查尔酮异构酶简介

查尔酮化学结构
查尔酮是一种有机化合物，其化学结构包含一个碳氧双键和一个碳基团。

查尔酮可以通过酮化反应制备，其中一个醛或羧酸与一个还原剂反应生成查尔酮。

查尔酮的化学结构中，碳氧双键对化合物的性质起着重要的作用。

双键使得查尔酮具有较高的反应活性，容易被还原或氧化。

此外，双键还使得查尔酮分子呈现出一定的极性，使其具有一些特殊的物化性质。

查尔酮具有独特的化学性质和广泛的应用。

它们可以作为有机合成中的重要中间体，参与各种有机反应，如羰基还原、羰基加成和羰基缩合等。

此外，查尔酮还可以被用作溶剂和萃取剂，在化学工业中起到重要的作用。

除了在化学领域的应用外，查尔酮还具有一些生物活性。

一些具有查尔酮结构的天然产物具有抗菌、抗氧化和抗炎等生物活性，因此在药物研发中也具有一定的潜力。

总的来说，查尔酮作为一种重要的有机化合物，在化学合成和药物研发等领域具有广泛的应用前景。

通过深入研究其化学结构和性质，我们可以更好地理解和应用查尔酮，为人类社会的发展做出贡献。

异黄酮合成代谢调控关键酶CHS、CHI的特性与研究前景第26卷第5期2007年1O月大豆科学SOYBEANSCIENCEV oI_26No.5Oct.2007异黄酮合成代谢调控关键酶CHS,CHI的特性与研究前景李莉,孙欣.,马君兰,赵越(1.东北农业大学,哈尔滨150030;2.黑龙江省农业科学院大豆研究所,哈尔滨150086)摘要查尔酮合酶(Chalconesynthase,CHS)与查尔酮异构酶(Chalconeisomerase,CHI)是异黄酮合成途径中的两个关键酶,它们在植物中的表达效率直接影响到异黄酮的产量.本文综述了植物CHS,CHI的功能,特性,基因结构,进化以及基因表达调控等方面研究的新进展,并对CHS,CHI研究的应用前景进行了展望,在此基础上提出了从根本上提高异黄酮产量的可行途径以及一些亟代解决的问题.关键词异黄酮;查尔酮合酶(CHS);查尔酮异构酶(CHI)中图分类号Q814文献标识码A文章编号1000—9841(2007)05--0762--04 PROGRESS0NKEYENZYMESCHS,CHIOFISOFLAV0NESSYNTHESIZELILi,SUNXin",MAJun—lan,ZHAOYue(1.NortheastAgriculturalUniversity,Harbin150030:2.SoybeanResearchInstituteofHeilongjiangAcademyofAgriculturalSciences,Harbin150086)AbstractChalconesynthase(CHS)andChalconeisomerase(CHI)arethekeyenzymesinisof ia—vonessynthesize,andvariationoftheirexpressionmightaffectthecontentofisoflavones.Th efunction,character,genestructure,geneevolutionandexpressioncontrolofCHSandCH1we resummarizedinthispaper.TheapplicationforegroundofCHSandCH1werealsoprospected, andthemeanstoincreaseisoflavoneswereadvised.KeywordsIsoflavones;Chalconesynthase(CHS);Chalconeisomerase(CHI)异黄酮(Isoflavone)是植物生长过程中形成的次生代谢产物,是生物黄酮中的一种,也是一种植物雌激素,主要是指以3一苯并吡喃酮为母核的化合物,动物体内不能合成.它主要包括大豆黄素(Daidzein),染料木素(Genistein),6一甲氧大豆素(Glycitein)三种游离型甙元和它们的九种葡糖苷.收稿日期:基金项目:作者简介:通讯作者:2006—12—30黑龙江省教育厅资助课题(10551024)李莉(1977一),女,硕士研究生,研究方向植物生理生化.赵越,E—mail;yuezhao一**************;Tel1393613,1116大量的实验表明:异黄酮在植物体内可作为保护性物质,保护植物正常生长,抵制病虫侵害;在动物体内能降低胆固醇,预防癌症,预防骨质疏松,促进繁殖,泌乳和生长等,显示了异黄酮可以作为动物生长的调节剂和促进剂,使其成为动物营养学的研究热点之一[.