油橄榄生长成熟过程中的生理生化及分子变化.docx
- 文档编号:16883832
- 上传时间:2023-07-19
- 格式:DOCX
- 页数:21
- 大小:814.13KB
油橄榄生长成熟过程中的生理生化及分子变化.docx
《油橄榄生长成熟过程中的生理生化及分子变化.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《油橄榄生长成熟过程中的生理生化及分子变化.docx(21页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
油橄榄生长成熟过程中的生理生化及分子变化
油橄榄生长成熟过程中的生理生化及分子变化
摘要:
油橄榄(Oleaeuropaea)属于木犀科橄榄属的亚热带抗旱、耐盐的常绿乔木,为著名的木本食用油料植物,是世界著名的四大木本食用油料经济树种之一,原产于小亚细亚,目前已有4000多年的栽培历史,现主要分布于地中海国家。
橄榄油是油橄榄鲜果在低温下通过机械压榨获得的天然植物油,由于其不饱和脂肪酸含量高、酚类及一些挥发性物质丰富,具有阻止人体自由基的形成、增强人体免疫功能、预防癌症和心血管疾病等功效,并赋予了橄榄油稳定的抗氧化性、独特的色泽和香味,使得橄榄油在世界上非常受欢迎,对其的需求日益加大;油橄榄叶片光合作用固定CO2的产物是多元醇和寡糖,这些糖类物质从叶片运到果实中,以满足细胞的代需求,并且作为脂类合成的前体。
而且,发育中的油橄榄含有固定CO2的活性叶绿体,对果实的碳经济有着很大贡献。
食用油橄榄和橄榄油的品质受到橄榄果成熟阶段的影响,橄榄果的成熟是一个生理和生化变化结合的过程,该过程既受到严格的基因控制,又受到若干环境条件和培养条件的影响。
关键词:
橄榄油;酚;挥发性物质;脂类合成;糖运输
1引言
油橄榄是地中海地区的标志性物种,是该地区最重要的和传播最为广泛的树种之一。
在其原产地,野生的油橄榄早在公元前8000年左右被新石器时代的人们所收集,但是第一批家养的油橄榄确信是出现在大约公元前1500-3000年的克里特文明时期的克里特岛,从这时期开始,橄榄油不仅出口到希腊主岛,还出口到北非和小亚细亚,橄榄树种植和橄榄油产品在该地区受到特殊的欢迎并且在地区的经济发展中发挥着重要的角色。
随后油橄榄栽培传播到罗马,伴随着罗马帝国疆域的扩增,油橄榄的种植传播到整个罗马帝国,现今,油橄榄是世界上种植围最广的果木农作物之一。
油橄榄的种植面积在过去的44年里扩增了3倍,从260万公顷增加到860万公顷,随之而来的是世界食用油橄榄达到了1,700万吨。
据统计,全世界围种植超过75,000万棵油橄榄,其中95%位于地中海地区,全球大约73%的油橄榄产品来自欧盟国家,欧洲国家的这类产品中,97%来自西班牙、意大利和希腊,仅西班牙一家就生产了全球40%以上的橄榄油产品。
油橄榄在葡萄牙也有广泛的种植,主要分布于中部和南部地区,种植面积达到了430,000公顷。
油橄榄代表着一种十分重要的经济和环境物种,据统计,葡萄牙每年生产280,000吨食用油橄榄和40,000吨橄榄油类产品,这使得葡萄牙成为世界第八大主要的油橄榄产品供应国[1~3]。
油橄榄是木犀科成员,木犀科共有25个属600个物种,除了南极地区以外,从北方的温带地区到南方的亚热带地区、从低地势地区到高地势地区,木犀科植物几乎遍布所有的。
木犀科在若干个形态学上的共源性状的主要部分上是单源的,并且它易受到限制。
