陈晓亚院士综述 | 亲电反应体的转化在生物合成和解毒方面的作用学术资讯

来源：中国科学杂志社

近日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心陈晓亚院士团队在Science China Life Sciences（《中国科学：生命科学》英文版）在线发表题为“RES transformation for biosynthesis and detoxification”的综述文章。

含有α,β-不饱和羰基结构的化合物被称为亲电反应体（RES），大多具有细胞毒性。细胞代谢不可避免地产生RES，其亲核基团能够攻击生物大分子如蛋白质、核酸和脂质等，造成细胞损伤。该文章开篇总结亲电反应体的转化在生物解毒中的作用。以糖代谢副产物甲基乙二醛为例，它广泛存在于细胞中且具有较强的毒性，而生物中保守的乙二醛酶系催化相应的解毒反应。首先，甲基乙二醛和还原型谷胱甘肽自发形成加合物半硫缩醛，乙二醛酶I催化该加合物的异构化，生成S-D-乳酰谷胱甘肽，进而被水解脱毒。除此之外，人们对乙二醛酶I的功能知之甚少。

随后，文章系统阐述了亲电反应体在生物合成中的重要作用。结合团队前期研究成果，发现许多次生代谢产物及其中间体含有α,β-不饱和羰基结构。不同物种的乙二醛酶I除了转化甲基乙二醛的功能外，还能催化某些具有邻羟基酮特征结构的环状化合物发生芳香化反应形成苯环。棉花SPG是一种特化的乙二醛酶I，在进化过程中丢失了N端的细胞器定位信号肽和谷胱甘肽结合位点，虽然不再具有转化甲基乙二醛的活性，却可以高效催化棉酚生物合成中间体的芳香化，且不需要辅因子GSH的参与。SPG从解毒酶变身为一类新的芳香化酶，代表了植物次生代谢途径进化的一个新特征。在解毒系统中挖掘解毒酶用于天然产物的生物合成，充分体现了植物的生存智慧。农作物中残存的真菌毒素严重影响人类和动物的健康，许多真菌毒素都具有α,β-不饱和羰基结构。该团队前期研究结果证实棉花中特化的乙二醛酶I可以识别特殊的真菌毒素并使之分解。生物界解毒酶众多，如乙二醛酶、细胞色素P450、醛酮还原酶、谷胱甘肽S-转移酶、UDP-葡萄糖醛酸转移酶等，与生物合成途径的酶相比，解毒酶往往能识别多种底物，具有较高混杂性，利用丰富的解毒酶宝库来探索新的催化活性具有诱人的发展前景。

乙二醛酶I在解毒和生物合成中的作用

Glyoxalase system, 乙二醛酶解毒系统；GossypolPathway, 棉酚生物合成途径；SPG，棉花中特化的乙二醛酶I。

该综述详细阐述了解毒酶在亲电反应体解毒和生物合成方面的作用，鼓励研究者继续对其它生物解毒系统开展细致分析与探索，充分挖掘解毒酶系的生物学功能，为合成生物学、环境修复和食品安全保障提供重要元件。

参考文献：

Sousa Silva, M., Gomes, R.A., Ferreira, A.E., Ponces Freire, A. & Cordeiro, C. The glyoxalase pathway: the first hundred years... and beyond. Biochem J 453, 1-15 (2013).

Huang, J.-Q. et al. Aromatization of natural products by a specialized detoxification enzyme. Nature Chemical Biology 16, 250-256 (2020).

Ji, C., Fan, Y. & Zhao, L. Review on biological degradation of mycotoxins. Anim Nutr 2, 127-133 (2016).

来源：scichina1950 中国科学杂志社

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