什么是類胡蘿卜素生物合成(Carotenoid Biosynthesis)？

萜類化合物，又稱類異戊二烯，是一類有機化合物，其碳骨架是由異戊二烯（CH2=C（CH3）CH=CH2）單元連接而成。類胡蘿卜素是萜類化合物的一個亞型，根據骨架碳原子的數量分為30-C、40-C等。它們可以在實驗室通過生物合成來制造，有時被稱...

萜類化合物，又稱類異戊二烯，是一類有機化合物，其碳骨架是由異戊二烯（CH2=C（CH3）CH=CH2）單元連接而成。類胡蘿卜素是萜類化合物的一個亞型，根據骨架碳原子的數量分為30-C、40-C等。它們可以在實驗室通過生物合成來制造，有時被稱為生物發生，模仿自然界中發現的過程。從小而簡單的分子開始，例如異戊烯二磷酸，在催化酶的作用下逐步進行添加，直到最終產物到達。雖然反應是通過化學途徑知道的，制造過程中可能會用到微生物。

粉狀蝦青素，一種類胡蘿卜素。類胡蘿卜素-包括β-胡蘿卜素、番茄紅素和葉黃素-是黃色到紅色的著色劑，出現在胡蘿卜、杏子中，菠菜和其他水果和蔬菜。它們有兩個已知的基本用途。由于它們吸收光譜中藍色端的光，類胡蘿卜素擴大了植物進行光合作用的頻率范圍；它們還保護綠色色素免受氧化光解損傷。除了具有抗氧化特性外，一些類胡蘿卜素具有維生素A活性。富含類胡蘿卜素的食物往往脂肪含量較低。

一位科學家在研究實驗室工作。自然界中類胡蘿卜素的合成是通過兩種已知過程之一完成的：一種是甲戊酸鹽，另一種是非甲戊酸類胡蘿卜素的生物合成途徑。這兩種途徑在達到焦磷酸異戊烯酯（IPP）后是相似的。下一步是轉化為焦磷酸二甲基烯丙基酯（DMPP），然后轉化為焦磷酸香葉酯（GPP），最后轉化為15種碳物種，法尼酰焦磷酸（FPP）。這是進一步類胡蘿卜素生物合成步驟15個碳結構中的兩個可以在催化劑作用下結合形成30-C類胡蘿卜素。如果目的是生產40-C或50-C類胡蘿卜素，法尼酰二磷酸接收另一個IPP來形成20個碳原子的中間體，香葉基香葉基二磷酸（GGPP）。然后酶法添加到自身以產生40-C的植物烯，它可以被重新排列成番茄紅素。一旦達到番茄紅素，就有各種不同的合成途徑得到不同的最終結果。番茄紅素可以被添加到進一步生產50-C的類胡蘿卜素。或者，結構可以保持在40個碳，并催化轉化為α-胡蘿卜素或β-胡蘿卜素，它們開創了第三和第四條途徑。對類胡蘿卜素生物合成途徑的認識已經存在了幾十年。然而，直到20世紀90年代，這種酶的基因編碼才被充分地鑒定出來，從而使工業生產能夠使用《自然》中發現的方法。每種酶的基因克隆都已經完成類胡蘿卜素生物合成的步驟，一直到葉黃素的制造。分子生物學家認為，植物中的類胡蘿卜素途徑可以通過基因轉移技術進行操作。這將使類胡蘿卜素的生物合成方法更簡單、更便宜。

番茄提供四種主要的類胡蘿卜素：α-和β-胡蘿卜素、葉黃素和番茄紅素。