這些加工方式是今年來新興起的加工方式，這些加工方式能有效的保護(hù)食物中的活性成分。人們對(duì)十三個(gè)具有不同顏色的番茄品種研究后發(fā)現(xiàn)其中胡蘿卜素的含量從120.

15、50-278.00g/g不等19。對(duì)60種馬鈴薯品種分析后發(fā)現(xiàn)表皮比內(nèi)部的組織含有更高的類胡蘿卜素，皮中含量為28mg/kg,而內(nèi)部組織含量為9mg/kg20。對(duì)于玉米，人們甜玉米比蠟質(zhì)玉米含有更多的類胡蘿卜素21。這些都表明類胡蘿卜素的含量與植物的基因型有關(guān)，不同基因型的植物類胡蘿卜素的含量是不同的，基于此，我們可以通過雜交、轉(zhuǎn)基因等多種方式進(jìn)行育種來獲得胡蘿卜素含量高的品種。氣候條件、生長環(huán)境也會(huì)對(duì)類胡蘿卜素在植物中的含量產(chǎn)生影響。增加溫度會(huì)是番茄產(chǎn)生更多的類胡蘿卜素，增加的情況依生長階段的不同而不同22。Cândido,Silva和Agostini-Costa對(duì)生長在塞拉多和亞

16、馬遜的同一種水果中累胡蘿卜素的含量進(jìn)行了檢測與分析，和塞拉多相比，亞馬遜地區(qū)溫度和濕度都比較高而且具有茂密的森林植被。結(jié)果顯示亞馬遜地區(qū)水果中總類胡蘿卜素含量為52.86mg/100g，而塞拉多地區(qū)水果中總類胡蘿卜素含量為31.13mg/100g.這表明高溫和高日照可以促進(jìn)植物中累胡蘿卜素的形成來保護(hù)植物不被氧化23。5類胡蘿卜素的生物合成5.1合成途徑在高等植物中，類胡蘿卜素的合成主要是在質(zhì)體中完成。類胡蘿卜素生物合成的前提物質(zhì)是異戊二烯焦磷酸（IPP），IPP通過質(zhì)體中的2-C-甲基-D-赤蘚醇-4磷酸（MEP）途徑合成24。整個(gè)MEP途徑包含7個(gè)生物合成步驟：1脫氧D木酮糖5磷酸還原異構(gòu)

17、酶（DXS）是MEP途徑中第一個(gè)催化酶，也是關(guān)鍵限速酶，最先從擬南芥cla1-1突變體中分離得到。該突變體不能積累葉綠素和類胡蘿卜素表現(xiàn)出白化特征，說明DXS與類胡蘿卜素等萜類代謝密切相關(guān)。超量表達(dá)DXS2能有效促進(jìn)類胡蘿卜素和異戊二烯的積累，進(jìn)一步驗(yàn)證了DXS的功能。MEP途徑中的第二步由1脫氧D木酮糖5磷酸合成酶（DXR）催化完成。DXR特異性抑制劑可完全抑制番茄幼苗的發(fā)育，但不影響果實(shí)的成熟。2C甲基D赤蘚糖醇4磷酸胞苷酰轉(zhuǎn)移酶（MCT）、4（5'二磷酸胞苷）2C甲基D赤蘚糖醇激酶（CMK）、2C甲基D赤蘚糖醇2,4環(huán)二磷酸合成酶（MDS）和羥甲基丁烯基4磷酸合成酶（HDS）共同

18、催化MEP生成羥甲基丁烯基4磷酸（HMBPP）。羥甲基丁烯基4磷酸還原酶（HDR）是MEP途徑中最后一個(gè)酶，它能催化IPP和DMAPP的合成，而兩者能在異戊烯基二磷酸異構(gòu)酶（IDI）的作用下相互轉(zhuǎn)換。對(duì)擬南芥clb6突變體MEP途徑中所有基因轉(zhuǎn)錄和蛋白表達(dá)水平進(jìn)行分析比較，顯示MEP途徑中存在轉(zhuǎn)錄后的反饋調(diào)控機(jī)制。最后，在IPP異構(gòu)酶（IPI）和牻牛兒牻牛兒基焦磷酸合酶（GGPPS）的作用下，二甲基丙烯焦磷酸（DMAPP）與3分子IPP縮合成C20的牻牛兒牻牛兒基焦磷酸（GGPP）。在八氫番茄紅素合酶(phytoene synthase，PSY)催化下，兩個(gè)GGPP分子縮合生成類胡蘿卜素生物合