木犀科成员包括乔木、灌木和木质的攀缘植物,后者不含托叶,叶片是对生的单叶或复叶。
它们的花是下位的、四出的,一般含有2个雄蕊,但有些物种也有4个雄蕊,其花冠是辐射对称的并且通常是合瓣的。
在公认的木犀科植物之间,它们系统发育的关系已经被两个叶绿体的非编码基因rps16的外显子和trnL-F的DNA序列的支序分析评估过[4]。
油橄榄类产品大部分是橄榄油,然而橄榄油的很大部分被加工成不同种类的产品以供人类直接消费。
从橄榄果中压榨而来的纯粹的橄榄油是闻名世界的“地中海饮食”的主要成分,这已经引起营养学的注意。
实际上,随着橄榄油能预防心血管疾病和癌症的功能广为人知后,全球围的橄榄油消费在过去30年增加了6倍[5]。
营养均衡的脂肪酸和一些微量成分的存在,尤其是那些产生芳香味的挥发性物质,使得橄榄油与其他油类比起来显得独一无二。
橄榄果的成分决定了初榨橄榄油的成分,它们受到栽培条件、收获的橄榄果的成熟阶段以及生长的环境条件如生物和非生物胁迫影响的,一般来讲,生产橄榄油的最适橄榄果含有98%的酰基油脂和2%的不能皂化的挥发物质、酚类、酯类、萜类、色素和维生素E。
单一不饱和脂肪酸是橄榄油的主要成分,据统计达到总油脂的80%,其他的主要成分还有多不饱和脂肪酸(2.5-20%)和饱和的脂肪酸类(10-20%)[6~8]。
橄榄油特殊的脂肪酸成分使其对人类的健康大有裨益,这也引起了人们的极大关注。
流行病学研究表明,人类饮食中含有高比例的不饱和脂肪酸能够降低患心血管疾病的风险,证据表明橄榄油就有预防心血管疾病的功能[9]。
高比例的不饱和脂肪酸还能降低血液中低密度脂蛋白胆固醇(LDL),而增加高密度脂蛋白胆固醇(HDL)的功能,这种功能非常重要,因为HDL颗粒从动脉中把胆固醇运送到肝脏。
然而LDL颗粒的功能却是与HDL颗粒相反的,这会引起动脉硬化,而增加人们患心血管疾病的风险。
另外,橄榄油中的一些少量的酚类物质和α-亚麻酸(ω-3脂肪酸)(﹤1.5%)具有降低患心脏病的风险、降血压和保护动脉中的血小板的作用。
由于地中海地区的人们在饮食量摄入植物性食物和橄榄油,他们患癌症的比例远低于其他欧洲人和美国人,而一些病例对照研究表明地中海地区常食橄榄油的女人罹患乳腺癌的风险很低。
尽管人们还不是非常清楚究竟是橄榄油中的什么成分引起如此的医学效应,但是有研究表明,不饱和脂肪酸确确实实起到了部分的作用。
实际上,动物饮食研究表明橄榄油预防乳腺癌的多种保护功能是与不饱和脂肪酸成分相关的;不饱和脂肪酸能够阻止人类表皮生长因子2(HER2)基因的超表达,HER2是在癌症发生、发展的过程中起到关键作用的很有特色的原癌基因,是化疗和激素治疗的响应位点,在乳腺癌的发生中起到了20%的作用[10,11]。
最近,人们生产出一种与橄榄油的脂肪酸组成相似的油籽油,使得这种植物油有了多方位与橄榄油竞争的可能,然而尽管价格昂贵,橄榄油吸引消费者的真正原因是其中的某些特殊成分对人体有很大的益处。
橄榄油是仅有的几种依靠压榨提取、而不是溶解萃取的食用油。
因此,生产食用橄榄油是在温和的环境下进行的,而不是采用高温、有机溶剂提取油质和高温蒸发去除杂质的,这种生产方法有巨大的好处,因为它在一定程度上保持了一些微量水溶性成分的完整性,这些微量组分包括酚类、维生素E和一些挥发性成分,它们赋予橄榄油特殊的感官性能、维持油的稳定性,使得橄榄油与其他油类比起来独一无二[12]。
初榨橄榄油中的脂肪酸和酚类、维生素E的抗氧化活性维持了油的稳定性,在储存或是煮食过程中、尤其是在微量铁元素存在下,橄榄油主要降低的功能是油脂的抗氧化性,因为活性氧自由基会攻击不饱和脂肪酸的双键,最初产物是脂类过氧化物。
