維生素C也許是最重要的一種生物合成途徑至今未知的小分子,。最近,由加州大學(xué)洛杉磯分校(UCLA)和達特茅斯醫(yī)學(xué)院致力于研究動物衰老和癌癥的研究人員揭開了維生素C合成之謎的最后一層面紗,。詳細內(nèi)容刊登于4月26日《Journal of Biological Chemistry》,。
UCLA大學(xué) Steven Clarke博士說:“我們當(dāng)時正研究蠕蟲中的一個有趣基因。”結(jié)果一個發(fā)現(xiàn)帶來了另一個發(fā)現(xiàn),,達特茅斯醫(yī)學(xué)院Charles Brenner博士說,,最終“我們找到了植物合成維生素C的最后一種未知酶,。”
微生素C是一種抗氧化劑和酶輔助因子,人體沒有合成維生素C的功能,,需要從膳食特別是從植物中獲取,。1998年曾有人提出過一種植物合成維生素C的途徑的假說,從那時起假說中的大部分內(nèi)容都逐步被證實,,但所提出的從葡萄糖到維生素C的十步合成法的第七步的關(guān)鍵基因一直沒有出現(xiàn),。
工作最初是Clarke實驗室研究人員Tara Gomez在模式生物線蟲中研究這種基因的作用,基因序列提示此基因?qū)儆谝环N在癌癥中會發(fā)生變化的基因家族——HIT基因家族,,Brenner正在達特茅斯研究的基因家族。于是兩個實驗室合作,,結(jié)果發(fā)現(xiàn)這種蠕蟲基因與擬南芥VTC2基因非常相似,。之前研究發(fā)現(xiàn),VTC2基因發(fā)生突變與維生素C含量低有關(guān),。因此研究目標(biāo)鎖定在VTC2蛋白產(chǎn)物與維生素C合成之間的關(guān)系,。
由Brenner和Clarke帶領(lǐng)的研究小組,在試管中重現(xiàn)了維生素C合成的神奇七步驟,,一個被稱為第一關(guān)鍵步驟的反應(yīng),。他們將前六步反應(yīng)與葡萄糖形成各種細胞成分的多種可能路線聯(lián)系起來。一旦第六步的反應(yīng)產(chǎn)物GDP-L-葡萄糖可以退出標(biāo)記VTC2的出口,,原子即開始重新組裝形成維生素C,,其它副產(chǎn)物很少。剩下的三個步驟,,雖然道路曲折但沒有岔口,,也沒有回轉(zhuǎn)。
UCLA博士后Carole Linster在細菌中表達并分離純化出植物VTC2酶,,在準(zhǔn)備好GDP-L-葡萄糖后,,研究人員發(fā)現(xiàn)VTC2是維生素C合成的第七步反應(yīng)的關(guān)鍵。
因為酶催化的是代表生物調(diào)節(jié)位點的第一關(guān)鍵步驟,,研究人員希望他們的發(fā)現(xiàn)能為提高植物維生素C含量帶來新的策略,,他們認為還需要繼續(xù)研究VTC2相關(guān)基因在動物體內(nèi)的作用以及這些相關(guān)基因與衰老和癌癥的關(guān)系。
原始出處:
J. Biol. Chem, 10.1074/jbc.M702094200
Submitted on March 9, 2007
Revised on April 25, 2007
Accepted on April 26, 2007
Arabidopsis VTC2 encodes a GDP-L-galactose phosphorylase, the last unknown enzyme in the Smirnoff-Wheeler pathway to ascorbic acid in plants
Carole L. Linster, Tara A. Gomez, Kathryn C. Christensen, Lital N. Adler, Brian D. Young, Charles Brenner, and Steven G. Clarke
Chemistry and Biochemistry, UCLA, Los Angeles, CA 90095-1569
Corresponding Author: [email protected]
Abstract
The first committed step in the biosynthesis of L-ascorbate from D-glucose in plants requires conversion of GDP-L-galactose to L-galactose 1-phosphate by a previously unidentified enzyme. Here we show that the protein encoded by VTC2, a gene mutated in vitamin C-deficient Arabidopsis thaliana strains, is a member of the GalT/Apa1 branch of the histidine triad protein superfamily that catalyzes the conversion of GDP-L-galactose to L-galactose 1-phosphate in a reaction that consumes inorganic phosphate and produces GDP. In characterizing recombinant VTC2 from Arabidopsis thaliana as a specific GDP-L-galactose/GDP-D-glucose phosphorylase, we conclude that enzymes catalyzing each of the ten steps of the Smirnoff-Wheeler pathway from glucose to ascorbate have been identified. Finally, we identify VTC2 homologs in plants, invertebrates, and vertebrates, suggesting that a similar reaction is used widely in nature.