19、成途徑中的第一個(gè)化合物:無色的15-順式-八氫番茄紅素。在植物中，由八氫番茄紅素脫氫酶(phytoene desaturase,PDS)和-胡蘿卜素脫氫酶(-carotene esaturase，ZDS)催化4步脫氫反應(yīng)，PDS脫氫作用的產(chǎn)物9，15，9'-三順式-胡蘿卜素，在光和-胡蘿卜素異構(gòu)酶(-carotene isomerase,ZISO)作用下異構(gòu)形成黃色的9,9'-二順式-胡蘿卜素,在植物非綠色組織中,由類胡蘿卜素異構(gòu)酶(carotenoid isomersase CRTISO)催化作用下，生成全反式番茄紅素。全反式番茄紅素是一種紅色的類胡蘿卜素,主要存在于西瓜、番

20、茄等的果實(shí)中。番茄紅素分子式為C40 H56，為含有11個(gè)共軛雙鍵和2個(gè)非共軛雙鍵的多不飽和脂肪烴,是一種很重要的類胡蘿卜素，結(jié)晶是暗紅色26。番茄紅素環(huán)化是類胡蘿卜素代謝中的一個(gè)主要分支點(diǎn)，植物中存在兩種番茄紅素環(huán)化酶（LCYb和LCYe）。LCYb能對(duì)稱地催化番茄紅素的兩端各生成1個(gè)環(huán)。只有一端被環(huán)化時(shí)，生成胡蘿卜素，另一端進(jìn)一步被環(huán)化后則生成胡蘿卜素。大多情況下，LCYe僅能催化番茄紅素的一端生成環(huán)，即胡蘿卜素，另一端再由LCYb進(jìn)一步催化生成胡蘿卜素。氨基酸序列分析表明擬南芥中的LCYb和LCYe同源性為36%，可能有共同的起源。兩種環(huán)化酶的反應(yīng)均需要還原型FAD的參與。LCYe的表達(dá)

21、水平在一定程度上決定了和兩個(gè)分支之間類胡蘿卜素的比例。而在某些特殊突變體中，LCYe具有更強(qiáng)的催化番茄紅素生成環(huán)的活性。如Cunningham和Gantt在萵苣（Lactuca sativa var.romaine）中檢測到含有兩個(gè)黃素（Lactucaxanthin），證實(shí)其源于LCYe上的單氨基酸突變從而具備了催化形成兩個(gè)環(huán)的活性；而玉米lcyb突變體胚乳中產(chǎn)生了大量稀有的類胡蘿卜素，如胡蘿卜素和萵苣黃素等，均是番茄紅素的兩端環(huán)化產(chǎn)物，也是源于LCYe活性的增強(qiáng)。在分支中，類胡蘿卜素的合成及產(chǎn)物相對(duì)簡單。胡蘿卜素在胡蘿卜素羥化酶（BCH）和環(huán)羥化酶（ECH）的共同作用下合成葉黃素。BCH和E

22、CH分別屬于兩類不同的類胡蘿卜素羥化酶非血紅素鐵加氧酶類羥化酶和細(xì)胞色素P450加氧酶。擬南芥中有兩個(gè)BCH基因，其基因序列很相似，編碼的蛋白質(zhì)有近70%同源。柑橘中也有兩個(gè)BCH基因（GenBank AF296158和AF315289），它們只在開放閱讀框（ORF）中存在6個(gè)核苷酸的差異。對(duì)多種生物的研究表明，BCH的表達(dá)調(diào)控主要在轉(zhuǎn)錄水平上完成，該基因的表達(dá)可能受到光敏色素系統(tǒng)、ABA和可溶性糖含量的調(diào)控27。ECH以多基因形式存在，Tian等通過圖位克隆的方法從擬南芥lut1突變體中分離得到ECH序列。有意思的是，在2006年從擬南芥中分離得到了第4個(gè)羥化酶基因CYP97A3，它對(duì)胡蘿卜

