唇形科植物牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合酶编码基因及其氨基酸序列的生物信息学分析(1)
[摘要]牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合酶(geranylgeranyl pyrophosphate synthase，GGPS)是二萜类物质合成途径中的一个关键酶。该文采用生物信息学方法对9种唇形科植物的牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合酶的核苷酸及其编码的氨基酸序列的结构、理化性质、信号肽、导肽、跨膜结构域、疏水性/亲水性和亚细胞定位特征、二级结构、蛋白质功能域、三级结构和进化关系进行了初步预测和分析，并构建了牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合酶蛋白家族的系统进化树。结果表明，9种唇形科植物的GGPS氨基酸序列理化性质基本一致，主要表现为亲水性蛋白，有叶绿体转运肽，不存在信号肽，没有跨膜结构域；大多数定位于叶绿体，少数定位于线粒体。蛋白质二级结构中最主要的结构元件是α-螺旋和无规则卷曲，含有多聚异戊二烯基合成酶的活性结构域、2个天冬氨酸富集区结构域、活性位点残基盖结构域和镁离子结合位点结构域。研究结果将为GGPS的酶学特性及二萜类生物合成的分子机制研究提供理论参考。
[关键词]唇形科； GGPS合酶； 二萜生物合成； 生物信息学
, http://www.100md.com
[Abstract]Geranylgeranyl pyrophosphate synthase enzyme is one of the key enzymes in the synthesis pathway of diterpenoid. Nine Lamiaceae genus GGPS synthase in Genebank was analyzed in this article. GGPS synthase the nucleic acid sequences and amino acid sequences， physicochemical properties， the signal peptide， leader peptides， transmembrane topological structure， hydrophobic， hydrophilic， subcellular localization， secondary structure， function domain， tertiary structure and evolutional relationship were predicted by using bioinformatics methods.Phylogenetic tree was constructed for the geranylgeranyl pyrophosphate synthase enzyme protein family. The results showed that GGPS amino acid sequence of the physical and chemical properties were basically identical， mainly hydrophilic protein， there existed chloroplast transit peptide， and no signal peptide and membrane structure domain， which mainly located in the chloroplast， the minor part located in mitochondria. The main secondary structures of the proteins are alpha helix and random coil. All these proteins have catalytic residues， aspartate-rich region， active site lid residues， substrate-Mg2+ binding site. The results provide theoretical reference for study on both the enzymatic characteristics of GGPS and the biosynthesis pathway of diterpenoid.
, 百拇医药
[Key words]Lamiaceae； geranylgeranyl pyrophosphate synthase (GGPS)； diterpene biosynthesis； bioinformatics
二萜类化合物是由4个异戊二烯结构单元組成的C20类萜类化合物，是以二萜类化合物的共同前体牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸 (geranylgeranyl pyrophosphate， GGPP)为底物，在不同的二萜合酶的催化下形成的，广泛地分布于自然界，在植物、动物和海洋生物中均有二萜类化合物的存在。目前研究发现，二萜类化合物共有119种骨架，1万多种化合物。主要的骨架类有克罗烷(cleordane)型、贝壳杉烷(kaurane)型、半日花烷(labdane)型和松香烷(abietane)型等。二萜类化合物广泛存在于植物中，包括唇形科鼠尾草属植物、巴豆属植物、香茶菜属植物、黄芩属植物、番茄枝属植物、Eurycoma 属植物等，而且二萜类化合物具有重要的生理活性，如治疗肿瘤的的紫杉醇[1]；治疗心血管系统疾病、抗菌消炎的丹参酮[2]以及在农业上用于高效调控植物生长发育的赤霉素[3]等。途径(pyruvate/ glyceradehyde-3-P pathway)，此途径最初的前提物质是丙酮酸和3-磷酸甘油醛(G3P)，二者在1-脱氧-D木酮糖-5-磷酸合成酶(DXPS)的催化作用下聚合成1-脱氧-D-木酮糖-5-5磷酸(DXP)，DXP经异构中间体、磷酸化、环化等步骤逐渐形成2-甲基赤藓糖醇-4-磷酸(MEP)中间体，再经过磷酸化、环化生成异戊烯基二磷酸(IPP)。IPP在异戊烯基二磷酸异构酶(isopentenyl diphosphate isomerase，IDI)的作用下部分转化为双键异构体DMAPP。高等植物体内，IPP与DMAPP经头尾缩合形成具有C10骨架的牻牛儿基焦磷酸(geranyl pyrophosphate，GPP)，GPP加上第2个IPP单元形成具有C15骨架的法呢基焦磷酸(farnesyl pyrophosphate，FPP)，FPP由GGPP合成酶催化再加上第3个IPP单元缩合反应产生具C20骨架的GGPP。由于GGPP是多种初生和次生代谢物等共同前体，因此，GGPS能够起到调节碳流的作用[4]，从而成为初生和次生代谢途径中的关键酶之一。, http://www.100md.com(陈宜均 荣齐仙 姜丹 申业 黄璐琦)