多不饱和脂肪酸对这种攻击更加敏感,所以富含单不饱和脂肪酸的橄榄油比大豆油和玉米油受到这种攻击的影响要小得多,而且,其中的酚类和维生素E形成了一套有效的清除氧自由基的系统已降低脂类过氧化物。
因此,橄榄油的价值不仅在于其高含量的单不饱和脂肪酸和低含量的多不饱和脂肪酸,还在于其天然的抗氧化系统。
橄榄果和橄榄油中的酚类物质不仅有其固有的生物学特性,还赋予了油橄榄类产品独特的颜色和气味;它们对人类的健康很有益处,如被证明了的阻止癌症和心血管疾病的发生[13]。
考虑到橄榄果的重要特性和橄榄油的独特之处,弄清楚油橄榄中脂肪酸和其他活性微量成分的生物合成途径是很有意义的。
橄榄油的质量很大部分取决于收获的橄榄果的品质,收获时间对橄榄油的产量、质量、品味和稳定性都有极其深厚的影响,然而由于缺少必清晰的依据,确定最佳的收获时间是很困难的。
本文总结和解释了橄榄果生长过程中糖类运输、代变化及其产生的生化生理变化;本着这样的目的,我们旨在提供一系列评估最适收获时间的监控参数,对这些参数,我们进行了精确的定义和解释,以其能够收获最佳的橄榄果、生产出优秀品质的橄榄油。
2橄榄果的生长和成熟
植物学上,橄榄果被认为是一类类似于桃和樱桃的核果,它由外果皮(表皮)、中果皮(肉质体)和果皮(核)组成,果皮是由包裹着1-2个种子的木质壳状物构成的。
整个果实的重量分布是70-90%的中果皮、9-27%的果皮和2-3%的种子。
一般收获时间采摘的产油橄榄果的中果皮大约含60%的水、30%的油、4%的糖类和3%的蛋白质,余下的部分主要是纤维和肉渣;果皮含10%的水、30%的膜质、40%的其他糖类和1%的油。
种子中含30%的水、27%的油、27%的糖类和10%的蛋白质[14]。
随着橄榄果的生长,它们的大小、组分、颜色、质地、气味及其对病原微生物的敏感性都在变化。
橄榄果的生长和成熟是生化生理变化结合的过程,受到严格的基因控制和一些环境条件的影响;它的生长发育一般持续4-5个月,包括细胞分裂、细胞扩增、代产物的累积等,一般地是含以下5个主要阶段[15~17](见Figure1):
(1)受精和坐果,开花之后的大约30天,细胞快速分裂促进着胚胎的生长;
(2)种子的发育,一段紧凑的细胞分裂和扩增期,主要是果皮(种子/核)的生长发育、还有少量的肉质体(中果皮)发育,造成了果实的快速生长;(3)种子/核的硬化,果实生长减缓、果皮细胞停止分裂并硬化;(4)中果皮发育,代表着果实生长第二阶段的开始,中果皮发育主要是先前存在的肉质细胞的增大和油脂的大量积累;(5)成熟,当果实的颜色从暗石灰绿变为淡绿色或是紫色,这一阶段可以精确的观察到果实的软化。
在成熟阶段,果实的质地在1-2周迅速发生改变,有坚硬变得疏松,并有果汁溢出,而其中的干物质也随着油脂的合成继续慢速增加,这是最佳的收获时间,因为此时从营养学和抗氧化性的角度来看,橄榄果果肉脂肪酸含量均衡,总酚和维生素E的含量很高。
而且,高含量的酚类物质不但能够提高橄榄油的品质,还能对人类的健康产生积极影响。
但是过度成熟的橄榄果中的酚类物质会大幅减少,只有初始值的一半,而且油酸转化为亚油酸的比列也大幅降低。
使用过熟的橄榄果压榨出的橄榄油,其脂肪酸不饱和程度增加,抗氧化性能降低,使得油在储存的时候容易自氧化,而且,这种橄榄油会很大程度的失去一些重要的品性,像苦辣味、香味和甘滋味。
3糖类:
橄榄油生物合成的前体
植物细胞用糖类合成油脂。