23、素上的環(huán)具有較高的生物活性，而對(duì)胡蘿卜素上的環(huán)催化活性較低。由此推測，植物體內(nèi)生成葉黃素的最佳途徑是先由CYP97A3催化胡蘿卜素中的環(huán)，再由ECH催化環(huán)得到28。在分支中，類胡蘿卜素的合成與分解則較為復(fù)雜。胡蘿卜素經(jīng)過一次BCH羥基化反應(yīng)生成隱黃質(zhì)，隱黃質(zhì)再經(jīng)羥基化生成玉米黃質(zhì)。玉米黃質(zhì)環(huán)氧酶（ZEP）催化玉米黃質(zhì)轉(zhuǎn)化成花藥黃質(zhì)，進(jìn)而生成紫黃質(zhì)。目前已經(jīng)從煙草、擬南芥、番茄、辣椒和柑橘等多種作物中克隆得到ZEP基因。ZEP編碼的蛋白序列包含ADP和FAD的結(jié)合域，并需要FAD作為輔助因子。在強(qiáng)光下，紫黃質(zhì)可在堇菜黃質(zhì)脫環(huán)氧酶（VDE）作用下重新生成玉米黃質(zhì)，這種可逆反應(yīng)能對(duì)植物起到良好的光保

24、護(hù)作用，并被稱為葉黃素循環(huán)（Xanthophyll cycle）。紫黃質(zhì)在新黃質(zhì)合成酶（NSY）的催化作用下生成新黃質(zhì)，它被認(rèn)為是ABA的合成前體，也是支路上的最后一個(gè)產(chǎn)物。NSY與LCYb的基因序列有很高的同源性，隨后在番茄nsy突變體中發(fā)現(xiàn)，該基因可影響番茄紅素向胡蘿卜素的轉(zhuǎn)變，表明NSY和LCYb可能是同工酶。在一些藻類和植物中，還存在一些獨(dú)特的類胡蘿卜素合成路線。一些高等植物，比如夏側(cè)金盞花,單細(xì)胞綠藻，在-胡蘿卜素酮化酶催化下玉米黃質(zhì)發(fā)生氧化而產(chǎn)生蝦青素，然而有研究表明這個(gè)方式對(duì)動(dòng)物有毒性29。特別的是，在紅辣椒生成負(fù)責(zé)亮紅色的辣椒紅、辣椒玉紅素的時(shí)候，在雙功能催化酶辣椒紅辣椒玉紅素

25、合成酶催化下環(huán)氧玉米黃質(zhì)和黃質(zhì)生成辣椒紅和辣椒玉紅素。通過上述途徑合成類胡蘿卜素后，類胡蘿卜素在專門的葉綠體、葉綠體色素母細(xì)胞或白色體積累，這些類胡蘿卜素積累的組織是在花和水果成熟過程中分化出來的。在葉綠素母細(xì)胞中最常見的類胡蘿卜素是葉黃素，酯化會(huì)促進(jìn)葉黃素的積累，最近的研究表面在番茄花中葉黃素是以游離態(tài)和酯化態(tài)的混合形式存在的。在黃色花瓣中超過85%的葉黃素是酯化態(tài)，由新葉黃素和黃質(zhì)和豆蔻酸或棕櫚酸酯化形成30。酯化促進(jìn)了葉黃素的合成同時(shí)抑制了其分解。除了生物合成，葉綠體中的酶促降解也會(huì)影響類胡蘿卜素的含量。類胡蘿卜素裂解雙加氧酶在類胡蘿卜素分解過程發(fā)揮著重要作用，以此來控制類胡蘿卜素的含量

26、31。在馬鈴薯中，這種類胡蘿卜素裂解酶會(huì)導(dǎo)致黃質(zhì)和葉黃素的含量上升32。在蕓苔屬植物植物中，類胡蘿卜素裂解酶會(huì)使花從白色變?yōu)辄S色33。在植物中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了多種類胡蘿卜素裂解酶，這些酶催化多種生物反應(yīng)，生成獨(dú)角金內(nèi)酯、脫落酸等多種物質(zhì)。這些化合物可以發(fā)揮吸引傳粉者、威懾食草動(dòng)物和防御病原體等作用34。5.2類胡蘿卜素的合成調(diào)控類胡蘿卜素的合成受到轉(zhuǎn)錄前后多種多種因素的影響35。光信號(hào)是調(diào)節(jié)類胡蘿卜素含量的一個(gè)重要信號(hào)，在類胡蘿卜素合成過程中的許多基因是由光觸發(fā)來進(jìn)行調(diào)節(jié)的。種子萌發(fā)的時(shí)候，白質(zhì)體中的類胡蘿卜素調(diào)節(jié)綠苗和將要出土的嫩苗感知光并進(jìn)行生化反應(yīng)，這種由光調(diào)節(jié)的反應(yīng)會(huì)影響植物中類胡蘿卜素的