然而,在自然界中异黄酮的资源十分有限,只局5期李莉等:异黄酮合成代谢调控关键酶CHS,CHI的特性与研究前景限于豆科的蝶形花亚科等极少数植物中,如大豆,墨西哥小白豆,苜蓿和绿豆等植物中,其中异黄酮含量最高的只有苜蓿和大豆(故称为大豆异黄酮),在含量最高的大豆中所含的异黄酮也仅为0.1～0.5.因此研究异黄酮合成的关键酶基因的表达规律,不但可以在分子生物学领域找到提高异黄酮相对含量的方法,而且在深入利用异黄酮资源方面具有极大的应用价值.异黄酮的生物合成途径是研究最早且较深入的次生代谢途径之一,大量研究已经大体揭示了异黄酮生物合成途径(图1):对香豆酸辅I~A(4?Coumaryl-CoA)丙二酰辅酶A(Malonyl—CoA) HS)查尔~j(Chalcone)l查尔酬异构酶(CHI)'类黄flleJ(Flavones)图1植物体内异黄酮合成代谢的一般途径Fig.1Thegeneralpathwayofisoflavone synthesisandmetabolisminplant从图上可知:异黄酮合成途径是植物类黄酮代谢途径的一个分支,部分参与异黄酮合成的酶与参与其它类黄酮类物质(如花色素苷元等)合成的酶相互交叉.其中特别值得提出的是CHS和CHI,作为异黄酮合成途径中的两个关键酶,其表达量的改变或表达功能的丧失及酶的失活都将直接影响到黄酮类代谢产物的量j,所以越来越多的人把目光集中在这两种酶的研究上.1CHS,CHI研究的新进展1.1查尔酮合酶(或苯基苯乙烯酮合酶.Chaleone synthase,CHS)1.1.1CHS蛋白的基本功能CHS蛋白为类黄酮合成途径中的第一个特异性酶,它不需要辅助因子,在特定物种中,CHS蛋白和一个依赖NADPH的还原酶协同作用,催化该途径的第1步反应,即1分子4一香豆酰一CoA与3分子丙二酰一CoA缩合形成查尔酮(又称苯基苯乙烯酮,Chalcone).查尔酮为其它类黄酮(如花色素苷元,异黄烷酮,黄酮醇等)合成提供基本骨架,所以说CHS蛋白催化的反应是整个类黄酮合成途径的重要限速步骤.1.1.2CHS蛋白的基本特性对CHS蛋白的X射线衍射,表明该酶是一个同源二聚体蛋白,有2个功能互相独立的亚基,每个亚基的分子量为4O～45 kDaEs].不同植物问,CHS蛋白氨基酸同源性一般在85以上,表明不同植物的CHS蛋白具有高度的保守性,而这种一级结构的高度的保守性,也说明了不同植物的CHS蛋白功能的高度一致性.比如,被子植物和松柏科植物间CHS蛋白的氨基酸序列同源性高达9O.1.1.3CHS基因的结构CHS基因是世界上第一例从经紫外线辐射的欧芹(Petroselinumhor—tense)悬浮培养细胞中分离的类黄酮生物合成基因],目前EMBL数据库中有来自于19个科8O多个CHS基因编码区全序列.不同植物之问,CHS基因的编码区比较保守,长约1.2kb,不同科问DNA的同源性达6O以上. CHS的基因结构也非常保守,据报道除金鱼草的一个CHS基因AMCHS含有两个内含子外],其余的都只有1个内含子,而且这个内含子的位置在已发现的序列中均相同,即位于第65位(以欧洲赤松的PSCHS为标准)的半胱氨酸密码子内第1和2 位碱基之间,其长度从几十碱基对到几千碱基对不等.外显子I编码约57～64个氨基酸,外显子2编码约340个氨基酸,对CHS基因外显子2氨基酸序列进行排序,结果表明,CHS基因的外显子2比较保守,没有大的插入,缺失突变,科间氨基酸同源性一般在7O以上【6j.不同植物之间,CHS基因拷贝数目差异很大],而且功能上存在明显差异.如,金鱼草和拟南芥的基因组中都只含单个的CHS基因拷贝,菜豆有6～8个,水生三叶草至少有9个,矮牵牛中有12 个,非洲菊中有3个.同一植物体内虽然也存在CHS多个编码基因,但在不同品系中的表达活性不同.如:Pinusstrobus中的CHS1和CHS2基因编码的蛋白质有88的同源性,但CHS1催化查尔酮合成,CHS2催化二酮基CoA与甲基丙二酰CoA 的缩合反应;矮牵牛中至少有8个CHS基因,有的品系有一个基因表达活性高,有的品系有2个基因表达活性较高.1.1.4CHS基因的进化CHS基因是一个多基因家族,依据类黄酮物质存在与否,推测该基因最早出现在藓类,在CHS基因的进化中基因重复一分歧大豆科学5期(duplication—divergence)是经常发生的事件.