乙酰-CoA是所有脂肪酸合成的底物,而所有的乙酰-CoA来自于糖酵解产生的丙酮酸。
在质体中,丙酮酸脱氢酶复合体可以直接将来自糖酵解的丙酮酸催化成乙酰-CoA;或者,细胞质中发生的糖酵解产生的丙酮酸被转运到质体,在质体丙酮酸脱氢酶的作用下,将其转化成乙酰-CoA;还有一种可能的合成途径是,线粒体中的丙酮酸水解成乙酸,然后转运到质体中被乙酰-CoA合成酶催化成乙酰-CoA[18]。
4橄榄果发育过程中的光合作用
提供橄榄果生长和脂类物质生物合成的糖类有两个来源:
一是从成熟的叶子中将糖经韧皮部运输到存储位点;二是果实自身的光合作用产生糖。
油橄榄的青色期相当长,而且就算它们接近成熟的时候,它们的叶绿体依然保有活性,但是叶绿色大部分位于外果皮,中果皮含有大量的磷酸烯醇丙酮酸羧化酶,它是CAM循环和C4途径的CO2固定酶。
果实发育期,大量的糖类经韧皮部运输到线粒体供其呼吸产生能量,以支持细胞的分裂和生长。
由于这种强烈的代产生了大量的CO2,再加上果实表皮的不透性,橄榄果的无细胞空间积累了高浓度的CO2。
在CO2/CO32-达到平衡后,胞质的磷酸烯醇丙酮酸羧化酶催化固定着的碳酸盐转化成草酰乙酸,后者被苹果酸酶转化成苹果酸。
苹果酸被胞质或是线粒体的苹果酸脱氢酶转化成丙酮酸和CO2,后者在光照下,在果实叶绿体中经光合作用合成丙糖磷酸。
因此,果实自身的光合作用对于固定线粒体呼吸产生的CO2非常重要[19]。
CO2气体交换分析表明,橄榄果的光合作用很少达到光补偿点,因此果实对于碳经济的贡献非常有限,然而有观察表明,果实的光合作用对中果皮的生长和橄榄油的产生起着重要的作用。
在一场田间试验中,一些枝条的叶子落完发生在开花后的约12个星期,此时正值果皮发生木质化,这些枝条上的果实由于不能从邻近的叶子中获得营养物而只得依靠自造营养物,平行对照试验选择的是没有落叶的枝条,放置在异养的、无果实光合作用的黑暗环境中。
当果实的颜色变为樱桃红的时候适宜采摘,此时果实的油脂累积到稳定的水平。
黑暗中发育的橄榄果能够长到接近控制组果实的大小,但是它们变得萎黄,而且其含油量大幅减少。
另外,落叶枝条上的果实比控制组的要小得多,但是它的油脂占鲜重的比例要比控制组的高。
异养和自养的橄榄果的含油量都减少了,表明果实的光合作用和叶片的光合作用对其脂类化合物的合起到了作用。
5光合产物的转移和跨膜运输
种子的生长只依靠韧皮部运输的同化物,橄榄果是一种代很旺盛的器官,它们也是依靠从别处转移糖类供其生长发育。
对韧皮部分泌液分析表明,其的同化物是从橄榄叶中转移而来的,主要是棉籽糖家族的寡糖(水糖),还有蔗糖和甘露醇。
这与叶子中的糖类组分形成鲜明对比,叶片中含49.2%的葡萄糖、41%的甘露醇、2.9%的蔗糖和各种寡糖及其前体(半乳糖、棉籽糖和水糖)。
14CO2的脉冲追踪实验揭示了各物质互变的位置和顺序,甘露醇和蔗糖首先在固定CO2位点附近处的叶肉组织中快速合成,甘露醇在胞质中由甘露醇-6-磷酸生成,然后快速地被运送到液泡中。
水糖和棉籽糖随后产生,它们的合成位点更靠近韧皮部的装载点,而中间细胞(以伴胞最为典型)与叶脉尾部相连。
这表明油橄榄中棉籽糖家族的寡糖(RFOs)在韧皮部的装载运输是按“多聚物陷阱模型”[20](见Figure2)发生的。
叶肉细胞中合成的蔗糖经胞间连丝转输到中间细胞,蔗糖在此被转化成RFOs。
棉籽糖和水糖的生物合成是通过连续的半乳糖基单位转移到蔗糖上发生的,该过程由特异的转移酶介导,半乳糖基的供体是肌醇半乳糖苷,它在叶肉细胞中经肌醇半乳糖合酶催化UDP-半乳糖和肌醇合成。