27、積累36。鹽脅迫會(huì)促使在植物的根中產(chǎn)生大量類胡蘿卜素，繼而在根部產(chǎn)生特別的脫落酸37。八氫番茄紅素合成酶（PSY）是類胡蘿卜素合成過程中最基本的限速酶，八氫番茄紅素合成酶（PSY）受多種因素的嚴(yán)格調(diào)控38。PSY啟動(dòng)子上存在ATCTA順式作用元件，該元件被認(rèn)為是光照調(diào)控PSY表達(dá)的重要元件。目前眾多研究發(fā)現(xiàn)，晝夜節(jié)律能影響PSY和MEP途徑基因的表達(dá)，它們的活性受光敏色素調(diào)控。通過超量表達(dá)PSY，也能成功地在一些的原本少量積累類胡蘿卜素的組織或器官中實(shí)現(xiàn)類胡蘿卜素的富集，比如馬鈴薯塊莖、油菜種子和玉米胚乳等。CrtB編碼微生物中PSY基因，功能與植物中的PSY類似，由于其活性高，被廣泛用于植物

28、類胡蘿卜素代謝調(diào)控中39。番茄果實(shí)在成熟時(shí)，葉綠素轉(zhuǎn)化成類胡蘿卜素，番茄紅素積累使果實(shí)從綠色變?yōu)榧t色。在這個(gè)過程中一些基因和植物激素發(fā)揮了重要作用40。在番茄成熟果實(shí)中，超量表達(dá)柑橘的番茄紅素環(huán)化酶基因LCYb促進(jìn)了番茄紅素更有效地向胡蘿卜素轉(zhuǎn)化41。胡蘿卜素羥化酶基因BCH對(duì)強(qiáng)光敏感，它的表達(dá)受強(qiáng)光誘導(dǎo)，而紫黃質(zhì)脫氧環(huán)氧酶基因VDE則表現(xiàn)相反。超量表達(dá)BCH能改變組織中類胡蘿卜素的構(gòu)成，增加含氧類胡蘿卜素的含量，提高植物抗強(qiáng)光的能力。而在強(qiáng)光或黑暗條件下，葉黃素循環(huán)能有效地防止光抑制.利用RNAi特異性抑制番茄果實(shí)中9順式環(huán)氧類胡蘿卜素雙加氧酶基因NCED的表達(dá)，可以提高成熟果實(shí)中番茄紅素和

29、胡蘿卜素的含量，降低ABA的含量42。最新研究表明，轉(zhuǎn)錄因子PIF5能正向調(diào)控MEP途徑，在過量表達(dá)的細(xì)胞中葉綠素和類胡蘿卜素的含量都有所增加。進(jìn)一步的分析表明，一些類胡蘿卜素生物合成也隨之上調(diào)，可能是IPP的合成增強(qiáng)引起的43。原核表達(dá)試驗(yàn)證明，SlSGR1能顯著抑制番茄紅素的合成。此外，在SlSGR1沉默的轉(zhuǎn)基因番茄中，SlSGR1通過與SlPSY1的蛋白互作反饋調(diào)節(jié)SlPSY1基因的表達(dá)，影響果實(shí)成熟早期質(zhì)體的轉(zhuǎn)換，顯著提高轉(zhuǎn)基因果實(shí)中番茄紅素和胡蘿卜素含量達(dá)4倍和9倍44。果實(shí)成熟是一個(gè)復(fù)雜的過程，伴隨著顏色、質(zhì)地、香氣和風(fēng)味的顯著變化，因此，一部分與果實(shí)成熟相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子也會(huì)影響果實(shí)

30、中類胡蘿卜素的積累。近些年陸續(xù)有關(guān)于類胡蘿卜素合成路徑中新基因的調(diào)控、表觀遺傳調(diào)控和質(zhì)體發(fā)育調(diào)控等的報(bào)道。擬南芥中SP1編碼的環(huán)狀E3泛素連接酶能夠?qū)θ~綠體外膜上的易位子（TOC）進(jìn)行泛素化，以促進(jìn)其被泛素蛋白酶體系所降解。質(zhì)體的發(fā)育需要通過TOC從細(xì)胞質(zhì)中輸入核編碼蛋白質(zhì)，因此SP1介導(dǎo)的TOC泛素化可能對(duì)質(zhì)體的發(fā)育具有重要的意義45。6類胡蘿卜素的代謝 6.1動(dòng)物體內(nèi)類胡蘿卜素的代謝 6.1.1吸收類胡蘿卜素在高濃度下類胡蘿卜素的吸收是被動(dòng)擴(kuò)散，而在正常情況下類胡蘿卜素的吸收大多是以蛋白質(zhì)為媒介吸收。這些蛋白質(zhì)一般是脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，特別是膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。 .1 Scavenger Recep