攀枝花苏铁的两个克隆CPAI和CPAS分布在相距很远的分支中,说明CHS基因的重复在裸子植物就已经发生,依据已有数据,欧芹,拟南芥和金鱼草中似乎都只存在一个拷贝,而在其他物种中均有多个, 其中豆科的拷贝数最多,但在分支图上,豆科的27 个序列却只形成一组,即这些序列重复发生在豆科分化之后.以上分析说明CHS基因在不同的科中发生的重复和丢失的情况不同,因此,很难确定直系同源的CHS基因成员,从而很难用此基因进行被子植物科间系统发育的研究.1.1.5CHS基因的表达调控CHS基因的表达能被光照[,生理钟【1..,低温"],BA和GA5],脯氨酸及碳水化合物,P蛋白[1等所调节.CHS基因的表达也是与其它基因相互作用的结果,如FIN2,FJN5基因的突变导致CHS表达受损伤口,而L兀厂Tl和ICXI基因的突变则导致CHS基因表达水平的提高口引.1.2查尔酮异构酶(或查尔酮一黄烷酮异构酶, Chalconeisomerase,CHI)1.2.1CHI蛋白的基本功能CHI蛋白是第一个被认识的与类黄酮合成相关的酶,它催化分子内环化反应,通过选择性地连接一个在结构上有益于闭环的离子化的查耳酮,使双环的查耳酮变为有生物学活性的三环的(S)一黄烷酮,即形成第1个类黄酮产物.CHI催化活性具有pH依赖性,在pH7.5时,其催化活性为90,而在pH6.0时,其催化活性则为50L1.这一步反应也可以在没有CHI蛋白的条件下在植物体中缓慢自发进行.1.2.2CHI蛋白的基本特性CHI蛋白以单体的形式普遍存在于大多数植物中,分子量因植物组织而异,约24～29kDaL1.通过比较发现,不同植物CHI蛋白的氨基酸序列同源性在50以上,存在明显差异,但这一差异集中在靠近N端与C端的部分氨基酸残基上,这说明在整个进化过程中,CHI蛋白的进化是趋于保守的.CHI蛋白的1.85A分辨率晶体结构显示,它具有一个奇怪的口一三明治折叠,这种三维结构的特异性可能与其催化活性的立体化学特异性有关,活性位点裂口的拓扑学效应限制了环化反应的立体特异性L1.CHI基因序列家族及其蛋白的这种三维折叠结构在植物中具有唯一性,已被建议作为植物特有的基因标记【1.1.2.3CHI基因的结构CHI基因在多种植物中被克隆(已克隆的CHI基因信息可在NCBI的主页上获得),具有较高的同源性,约499/6～809/6[3].植物中的CHI基因家族主要分为两大类[1:TypeI类CHI基因编码的酶蛋白只能将查尔酮异构化为(2S)一黄烷酮;TypelI类CHI基因编码的酶蛋白除了具有TypeI类的功能外,还能将6,_脱氧查尔酮异构化为(2S)一5一脱氧黄烷酮,它主要存在于豆科植物中.现在把在真菌和细菌中发现的,与植物CHI基因直向同源(orthologous)的CHI基因[1,归为TypeIII.在研究矮牵牛的CHI时发现,它含有两个CHJ基因,CHJA(AF233637)和CHJB(Xl4590). CHIA全长726bp,编码241个氨基酸L2叩;CHIB全长2l70bp,编码220个氨基酸.CHIA基因编码区上游存在两个启动子PAl和PA2,PAl和PA2在不同矮牵牛花组织中具有不同的驱动活性.PAl启动子在花冠组织中驱动CHIA表达,而PA2启动子仅在花药发育后期和花粉粒组织中启动CHJA ¨.CHIB只有一个启动子,仅仅在花药发育早期(未成熟的花粉组织)驱动CRIB基因表达.此外, CHIA和CRIB基因启动子区域有37bp的高度保守的DNA序列.1.2.4CHI基因的表达调控研究发现,CHI酶蛋白的积累与消失受光调控和紫外辐射诱导,并与CHS蛋白的积累存在协同性L2...另外,CHI也受P 蛋白的影响口引.实验表明,这种协同积累效应是因为CHI基因和CHS基因mRNA协同表达的结果....2研究前景大豆起源于中国,我国大豆的种质资源十分丰富.近几年,我国的科技界对于大豆蛋白,大豆磷脂,大豆低聚糖等成分的研究已逐渐深入,与国际上相关的研究与交流也比较多,但对于大豆异黄酮这一国际新热点的研究,却远远落后于欧,美,日本等国.它的研究的深入开展及成果的推广应用,将对我国相关方面的研究有极大的推动作用,并可以带来巨大的社会与经济效益L2引.改良栽培环境,贮藏条件,加工工艺等,这些方法确实在某些程度上提高了大豆异黄酮的含量,但不是从根本上提高其产量的方法.