此模型假设蔗糖和棉籽糖(或水糖)的斯托克半径是不同的,这就产生了长距离运输的实际驱动力;蔗糖和甜菜苷通过胞间连丝运输到中间细胞,但是棉籽糖和水糖由于其斯托克半径过大而不能这样运输。
结果造成籽糖和水糖在这些细胞中的积累,再通过更大孔径的胞间连丝转运到筛管中进行长距离运输。
此外,超微结构的证据表明油橄榄具有一个“开放的小型叶脉结构”,它含有大量分枝的功能性胞间连丝,用来连接中间细胞和叶肉维管束鞘细胞,提供一个运输光合产物到韧皮部的共质体途径。
然而,胞间连丝是不能区分分子的,如蔗糖和棉籽糖。
目前,共质体运输和质外体运输结合的可能性是不能被排除的。
PCMBS是一种不具有渗透功能的巯基试剂,它阻止蔗糖进入橄榄叶盘中,表明韧皮部中存在装运蔗糖的质外体机制。
然而,用PCMBS处理标记的橄榄叶片时,没有观察到韧皮部汁液的成分受到任何的影响。
综合分析这些数据表明,油橄榄韧皮部对蔗糖的装运涉及到共质体运输和质外体运输。
人们对韧皮部装运甘露醇的作用机制知之更少。
有报道指出芹菜中的甘露醇摄取对PCMBS不敏感,甘露醇载体的活性部位不仅仅只含巯基的可能性很大。
随后这已经被韧皮部甘露醇载体基因AgMaT1的异源克隆表达实验所证实。
此实验不采用PCMBS作为韧皮部质外体运输机制的指示剂,PCMBS依赖于载体才能发挥作用,如果摄取系统不够敏感,或者PCMBS渗入质外体空间的能力下降,这些实验就不能得出任何结论。
橄榄树中肯定会出现这种情况,并影响后期的研究。
克隆蔗糖和甘露醇载体基因,使其在韧皮部细胞中表达便可以解决这个问题,近期已在油橄榄中分离出一个编码单糖载体蛋白的cDNA基因。
OeMST2(油橄榄单糖载体2)是一种单糖/H+协同载体,存在于一些成熟组织中,其功能已经被异源表达实验演示过。
有趣的是,OeMST2在源叶中表达旺盛,这可能与它具有回收糖类的功能有关,而与韧皮部装运糖类无关,因为在油橄榄韧皮部的汁液中没有发现单糖。
有关油橄榄韧皮部卸载和同化运输机制的信息依然很匮乏。
尽管人们普遍设想在橄榄果成熟期间主要存在质外体运输途径,但是共质体和质外体的作用机制都有可能存在。
实际上,OeMST2在橄榄果成熟期间强烈表达,在果实完全成熟的时候,该基因的转录水平达到最高,这表明在果实成熟期间,OeMST2介导的单糖运输在光合产物的分配过程中发挥着重要作用。
这包括了在质体外空间α-半乳糖苷酶和转化酶的共同作用,胞外的α-半乳糖苷酶催化来自韧皮部的水糖和棉籽糖水解成半乳糖和蔗糖。
产物蔗糖,不断经过韧皮部转移到其他部位,并被细胞壁上的转化酶水解成葡萄糖和果糖,然后半乳糖、葡萄糖和果糖被OeMST2(或是其他未被确认的单糖载体)转移到橄榄果的中果皮细胞,在此它们为细胞代提供能量,作为橄榄油生物合成的前体(见Figure2)。
因此这些单糖和大量的甘露醇构成了油橄榄各组织的主要可溶性组分。
中果皮累积脂类物质时,葡糖糖含量大量减少,而橄榄果肉中的甘露醇含量在果实成熟期间却在增加,这在一方面反应出了甘露醇作为储存糖类和渗透保护剂的功能。
而果实中甘露醇的相对含量常作为选择潜在优良油料作物的指示剂,如果某种作物果实中的甘露醇越多,那么就有越多的葡糖糖转化成乙酰-CoA,以供合成油脂。
橄榄果成熟期间甘露醇的大量积累是由一个或多个甘露醇/H+载体介导的。
最近,人们克隆出一段来自油橄榄的cDNA序列(OeMaT1,油橄榄甘露醇载体1),它与一些高等植物的多元醇载体基因同源。
