果蔬在成熟過程中花青素的生物合成

果蔬在成熟過程中花青素的生物合成果蔬采收成熟度標(biāo)準(zhǔn)之一——果實外表色澤的變化許多果實在成熟時都顯示出它們特有的顏色，在生產(chǎn)實踐中果實的顏色成了判斷果實成熟度的重要標(biāo)志之一。未成熟的果實的果皮中有大量的葉綠素，隨著果實成熟度的增高，葉綠素逐漸分解，最重要的顯色物質(zhì)—花青素的顏色便呈現(xiàn)出來，此外還有少量胡蘿卜素所呈現(xiàn)的顏色。例蘋果、梨、葡萄、桃在成熟時呈現(xiàn)出黃色或紅色；柑橘呈現(xiàn)橙黃色；橙子一般為全紅或全黃；橘子允許稍帶綠色；板栗成熟標(biāo)準(zhǔn)是栗苞呈黃色，苞口開始開裂，堅果呈棕褐色。長途運輸?shù)姆褢?yīng)在由綠變白時采收，立即上市的應(yīng)在半紅果時采；甜椒一般在綠熟時采收；茄子在光亮有色澤時采收；黃瓜在深綠色、豌豆在亮綠色、甘藍(lán)在淡綠色、花椰菜在花球變白時采收?；ㄇ嗨睾喗樽匀唤缰械幕ㄉ刂饕腥箢惾?類黃酮類、類胡蘿卜素類和生物堿類。其中花青素〔anthocyanins〕屬于類黃酮類色素，是一類重要的水溶性植物次生代謝物質(zhì)，廣泛分布于植物的花朵、果實、根、莖和葉等營養(yǎng)器官的細(xì)胞質(zhì)中，主要以糖苷類化合物的形式積累在植物液泡中，是構(gòu)成植物花和果實顏色的主要色素之一，因此也稱作花色苷或花色素苷，經(jīng)統(tǒng)計,27個科73個屬植物中含有花青素?；ㄇ嗨貙τ谥参锞哂卸喾N生理功能，不僅可以使花朵和果實呈現(xiàn)鮮艷的顏色而具有欣賞價值，也有利于吸引昆蟲和食草動物協(xié)助傳粉和種子傳播，還有助于提高抗逆性，如抵御低溫和紫外線傷害，以及防治植物病害等。此外，花青素是一種平安的天然食用色素，同時是一類強(qiáng)效的自由基去除劑，具有抗氧化衰老、抗突變、抵御低溫和紫外線傷害等多種生理功能，有預(yù)防和治療100多種疾病的作用。因此，花青素在花色改進(jìn)、食品、醫(yī)療保健品或輔助治療藥物開發(fā)利用和作物改進(jìn)等方面具有巨大潛力和重要的研究價值?；ㄇ嗨氐慕Y(jié)構(gòu)特性花青素的根本結(jié)構(gòu)是2-苯基苯并吡喃陽離子,即花青素核(圖1)?；ㄇ嗨睾私Y(jié)構(gòu)有雙鍵存在,能吸收可見光而呈一定的顏色。R1，R2=H，OH或OCH3圖1.花青素核的分子結(jié)構(gòu)花青素的生物合成途徑花青素是植物中廣泛存在的次生代謝產(chǎn)物,是通過兩條途徑合成的。B環(huán)和C3橋是由莽草酸途徑(shikimicacidpathway)合成的,A環(huán)是丙二酸途徑(malonicacidpathway)合成的(圖2)。分子中的一個芳香環(huán)及其C3側(cè)鏈來自苯丙氨酸,其它局部由乙酰-CoA經(jīng)聚酮酐途徑而產(chǎn)生,花青素在細(xì)胞質(zhì)合成后被轉(zhuǎn)移至液泡內(nèi)。圖2.花青素的生物合成〔簡〕植物花青素的生物合成代謝途徑是類黃酮物質(zhì)合成途徑的一個分支，是以苯丙氨酸為直接前體，由一系列結(jié)構(gòu)基因編碼的合成酶催化合成，是通過細(xì)胞色素單加氧酶P450固定在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的多酶復(fù)合體催化完成，大致可分為三個階段：3第一階段由苯丙氨酸到4-香豆酰CoA，受苯丙氨酸裂解酶(phenylalanineammonialyase，PAL)、肉桂酸羥化酶(cinnamate4-hydroxylase，C4H)和4-香豆酰CoA連接酶(4-coumarateCoAligase，4CL)活性調(diào)控，為許屢次生代謝所共有;3第二階段由4-香豆酰CoA和丙二酰CoA到二氫黃酮醇，受查爾酮合成酶(chalconesynthase，CHS)、查爾酮異構(gòu)酶(chalconeisomerase，CHI)、和黃烷酮3-羥化酶(fla-vanone3-hydroxylase，F(xiàn)3H)的活性調(diào)控，是類黃酮代謝的關(guān)鍵反響，經(jīng)不同酶催化可轉(zhuǎn)化為花青素及其它類黃酮物質(zhì);第三階段由二氫黃酮醇到各種花青素的合成，受二氫黃酮醇復(fù)原酶(dihydroflavonol4-reductase，DFR)、類黃酮3'-羥化酶(flavonoid3'-hydroxylase，F(xiàn)3'H)、類黃酮3'，5'-羥化酶(flavonoid3'，5'-hydroxylase，F(xiàn)3'5'H)、花青素合成酶(anthocya-nidinsynthase，ANS)和類黃酮3-葡糖基轉(zhuǎn)移酶(fla-vonoid3-O-glucosyltransferase，3GT)等活性調(diào)控?；ㄇ嗨厣锖铣蛇^程中的關(guān)鍵酶體系花青素生物合成途徑(圖3)中比擬關(guān)鍵的酶有苯丙氨酸解氨酶(phenylalanineammonialyase,PAL)、苯基苯乙烯酮合酶(chalconesynthase,CHS)、二氫黃酮醇復(fù)原酶(dihydroflavonol-4-reductase,DFR)、花色苷合成酶(anthocyanidinsynthase,ANS)和類黃酮-3-O糖基轉(zhuǎn)移酶(flavonoid-3-o-glycosyltransferase,3GT)等。苯丙氨酸解氨酶〔PAL〕催化苯丙氨酸脫氨形成肉桂酸(cinnamicacid)，是合成花青素也是合成其他多種化合物如類黃酮和木質(zhì)素的起始酶。PAL由多基因家族編碼，PAL基因的表達(dá)受自身發(fā)育和環(huán)境因素雙重調(diào)控。查耳酮合成酶〔CHS〕催化丙二酰CoA和4-香豆酰CoA反響生成查耳酮，為花青素和其他類黃酮提供根本骨架結(jié)構(gòu)。CHS的表達(dá)對光敏感，紫外光和藍(lán)光能夠促進(jìn)CHS表達(dá)，且有協(xié)同作用。查耳酮異構(gòu)酶〔CHI〕催化反響的一個最重要的特點是將黃色的查耳酮轉(zhuǎn)變成了無色的黃烷酮，植物體內(nèi)幾乎所有的類黃酮化合物都是從黃烷酮衍生而來的。CHI活性減弱或CHI基因表達(dá)降低會導(dǎo)致查耳酮及其衍生物不能被正常催化，類黃酮生物合成途徑無法繼續(xù)向下進(jìn)行。黃烷酮羥化酶〔F3H〕是位于類黃酮合成通路分支點處的關(guān)鍵酶，除催化黃烷酮外，還能催化圣草酚、柚皮素、羥基雙氫黃酮的羥基化，生成二氫黃酮醇。二氫黃酮醇是類黃酮3＇-羥化酶(F3′H)和類黃酮3′，5′-羥化酶〔F3′5′H〕的共同底物，決定花色苷B環(huán)的羥化模式,最終產(chǎn)生不同種類的花色苷,F3′5′H是合成藍(lán)色花色素的關(guān)鍵酶。二氫黃酮醇復(fù)原酶〔DFR〕是催化多種黃烷酮醇轉(zhuǎn)變成相應(yīng)無色花青素，包括白矢車菊素和白翠雀素?；ㄇ嗨睾铣擅浮睞NS〕是一種雙加氧酶，是位于花青素合成通路末端的關(guān)鍵酶，催化從無色花青素到有色花青素的轉(zhuǎn)變。類黃酮3，5-糖苷轉(zhuǎn)移酶〔U