随着细胞生物学和分子生物学的不断发展,越来越多的研究者把工作重点转移到以为基础的生物技术上来,以期望在5期李莉等:异黄酮合成代谢调控关键酶CHS,CHI的特性与研究前景765 提高异黄酮类次生代谢物的产量的同时降低成本,主要表现在其代谢关键酶的分子克隆及基因工程方面L2,这也已经成为生命科学的一个新生长点.进一步了解对CHS,CHI特异性基因的结构特点,克隆,测序,作用机制,表达部位和时空表达模式的研究,将利于进一步研究它们的基因表达调控机理,同时也为更好的改造这些基因,进而改变它们的表达活性,富集特定目的次生代谢产物——异黄酮提供更多的基础资料.若能同时增强多个基因的协同表达则是提高异黄酮产量的捷径.人们在研究中发现,cHs基因和cH基因的表达在很多方面确实具有协同性,如它们同时受转录因子P蛋白的影响,转录因子P蛋白就充当了"分子开关"的作用,随着分子生物学的不断发展,在各国科学研究工作者的共同努力下,这些问题终将会得到解决,也将为异黄酮类次生代谢产物的研究开拓新的途径.参考文献[1][2][3][4][5][6][7][8]谷利伟,谷文英,过世东.新型生长调节剂——异黄酮类植物雌激素[J].饲料添加剂,2000,21(12):26—28. 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油橄榄查尔酮合酶与查尔酮异构酶基因全长的克隆及序列分析陈文拴;黄乾明;陈华萍;杨泽身;王安逸;苏光灿【期刊名称】《食品科学》【年(卷),期】2015(036)009【摘要】查尔酮合酶(chalcone synthase,Chs)与查尔酮异构酶(chalcone isomerase,Chi)是植物类黄酮合成代谢途径中的两个关键酶.采用同源克隆、反转录聚合酶链式反应(reverse transcription polymerase chain reaction,RT-PCR)、融合引物嵌套1CR(fusion primer and nested integrated PCR,FPNI-PCR)与3'-cDNA末端快速扩增技术(rapid amplification of cDNA end,RACE)相结合,分别克隆出油橄榄chs与chi基因全长.序列分析表明,油橄榄chs基因全长DNA(GenBank登录号:KF935223.1)和cDNA(GenBank登录号:KF935224.1)序列分别为2 085 bp 和1 173bp,该基因的开放阅读框(open reading frame,ORF)编码390个氨基酸,其氨基酸序列与葡萄和番茄全长Chs氨基酸序列的相似度在90％左右.生物信息学分析表明,该基因编码的蛋白属于Chs蛋白家族.油橄榄chi基因全长DNA(GenBank登录号:KF886190)和cDNA(GenBank登录号:KF886191)序列分别为1 373 bp和750 bp,其ORF编码249个氨基酸,该氨基酸序列与已报道的其他植物Chi氨基酸序列的相似度最高在65％左右,序列中包含一段由198个氨基酸残基组成的具有分子内裂解酶活性的功能域,符合Chi蛋白家族特征.【总页数】8页(P117-124)【作者】陈文拴;黄乾明;陈华萍;杨泽身;王安逸;苏光灿【作者单位】四川农业大学理学院,四川雅安 625014;四川农业大学理学院,四川雅安 625014;四川农业大学理学院,四川雅安 625014;凉山州中泽新技术开发有限责任公司,四川西昌 615000;凉山州中泽新技术开发有限责任公司,四川西昌 615000;凉山州中泽新技术开发有限责任公司,四川西昌 615000【正文语种】中文【中图分类】Q943.2【相关文献】1.红花查尔酮异构酶基因全长cDNA的克隆及表达分析 [J], 刘秀明;杨文婷;张雪萌;焦重达;姚娜;杨美英;官丽莉;李海燕;李校堃2.“冷俊”槭查尔酮异构酶基因(CHI)片段克隆及序列分析 [J], 尹燕雷;苑兆和;招雪晴;冯立娟;李芹3.胀果甘草查尔酮异构酶基因的克隆及序列分析 [J], 尹彦超;张晓冬;马永生;周姗;高智强;胡婷;刘颖4.光果甘草查尔酮异构酶基因的克隆及序列分析 [J], 张晓冬;尹彦超;周姗;马永生;胡婷;高智强;刘颖5.金花茶查尔酮异构酶基因全长克隆与表达的初步研究 [J], 周兴文;李纪元;范正琪因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