尽管果实成熟期间OeMaT1的转录水平是可测的,并且在果实完全成熟时大量增加,而此时的甘露醇含量更高,因此可以确定,在橄榄果成熟期间,OeMaT1对于甘露醇的大量积累起着重要的作用。
这与油橄榄的最初需求完全相反,作为产RFOs和多元醇物质的植物,它保留着用共质体吸收物质的能力。
然而,必须强调的是,筛管和橄榄果中果皮细胞之间是否存在共质体联系是不能排除的。
在橄榄果成熟过程中,OeMaT1给果实供给甘露醇,OeMST2给果实供给单糖,它们最终决定了橄榄油的成分。
我们实验室用异养的悬浮培养细胞做了一些研究,结果显示油橄榄摄取糖类和多元醇类物质包含着一系列的生化与分子作用机制。
用悬浮培养细胞模拟异养植物的库组织,这是一个很恰当的研究糖类如何运输至消耗细胞的模型系统;而且使用悬浮培养细胞来做糖类摄取和调控机制研究相比于完整的植物具有显著的优势,后者的体积扩散、组织渗透障碍和细胞的不匀性都影响着动力学研究;而且,悬浮培养细胞的质膜对于外源糖类、糖类似物和运输抑制剂均有更好的弹性。
悬浮培养细胞可以使用蔗糖、葡萄糖、半乳糖、果糖和甘露醇作为唯一的碳源和能源物质,此发现与该多元醇在油橄榄光合作用中的角色是相似的。
摄取实验是在细胞中放入同位素标记的物质进行的,细胞是在不同的碳源和能量源及显著不同的条件下培养的。
悬浮培养细胞的葡萄糖摄取遵循双相动力学,因为高亲和性的单糖/H+协同载体运输系统在线性组分存在叠加了,这种情况在高糖浓度下更加明显。
在低糖含量下(0.5%葡萄糖,W/V),两种运输方式都在进行;然而,在高糖含量下(3%葡萄糖,W/V),由于高亲和系统分解代受到抑制,导致饱和成分不存在,而且不饱和作用机制只吸收葡萄糖来供细胞的生长和代需要。
如上所提到的,大部分果实(包括橄榄果)在成熟期间,糖类物质都会大量积累,大部分的成熟组织也会发生这种现象。
近期有数据表明,在高糖浓度下培养的细胞对葡糖糖的摄取是低亲和、高效率和扩散的,这是通过一个通道状结构来进行的,其运输功能受到细胞质子和磷酸化/去磷酸化的调控的,但是对糖类物质的摄取机制是不包括胞吞作用的。
葡萄糖和其他单糖类通过水通道蛋白进入细胞的想法是不确定的,需要更多的研究来证实。
受糖抑制的饱和组件依赖于基因的转录和蛋白质的合成,它受到OeMST2的部分调控;OeMST2cDNA的表达,能使一个缺乏葡萄糖运输功能的酵母恢复生长,该基因编码的蛋白质对D-葡萄糖的亲和性(Km,25μM)很高,并且能识别D-半乳糖和其类似物3-O-甲基-D-葡萄糖、2-脱氧-D-葡萄糖,但不能识别D-果糖、D-阿拉伯糖、蔗糖和D-甘露醇。
酵母中的运输机制研究证实,OeMST2是单糖/H+运载体。
近期,甘露醇的运输机制、多元醇运输系统的表达调控和在渗透调节中的相关性在油橄榄异养悬浮培养细胞中得到了详细的研究。
盐胁迫是植物需要应对的一种缺水和离子毒害的情况,有研究表明,一些植物的衰老器官在面对干旱和盐胁迫时,多元醇的含量会有所增加,并且盐会改变相关多元醇代酶类的活性。
然而,在胁迫条件下,对多元醇载体基因的表达调控还知之甚少,而油橄榄在农业生产上一般生长在缺水的地区。
我们的结论是,油橄榄悬浮培养细胞对甘露醇的摄取是由1:
1多元醇/H+同向运输系统(对甘露醇的Km,1.3mM;最大反应速度Vmax,1.3nmolmin-1mg-1DW)介导的。
半乳糖醇、山梨醇和木糖醇竞争性抑制甘露醇的吸收,但葡萄糖和蔗糖却不会。
向培养细胞中加入100-500mM的NaCl能提高多元醇/H+同向运输系统的能力和OeMaT1的转录水平,但是却强烈抑制甘露醇脱氢酶的活性,这是胞转化甘露醇的第一步。
