【精品课件】植物次生代谢

甲基化
（嘌呤环的直接生物合成；核酸降解；嘌 呤甲基化）
• 嘌呤合成代谢与咖啡碱的生物合成途径 • 咖啡碱生物合成中重要的酶 3、茶树体内咖啡碱的分解
茶树中的生物碱以嘌呤碱为主，而嘌呤碱中 又以咖啡碱为主体成分。
咖啡碱为茶树的特征性成分之一。
一、茶树体内咖啡碱的分布
茶树体内咖啡碱是从茶籽萌发开始形成，此 后就一直参加茶树体内的代谢活动，并贯穿 与生命活动的始终。咖啡碱广泛地分布在茶 树体内。但各部位的含量，差异很大。除种 子外，其它各部位均含有咖啡碱。并比较集 中地分布在新梢部位，以叶部最多，茎梗中 较少，花果中更少。
第二章 茶树次级代谢
第一节 茶树次级代谢的特点、主 要途径及调节
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 次级代谢特点
1）初级代谢 primary metabolism: 蛋白质、 脂肪、核酸、碳水化合物等是植物生命 活动不可缺少的物质，为生物体的生存、 生长、发育、繁殖提供能源和中间产物， 这类物质代谢我们称之为初级代谢或一 级代谢。
嘌呤环的生物合成不是先形成游离嘌呤骨 架而后转变成嘌呤核苷酸，而是首先以核 糖-5-磷酸为起始物质，并在此基础上逐步 将先质中碳、氮原子一个一个连接而成次 黄嘌呤核苷酸。具体过程如下。
以上合成的次黄嘌呤是形成其它嘌呤核苷 酸的先质,由它可转变成腺苷酸、黄苷酸、 鸟苷酸。
生物体内除上述方式合成嘌呤核苷酸外，
尚能利用已有的嘌呤碱和核苷形成嘌呤核 苷酸。现已知道，嘌呤碱与1-磷酸核糖通过
核苷磷酸化酶的作用，可生成嘌呤核苷， 后者再经核苷磷酸激酶的作用，由ATP供给 磷酸基，即形成嘌呤核苷酸。嘌呤碱与5-磷
酸核糖焦磷酸通过核苷酸焦磷酸化酶的作 用，也可形成嘌呤核苷酸。其反应如下：
由此可知，腺嘌呤可以合成腺嘌呤核苷 酸，鸟嘌呤可以合成鸟嘌呤核苷酸。这 些嘌呤核苷酸的产生，在生物体内除参 加核酸的合成外，还能转化成多种嘌呤 衍生物。
2）次级代谢的酶促调节
在高等植物中，多酚类化合物的合 成是由莽草酸途径合成芳香族氨基酸后 进一步合成的。而在这其中苯丙氨酸裂 解酶（PAL，phenylalanine ammonialyase)起着重要的作用。如茶树 新梢中的PAL以芽最高，按第一叶、第 二叶、嫩茎的顺序递减，随叶片的成熟 与老化而降低，多酚类则也随着叶片老 化而下降。
初 级 代 谢 和 次 级 代 谢 的 关 系
▪次级代谢的调节
1）初级代谢对次级代谢的调节 初级代谢的许多重要中间产物是次级
代谢的始点，因而可通过调控初级代谢 而增加次级代谢的产量和各种次级代谢 的比例。
当盐酸乙胺添加到培养基中，在茶 树愈伤组织中的氨基酸的积累大大提高， 而多酚类、咖啡碱积累则下降。
▪初级代谢和次级代谢的关系及代谢的 主要途径
在高等植物中，次级代谢的主要系统是从 糖酵解系统(EMP)，磷酸戊糖循环（PPP or HMP)，柠檬酸循环(TCA)等初级代谢的中 间产物派生出来的三个途径莽草酸途径、 甲瓦龙酸途径、多酮化途径，借助这3个合 成途径和氨基酸合成途径相结合生成生物 碱、萜烯、黄酮类等次级代谢产物。
3）环境因素对次级代谢的调节
和初级代谢相类似，在一定限度范围 内，高等植物的次级代谢受环境因素的 影响和调节。如激素、光照、温度、肥 料等都会对次级代谢起着调节作用。
第二节 茶树中的生物碱代谢
1、茶树体内咖啡碱的分布 2、茶树体内咖啡碱的生物合成 • 咖啡碱生物合成部位 • 咖啡碱生物合成中嘌呤环的来源及嘌呤环的
咖啡碱是比较集中地分布在新梢部位，但 新梢中各部位的含量又不相同。以嫩的芽 叶含量最多，老叶最少。说明咖啡碱在新 梢中的含量是随芽叶的老化而减少，因此 咖啡碱能作为茶叶老嫩度的标志成分之一。
茶树新梢中咖啡碱的生成量还随品种、 气候、栽培条件的不同而有变化。在不 同品种中，云南大种常比一般品种咖啡 碱含量高。在不同季节中，夏茶常比春 茶和秋茶含量高。在不同栽培条件中， 遮阴和施肥的，常比露天和不施肥的含 量高。这些生育中的 动态变化，都是茶 树体内咖啡碱因代谢受不同环境条件影 响，从而导致不同条件下咖啡碱的含量 的差异。
二、茶树体内咖啡碱的生物合成
咖啡碱生物合成部位
研究表明，咖啡碱是在茶树幼嫩叶 片中进行生物合成的，而在茎、根与子 叶中合成能力能低甚至没有。而茶花中 亦能合成咖啡碱。
细胞中的合成部位则是在叶绿体中。 在叶绿体中含有咖啡碱生物合成所需的 酶类。
咖啡碱生物合成中嘌呤环的来源及嘌呤 环的甲基化
咖啡碱的结构特点是黄嘌呤，在1，3， 7位置的N上连接3个甲基，生物合成中，一 需要嘌呤环的来源，二需要甲基供体。
2）次级代谢 secondary metabolism: 植物在长 期进化过程中，在特定的条件下，以一些 重要的初级代谢产物为前体，经过一些不 同的代谢过程，产生一些对维持植物生长 发育起着一定作用的化合物，如生物碱、 黄酮、芳香物质等，合成这些化合物的过 程称之为次级代谢。
由次级代谢产生的物质称为次生物质或 次生代谢产物。
3）植物次级代谢的作用 : 植物次级代谢对于
植物整个生命活动具有重要意义。
协调植物与周围环境的相互作用，如 植物与昆虫、植物与微生物以及植物之间 的相互作用。
有助于植物繁殖，如可以吸引其它动 物来授粉。
植物次级代谢产物是决定人类食物质 量的重要方面，如味觉、颜色、气味等。 而且植物色素能体现植物和花的多样性。
茶树中咖啡碱生物合成的嘌呤环，既可 来合自成甘，氨又酸 可、来谷自酰核胺酸、代甲谢酸的盐核和苷酸CO代2的谢直库接中 的嘌呤，其中核苷酸库中腺嘌呤是咖啡碱合 成的最有效的前体。
咖啡碱合成中的甲基主要来源于S-腺苷 蛋氨酸，而转甲基作用则依赖于N-甲基 转 移酶的活性。
•嘌呤环的生物合成
应 用 同 位 素 标 记 法 对 表明嘌呤中各氮、碳原 子的先质来源进行了详 细研究。结果证明，环 中C4、C5分别来自甘氨 酸中的羧基和α-碳原子。 N7来自甘氨酸中的氨基。 C2、C8来自甲酸盐，N3、 N9来自谷氨酰胺，N1来 自 天 冬 氨 酸 ， C6 来 自 CO2,如图。