关于水稻中维生素A的途径

食物中缺乏维生素A是全世界健康问题的主要原因，可导致失明甚至死亡。这在阈值或第三世界国家尤其是一个问题，因为儿童可能因营养不良而缺乏维生素A或其前体β-胡萝卜素。在它们的许多功能中，类胡萝卜素负责甘薯的鲜橙色以及它们的同名胡萝卜。由于其强烈的颜色，β-胡萝卜素在食品工业中用于软饮料，酸奶和其他食品，被称为食品着色E160。水稻是亚洲最重要的基本营养素，其果仁中没有β-胡萝卜素，但水稻叶片中含有类胡萝卜素。这些长的脂溶性色素不仅在植物中用于光合作用，

β-胡萝卜素的第一个前体之一是八氢番茄红素，它是无色的，不溶于水，可以在质体细胞器的脂质双层中找到 - 换句话说，在这些封闭的细胞区室的外层，参与许多过程包括光合作用。在这里，酶八氢番茄红素去饱和酶(PDS)将八氢番茄红素转化为下一个合成中间体，其已经具有淡黄色。生物学系Peter Beyer教授和弗莱堡大学化学与药学院Oliver Einsle教授实验室的研究人员成功阐明了水稻中八氢番茄红素去饱和酶的三维结构。与八氢番茄红素转化机制有关。为了实现这一目标，Sandra Gemmecker博士和Anton Brausemann不得不分离出高纯度的酶并使其结晶，因此他们可以通过X射线衍射实验获得三维结构图像。然后他们发现PDS部分浸没在脂质双层中质体细胞器包含疏水隧道，通向其内部。八氢番茄红素分子进入该隧道并到达酶的反应中心时开始催化，其中一半的八氢番茄红素分子转化为下一个中间类胡萝卜素阶段。在这个中间产品以与它相同的方式离开隧道后，它进入第一个旁边的另一个PDS酶，在那里完全转化。称为醌的辅助分子然后再生酶。醌通过相同的隧道进入酶并吸收多余的电子，从而为下一个反应循环制备酶。

如果植物中的PDS酶不能正常发挥作用，例如由于与除草剂的反应，则植物的幼苗变得苍白而发白而不是绿色，并且植物在几天内死亡。自二十世纪初以来，世界各地的科学家一直致力于揭示胡萝卜素合成的确切机制。然而，由于各种酶复合物的复杂组成以及它们在植物细胞中的数量相对较少，这已被证明是困难的。弗莱堡大学的研究人员使用专业技术阐明了PDS酶的结构：他们在分离PDS期间添加了一种去甲肾上腺素，一种在20世纪70年代开发的除草剂。由于norflurazon的存在，PDS被停用，因此不再适用于生长中的植物，导致它漂白和死亡。因此，了解这种漂白除草剂在酶中的位置和方向对于研究人员在未来开发新药时非常有用。现在还可以诱导酶序列的特定变化，并使用生物技术程序使作物优于杂草。

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