盐含量提高所造成的甘露醇累积能够弥补外部环境缺水所带来的损失,使得油橄榄在高盐环境下有一定的忍耐机制。
6脂肪酸的生物合成
植物脂肪酸的生物合成发生在质体中,与细菌的脂肪酸代非常相似。
一系列重复的乙酰-CoA中的乙酰基转移反应产生了C16或是C18的酰基复合物,脂肪酸的合成开始于乙酰-CoA发生羧化生产丙二酰-CoA[21],这是由乙酰-CoA羧化酶(见Figure3)催化的不可逆反应,该酶是由四个不同的亚基构成的分子量达到650kDa的异聚体复合物,四个亚单位是:
生物素羧化酶载体蛋白(BCCP)、生物素羧化酶以及羧基转移酶的α和β亚基。
乙酰-CoA羧化酶是受到严格调控的,并且它决定了脂肪酸生物合成的整体速度。
首先,消耗一个ATP生成羰基生物素作为媒介物;生物素羧化酶将碳酸氢根绑定到BCCP上的生物素环形结构的N上;BCCP上的柔性生物素臂将活化的CO2从生物素羧化酶活性位点转移到羧基转移酶的活性位点,后者从生物素转移活化的CO2到乙酰-CoA生成丙二酰-CoA;丙二酰基团随后被转移到酰基载体蛋白(ACP)。
脂肪酸链的延伸就是不断重复的将乙酰-CoA和丙二酰-ACP融合,这些反应是由脂肪酸合酶复合体(FAS)催化的。
ACP是77个氨基酸组成的单个多肽链,它被当做巨大的酶辅基,同时也是FAS的组分;ACP含有一个磷酸泛酰巯基乙胺基团,它与多肽链中的丝氨酸残基相连,该基团也存在于辅酶A(CoASH)中,它的末端巯基同脂肪酸相连形成硫酯,这是一个类似于ATP中能够水解供能的键。
由乙酰-CoA羧化酶催化产生的丙二酰基团被丙二酰-CoA:
ACP转移酶催化,将其从CoASH中转移到ACP的巯基上。
乙酰-CoA和丙二酰-ACP被3-酮脂酰-ACP合酶Ⅲ(KASⅢ)催化缩合成3-酮丁酰-ACP,结果是两条碳链被组合成一个四碳单位。
丙二酰的脱羧驱动着乙酰-CoA中的C1与ACP上丙二酰基团中的C2的碳-碳结合。
脂肪酸合成的接下来三个步骤是在该酮基的C3处将其分解成亚甲基。
首先,3-酮丁酰-ACP被降解成3-羟丁基-ACP,该反应是被3-酮脂酰-ACP还原酶催化的;然后,3-羟烷基-ACP脱氢酶将一个水分子从3-羟丁基-ACP移除形成2,3-反式-丁烯酰-ACP;最后的还原步骤是,烯酰-ACP还原酶将2,3-反式-丁烯酰-ACP转化成丁酰-ACP。
总地来说,这三步反应(还原、脱水、再还原)将3-酮丁酰-ACP转化成相应的饱和酰基-ACP和丁酰-ACP,它们构成了链延伸的第一个循环。
接下来的第二轮延伸,丁酰-ACP和一个丙二酰-CoA缩合成六碳的酮脂酰-ACP,这步反应与第一轮循环的第一步反应很相似,但是此步是被酮脂酰-ACP合酶Ⅰ(KASⅠ)催化的,还原、脱水、再还原三步反应最终将C6的酮脂酰-ACP转化成C6的脂酰-ACP,酰基链的延伸是由KASⅠ将新形成的脂酰-ACP和新的丙二酰-CoA分子催化缩合而成,酮脂酰的形成经历了与第一轮循环中相同的还原-脱水-再还原反应。
每轮循环都会给酰基链增加两个碳原子,直到十六烷酰-ACP(C16:
0ACP)的形成为止,这不是KASⅠ的底物,它被一种硫酯酶水解成棕榈酸和ACP,或者十六烷酰-ACP继续着相同的反应生成十八烷酰-ACP(C18:
0ACP),但是此步
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 油橄榄 生长 成熟 过程 中的 生理 生化 分子 变化