31、tor Class B Type I(SR-B1)Scavenger Receptor家族是一類多配體，多功能的受體，包括A類，B類，蛋白樣和內(nèi)皮素受體等。SR-B1是第一種被發(fā)現(xiàn)參與類胡蘿卜素吸收的脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，在很多組織中都有發(fā)現(xiàn)，包括肝臟、睪丸、卵巢、巨噬細(xì)胞及從十二指腸到結(jié)腸的腸上皮細(xì)胞刷狀緣膜。SR-BI負(fù)責(zé)吸收的脂質(zhì)分子范圍較廣，包括膽固醇、葉黃素、維生素E、番茄紅素及維生素D等46。 Cluster Determinant 36(CD36)Fatty Acid Translocase（FAT脂肪酸移位酶）是另一種參與類胡蘿卜素吸收的清道夫受體，在人體中也被稱為CD36。它能夠識(shí)別

32、多種脂質(zhì)配體，包括脂肪酸、氧化的低密度脂蛋白、凋亡細(xì)胞和-胡蘿卜素等，主要在上皮細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、血小板和巨噬細(xì)胞中表達(dá)，在十二指腸和空腸中也有表達(dá)。在Caco-2和Human embryonic kidney(HEK)細(xì)胞的試驗(yàn)中表明CD36參與了維生素A原的細(xì)胞吸收47。此外在家蠶(Bombyx mori)中也發(fā)現(xiàn)CD36基因家族的趨異性決定了家蠶性腺組織對(duì)類胡蘿卜素的選擇性吸收，而且CD36同源蛋白可以區(qū)別類胡蘿卜素的種類48。 Niemann-Pick-C1-Like-1(NPC1L1)NPC1L1是一分子量為135 kDa，廣泛分布在于人體組織中的蛋白質(zhì)，尤其是在肝臟和腸細(xì)胞質(zhì)膜內(nèi)。在

33、動(dòng)物體或細(xì)胞內(nèi)現(xiàn)已證明NPC1L1參與了-生育酚和-三烯生育酚的吸收。還可以調(diào)節(jié)葉黃素的吸收49。 ATP-Binding Cassette Transporter（ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白）家族ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白是動(dòng)物體內(nèi)完整的膜蛋白中最大的家族之一50，通過細(xì)胞的外膜及內(nèi)膜能夠轉(zhuǎn)運(yùn)各種各樣的底物，其中包括藥物、脂類、膽汁鹽、氨基酸、多肽、蛋白質(zhì)及大量的疏水性化合物和代謝物。 6.1.2裂解參與類胡蘿卜素裂解的酶主要是兩種不同的類胡蘿卜素加氧酶：Carotene-15,15-oxygenase(BCMO1)和Carotene-9,10-oxygenase(BCDO2)。BCMO1在多種動(dòng)物中都得到了驗(yàn)證，

34、如果蠅、家鼠、人和斑馬魚等。BCMO1在人體內(nèi)分布廣泛，存在于人體的胃粘膜和腺細(xì)胞、小腸、結(jié)腸、肝薄壁組織細(xì)胞、胰腺的外分泌腺細(xì)胞、前列腺腺上皮細(xì)胞、子宮內(nèi)膜、乳腺組織、腎小管和皮膚扁平上皮的角質(zhì)細(xì)胞中。BCMO1對(duì)底物有較高的特異性，只能催化維生素A前體的類胡蘿卜素。在腸道粘膜中，-胡蘿卜素可以通過BCMO1的裂解作用轉(zhuǎn)化成視黃醛，然后視黃醛在視黃醛還原酶的作用下還原成視黃醇。與BCMO1是一種胞內(nèi)酶不同的是，BCDO2是一種線粒體酶51，并且有廣泛的底物特異性，催化的底物包括-胡蘿卜素和葉黃素類，如葉黃素等 6.2植物體內(nèi)類胡蘿卜素的代謝 6.2.1酶降解 BCH途徑在BCH的作用下高等植

