生物合成天然产物的关键酶

植物角鲨烯单加氧酶（phytoenesynthase,PSY）是一种关键酶，负责生物合成类胡萝卜素，即植物中发现的赋予颜色的色素。它催化角鲨烯（phytoene）的环化，形成十氢番茄红素（phytofluene），这是生物合成所有其他类胡萝卜素的第一个专用步骤。

分布和进化

PSY是一种进化上保守的酶，存在于所有光合真核生物中，包括植物、藻类和某些细菌。在植物中，PSY在叶绿体基质中发现，那里的异戊二烯类合成途径发生。

结构和功能

PSY是一种膜结合酶，由一个由12个跨膜螺旋组成的催化结构域和一个位于基质侧的调节结构域组成。催化结构域包含活性位点，角鲨烯在此被结合和环化。

PSY的催化机制涉及角鲨烯底物的加氧和随后的环化反应。酶首先将氧气分子结合到其铁-氧合血红素辅因子中。然后，氧气被还原，释放出一个氧原子，该氧原子插入角鲨烯分子中，形成一个环状过氧化物中间体。该中间体随后发生重排，形成十氢番茄红素产品。

调控

PSY的活性受多种因素调控，包括光、发育阶段和植物激素。光照可激活PSY，而暗处理可抑制其活性。随着植物发育，PSY的活性在幼苗和成熟组织中表现出不同的模式。

激素信号传递通路也参与PSY的调控。脱落酸（ABA）可抑制PSY的活性，而赤霉素（GA）可激活PSY。这些调控机制确保类胡萝卜素生物合成的时空间协调。

应用

PSY作为类胡萝卜素合成途径的关键酶，在生物技术和农业中具有重要的应用：

工程类胡萝卜素生产：通过对PSY进行基因工程，可以产生高产的类胡萝卜素生产株。这对于生产用于保健品、食品和化妆品的类胡萝卜素至关重要。

改善作物耐逆性：类胡萝卜素具有抗氧化和光保护特性。通过增加PSY活性，可以提高作物的耐旱、耐盐和耐热性。

开发新型天然产物：通过修改PSY的催化活性，可以产生具有独特结构和功能的新型类胡萝卜素。这些化合物具有潜在的药用和工业用途。

植物角鲨烯单加氧酶是生物合成类胡萝卜素的决定性酶。它的结构、功能和调控机制对于理解植物中这些重要色素的产生至关重要。利用PSY的生物技术应用为工程类胡萝卜素生产、改善作物耐逆性和开发新型天然产物提供了广阔的前景。