什么是类胡萝卜素生物合成(Carotenoid Biosynthesis)？

萜类化合物，又称类异戊二烯，是一类有机化合物，其碳骨架是由异戊二烯（CH2=C（CH3）CH=CH2）单元连接而成。类胡萝卜素是萜类化合物的一个亚型，根据骨架碳原子的数量分为30-C、40-C等。它们可以在实验室通过生物合成来制造，有时被称...

萜类化合物，又称类异戊二烯，是一类有机化合物，其碳骨架是由异戊二烯（CH2=C（CH3）CH=CH2）单元连接而成。类胡萝卜素是萜类化合物的一个亚型，根据骨架碳原子的数量分为30-C、40-C等。它们可以在实验室通过生物合成来制造，有时被称为生物发生，模仿自然界中发现的过程。从小而简单的分子开始，例如异戊烯二磷酸，在催化酶的作用下逐步进行添加，直到最终产物到达。虽然反应是通过化学途径知道的，制造过程中可能会用到微生物。

粉状虾青素，一种类胡萝卜素。类胡萝卜素-包括β-胡萝卜素、番茄红素和叶黄素-是黄色到红色的着色剂，出现在胡萝卜、杏子中，菠菜和其他水果和蔬菜。它们有两个已知的基本用途。由于它们吸收光谱中蓝色端的光，类胡萝卜素扩大了植物进行光合作用的频率范围；它们还保护绿色色素免受氧化光解损伤。除了具有抗氧化特性外，一些类胡萝卜素具有维生素A活性。富含类胡萝卜素的食物往往脂肪含量较低。

一位科学家在研究实验室工作。自然界中类胡萝卜素的合成是通过两种已知过程之一完成的：一种是甲戊酸盐，另一种是非甲戊酸类胡萝卜素的生物合成途径。这两种途径在达到焦磷酸异戊烯酯（IPP）后是相似的。下一步是转化为焦磷酸二甲基烯丙基酯（DMPP），然后转化为焦磷酸香叶酯（GPP），最后转化为15种碳物种，法尼酰焦磷酸（FPP）。这是进一步类胡萝卜素生物合成步骤15个碳结构中的两个可以在催化剂作用下结合形成30-C类胡萝卜素。如果目的是生产40-C或50-C类胡萝卜素，法尼酰二磷酸接收另一个IPP来形成20个碳原子的中间体，香叶基香叶基二磷酸（GGPP）。然后酶法添加到自身以产生40-C的植物烯，它可以被重新排列成番茄红素。一旦达到番茄红素，就有各种不同的合成途径得到不同的最终结果。番茄红素可以被添加到进一步生产50-C的类胡萝卜素。或者，结构可以保持在40个碳，并催化转化为α-胡萝卜素或β-胡萝卜素，它们开创了第三和第四条途径。对类胡萝卜素生物合成途径的认识已经存在了几十年。然而，直到20世纪90年代，这种酶的基因编码才被充分地鉴定出来，从而使工业生产能够使用《自然》中发现的方法。每种酶的基因克隆都已经完成类胡萝卜素生物合成的步骤，一直到叶黄素的制造。分子生物学家认为，植物中的类胡萝卜素途径可以通过基因转移技术进行操作。这将使类胡萝卜素的生物合成方法更简单、更便宜。

番茄提供四种主要的类胡萝卜素：α-和β-胡萝卜素、叶黄素和番茄红素。