35、物中的-胡蘿卜素經(jīng)2次羥化反應(yīng)生成-隱黃ZH質(zhì)，-隱黃質(zhì)再轉(zhuǎn)化為玉米黃質(zhì)，然后玉米黃質(zhì)在玉米黃質(zhì)環(huán)氧化酶(ZEB)的催化下經(jīng)2次環(huán)氧化反應(yīng)依次轉(zhuǎn)化成環(huán)氧玉米黃素和全反式紫黃質(zhì)。全反式紫黃質(zhì)也可以轉(zhuǎn)化成全反式新黃質(zhì)與9-順式紫黃質(zhì)。全反式新黃質(zhì)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成9-順式新黃質(zhì)，與此同時(shí)在9-順式-環(huán)氧類胡蘿卜素雙氧合酶（NCED)的催化作用下9-順式-紫黃質(zhì)和9-順式新黃質(zhì)裂解形成C15的黃質(zhì)醛和1個(gè)C25的副產(chǎn)物，在ABA醛氧酶（AAO)的作用下黃質(zhì)醛被氧化成脫落酸。 雙加氧酶裂解途徑（CCD途徑）CCDs為非血紅素加氧酶，其催化活性需Fe2+作輔因子，并含有與鐵結(jié)合的4個(gè)組氨酸，而且在其羧基端包含

36、一個(gè)保守的多肽序列。CCDs包括9個(gè)雙加氧酶異構(gòu)體。作為主要的類胡蘿卜素裂解酶，CCDs裂解類胡蘿卜素形成的產(chǎn)物在植物生長發(fā)育中具有多種重要作用。 脂氧合酶降解植物的脂氧合酶(Lox)是一種含有非血紅素鐵的加雙氧酶,它催化含有順，順-1,4-戊二烯結(jié)構(gòu)的不飽和脂肪酸的加氧反應(yīng),生成不飽和脂肪酸的氫過氧化物。脂質(zhì)過氧化作用是指在生物膜的不飽和脂肪酸中發(fā)生的一系列自由基反應(yīng)。根據(jù)過氧化途徑，脂質(zhì)過氧化作用可分為酶促脂質(zhì)過氧化作用和非酶促脂質(zhì)過氧化作用52。 6.2.2高等植物類胡蘿卜素的非酶促降解 直接化學(xué)氧化降解類胡蘿卜素與氧氣在常溫下接觸可發(fā)生氧化反應(yīng)，如在硝酸銀催化下，葉黃素經(jīng)空氣氧化能降解

37、成氧化異佛爾酮、環(huán)氧紫羅蘭酮、二氫獼猴桃內(nèi)酯和茶香螺酮等一系列醇酮類香味物質(zhì)。 光氧化降解光對(duì)類胡蘿卜素的作用效應(yīng)主要有形成順式雙鍵和加速類胡蘿卜素鏈的氧化。當(dāng)細(xì)胞膜和組織暴露于強(qiáng)光尤其是紫外光下時(shí)，會(huì)產(chǎn)生單線態(tài)氧、自由基等氧化劑，從而引起光氧化損傷。 熱氧化降解類胡蘿卜素的熱氧化降解包括溫和條件下的熱氧化降解(0100)和劇烈條件下的高溫?zé)崃呀?300800)。7結(jié)語本文介紹了類胡蘿卜素的結(jié)構(gòu)性質(zhì)、分布、生物合成和生物代謝方面的內(nèi)容。類胡蘿卜素作為維生素A原，除了能滿足機(jī)體的維生素A需求、預(yù)防維生素A缺乏癥外，還在對(duì)維護(hù)人類健康、預(yù)防疾病、提高機(jī)體免疫力、維持畜禽正常生長與繁殖以及著色等方面

38、發(fā)揮著重要的作用。正是因?yàn)槠渲匾?，所以?duì)類胡蘿卜素的研究還需不斷的深入，以應(yīng)對(duì)出現(xiàn)的各種問題。參考文獻(xiàn)：1Haskell, M. J. Provitamin A carotenoids as a dietary source of vitamin A. Carotenoids and human health,Humana Press ,In S. A.Tanumihardjo (Ed.),2013(pp. 249260). 2Skibsted, L. H. Carotenoids in antioxidant networks colorants or radical scavengers

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