第28卷第1期大豆科学V01．28 No．1 2009燕2月SOY BE AN SC IE NCE F e b．2009大豆异黄酮生物合成串联基因簇及其表达载体的构建夏循礼，杨广笑，何光源(华中科技大学中英HUST-RRes基因工程和基因组学联合实验室，湖北武汉430074)摘要：植物异黄酮是一种重要的次级代谢产物，在植物的生理活动以及人类健康方面具有重要作用。

植物异黄酮生物合成途径有三个调控酶：查尔酮合酶(Chaleone synthase，CHS)，查尔酮异构酶(Chaleone Iso me ra s e，cm)和异黄酮合酶(Isoflavone s yn th as e，IF S)。

以大豆为材料，利用R T-P C R方法克隆到查尔酮合酶基因(CH S)，查尔酮异构酶基因(CHI 11)和异黄酮合酶基因(IF S)的eDNA(Gen eban k登记号分别为EU526827，EU526829，EU526830)经过 N CB I在线B la s t比对，相似度均在98％以上，确认克隆的目标基因是正确的；将这三种基因顺序连接，构建成串联基因簇CH S-C HI口-I FS(命名为r IF S)，并且构建了rl FS的原核表达载体，进行了初步的表达研究。

为进一步研究植物异黄酮的生物合成以及进行异黄酮生物工程奠定了基础。

关键词：大豆异黄酮；生物合成；串联基因簇；表达载体中图分类号：$565．1 文献标识码：A -文章编号：1000—9841(2009)01—0007—04Design of Tandem Genes Cluster and Expression Vectors for Soybean Isoflavone BiosynthesisXI A Xun—li，YA NG Gu ang—xia o，HE Gu ang—yu an(China-UK H U S T-R R e s Ge n e t ic s E ng i n ee r i n g a nd G e n om i c s Joint Laboratory，Huazhong University ofScience and T ech no lo gy，W uh an43"0074，Hube i，China)Ab st r ac t：P la nt isotlavones is a s o r t of important se co nd ar y metabolites witll signification in plant physiological function an d healthiness for hu m a n b e in g．T h e r e three regulating e n z y m e s in plant isoflavones biosynthesis pa th wa y：Ch al eo ne syn—thase(CHS)，Chalcone isomerase(CHI)and Isoflavone synt has e(IFS)．I n this article，we cloned the cDNAs of CHS，CHI口。