[发明专利]辅酶Q合成途径苯环6位羟化酶及其应用

说明书

本发明通过研究获得了拟南芥的苯环6位羟化酶CoqF。通过回补酿酒酵母的6位羟化酶基因突变株进一步验证了活性，通过分析拟南芥RNAi转基因植株证明其参入植物体内辅酶Q的合成。因此，本发明提供的苯环6位羟化酶CoqF可以用于提高辅酶Q的含量，具体有较大应用价值。

技术领域

本发明涉及基因工程技术领域，具体涉及辅酶Q合成途径苯环6位羟化酶。

背景技术

辅酶Q(Coenzyme Q，CoQ)，又称泛醌(ubiquinone)，是一类存在于所有真核生物和一部分细菌(α,β,γ变形杆菌)的萜苯醌类化合物。CoQ由一个醌环母核和聚异戊二烯侧链组成(图1)，不同生物体内侧链异戊二烯单元的数目不同，人类是10个异戊二烯单元，合成CoQ₁₀，大肠杆菌合成CoQ₈，酿酒酵母合成CoQ₆，拟南芥合成CoQ₉。

CoQ具有重要的生理功能，在电子传递链(呼吸链)中处于中心地位，将电子从NADH-Q还原酶(复合体I)和琥珀酸-Q还原酶(复合体II)转移到细胞色素还原酶(复合体III)上，从而促进氧化磷酸化及电子的转移，由此产生ATP。CoQ在细胞内还有其他多种功能，例如，几乎所有真核细胞的膜结构中都发现有CoQ，作为一种脂溶性的抗氧化剂它能保护生物膜结构的稳定性。

人体缺乏CoQ会导致非常严重的疾病。CoQ合成途径基因的突变会造成原发性CoQ缺乏，影响脑、心脏、肾脏、骨骼肌等耗能多的器官，导致脑病、癫痫、小脑共济失调、肥厚型心肌病、肾病综合症、肌病等一系列疾病。他汀类药物、年龄增加、其他疾病等因素会造成CoQ的继发性缺乏。外源补充CoQ可一定程度改善CoQ缺乏的症状。

然而，CoQ的生物合成是一个复杂的过程，合成途径迄今还没有完全解析。已知CoQ合成途径的酶主要在大肠杆菌(Escherichia coli)或酿酒酵母(Saccharomycescerevisiae)中鉴定的。大肠杆菌相关的酶以Ubi命名(UbiA-J和UbiX)，酵母的酶则以Coq命名(Coq1-11)。CoQ的生物合成途径包括四个环节：苯环的合成、侧链的合成、侧链与苯环的接合以及苯环的修饰，在不同生物体内CoQ合成的具体路线不完全相同。

苯环的前体通常是对羟基苯甲酸。大肠杆菌中分支酸在分支酸裂合酶UbiC的作用下转化为对羟基苯甲酸。人、酵母和植物的对羟基苯甲酸来自酪氨酸途径，该途径目前只解析了第一步和最后一步。此外，植物的对羟基苯甲酸还有大部分来自苯丙烷途径。

聚异戊二烯侧链的前体是异戊烯基焦磷酸(isopentenyl diphosphate，IPP)和二甲基烯丙基焦磷酸(dimethylallyl diphosphate，DMAPP)，在真核生物中由甲羟戊酸途径(the mevalonate pathway，MVA pathway)提供，在原核生物由2-C-甲基-D-赤藓醇4-磷酸途径(2-C-methyl-D-erythritol 4-phosphate pathway，MEP pathway)提供。聚异戊二烯焦磷酸合成酶(polyprenyl diphosphate synthase,PPS)将IPP与丙烯基受体进行1’-4位的缩合反应，产生聚异戊二烯焦磷酸。真核生物CoQ的合成从这步反应开始都在线粒体内膜的基质侧进行。

聚异戊二烯焦磷酸侧链与对羟基苯甲酸在对羟基苯甲酸异戊二烯焦磷酸转移酶(4-hydroxybenzoate polyprenyl diphosphate transferase，PPT)的作用下缩合形成3-聚戊烯基-4-羟基苯甲酸(3-polyprenyl-4-hydroxybenzoate)，大肠杆菌和酵母中的酶分别是为UbiA和Coq2。