[关键词]唇形科； GGPS合酶； 二萜生物合成； 生物信息学
, http://www.100md.com
[Abstract]Geranylgeranyl pyrophosphate synthase enzyme is one of the key enzymes in the synthesis pathway of diterpenoid. Nine Lamiaceae genus GGPS synthase in Genebank was analyzed in this article. GGPS synthase the nucleic acid sequences and amino acid sequences， physicochemical properties， the signal peptide， leader peptides， transmembrane topological structure， hydrophobic， hydrophilic， subcellular localization， secondary structure， function domain， tertiary structure and evolutional relationship were predicted by using bioinformatics methods.Phylogenetic tree was constructed for the geranylgeranyl pyrophosphate synthase enzyme protein family. The results showed that GGPS amino acid sequence of the physical and chemical properties were basically identical， mainly hydrophilic protein， there existed chloroplast transit peptide， and no signal peptide and membrane structure domain， which mainly located in the chloroplast， the minor part located in mitochondria. The main secondary structures of the proteins are alpha helix and random coil. All these proteins have catalytic residues， aspartate-rich region， active site lid residues， substrate-Mg2+ binding site. The results provide theoretical reference for study on both the enzymatic characteristics of GGPS and the biosynthesis pathway of diterpenoid.
, 百拇医药
[Key words]Lamiaceae； geranylgeranyl pyrophosphate synthase (GGPS)； diterpene biosynthesis； bioinformatics
二萜类化合物是由4个异戊二烯结构单元組成的C20类萜类化合物，是以二萜类化合物的共同前体牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸 (geranylgeranyl pyrophosphate， GGPP)为底物，在不同的二萜合酶的催化下形成的，广泛地分布于自然界，在植物、动物和海洋生物中均有二萜类化合物的存在。目前研究发现，二萜类化合物共有119种骨架，1万多种化合物。主要的骨架类有克罗烷(cleordane)型、贝壳杉烷(kaurane)型、半日花烷(labdane)型和松香烷(abietane)型等。二萜类化合物广泛存在于植物中，包括唇形科鼠尾草属植物、巴豆属植物、香茶菜属植物、黄芩属植物、番茄枝属植物、Eurycoma 属植物等，而且二萜类化合物具有重要的生理活性，如治疗肿瘤的的紫杉醇[1]；治疗心血管系统疾病、抗菌消炎的丹参酮[2]以及在农业上用于高效调控植物生长发育的赤霉素[3]等。途径(pyruvate/ glyceradehyde-3-P pathway)，此途径最初的前提物质是丙酮酸和3-磷酸甘油醛(G3P)，二者在1-脱氧-D木酮糖-5-磷酸合成酶(DXPS)的催化作用下聚合成1-脱氧-D-木酮糖-5-5磷酸(DXP)，DXP经异构中间体、磷酸化、环化等步骤逐渐形成2-甲基赤藓糖醇-4-磷酸(MEP)中间体，再经过磷酸化、环化生成异戊烯基二磷酸(IPP)。IPP在异戊烯基二磷酸异构酶(isopentenyl diphosphate isomerase，IDI)的作用下部分转化为双键异构体DMAPP。高等植物体内，IPP与DMAPP经头尾缩合形成具有C10骨架的牻牛儿基焦磷酸(geranyl pyrophosphate，GPP)，GPP加上第2个IPP单元形成具有C15骨架的法呢基焦磷酸(farnesyl pyrophosphate，FPP)，FPP由GGPP合成酶催化再加上第3个IPP单元缩合反应产生具C20骨架的GGPP。由于GGPP是多种初生和次生代谢物等共同前体，因此，GGPS能够起到调节碳流的作用[4]，从而成为初生和次生代谢途径中的关键酶之一。, http://www.100md.com(陈宜均 荣齐仙 姜丹 申业 黄璐琦)