生物合成

L-麦角硫因的生物合成 L-EGT 最初是 1909 年 Tanret 等从麦角真菌中分离得到，并认为 L-EGT 分布于分生孢子中而不是菌核。 1956 年、1957 年及 1958 年 Heath 和 Wildy 连续用乙酸盐标签法、［35 S］标记蛋氨酸及用［2( 环) - 14 C］标记组胺标签法［18］、组氨酸标签法［19］确认了组氨酸、蛋氨酸是合成 L-EGT 的前体。1959 年 Melville 等［20］在同位素标记前体的帮助下，研究了粗糙链孢霉( Neurospora crassa) 生物合成 L-EGT 三甲基铵基团的途径; 推测 L-EGT 的生物合成顺序为: 组氨酸经蛋氨酸转甲基作用合成组氨酸甜菜碱再经半胱氨酸巯基化作用合成 L-EGT。

Ishikawa 等人用粗糙链孢霉无细胞提取物催化组氨酸的 α-氨基氮原子甲基化，推测 N-二甲基组氨酸甲基转移酶催化 α-N-甲基组氨酸、α-N 形成组氨酸三甲内盐，其中，二甲基组氨酸甲基转移酶负责组氨酸转化为组氨酸三甲内盐的三个转氨甲基化反应［21，22］。直到 2010 年，Seeback 等［23］首次在细菌耻垢分枝杆菌( Mycobacterium smegmatis) 中解析了 L-EGT 的生物合成途径，并确定了 L-EGT 生物合成反应的酶，该途径涉及五个酶构成的酶促反应，这些酶包括 EgtA( γ-谷氨酰基半胱氨酸连接酶) 、EgtB( Fe 2 + 依赖性酶) 、EgtC( 谷氨酰氨基转移酶) 、EgtD( 组氨酸甲基转移酶) 和 EgtE( PLP 依赖性 C-S 裂解酶) ［24］ ( 图 2 中“* ”标记部分) 。

首先，在细菌合成中， EgtD 将三个甲基从 s-腺苷甲硫氨酸( SAM) 转移到组氨酸中形成组氨酸三甲内盐; 同时，EgtA 将半胱氨酸转化为 γ-谷氨酸-半胱氨酸。其次，以二价离子和氧作为辅因子，将组氨酸三甲内盐和 γ-谷氨酰基半胱氨酸通过 EgtB 催化生成 γ-谷氨酰基海西炔基半胱氨酸亚砜。随后，γ-谷氨酰基海西炔基半胱氨酸亚砜经 EgtC 催化生成海西烯半胱氨酸亚砜。最后，海西烯半胱氨酸亚砜经 EgtE 催化产生 L-EGT，同时释放丙酮酸和 NH［25］ 3 。

此外，最新研究发现甲基杆菌菌株( Methylobacterium strains) 中 L-EGT 生物合成只需三步，即 EgtD→MsEgtB( 图 2 中“#”标记部分) →EgtE; 其中 MsEgtB 可以利用半胱氨酸作为硫供体，将组氨酸三甲内盐转化为海西烯半胱氨酸亚砜，将细菌的 L-EGT 生物合成途径从 5 步减少到 3 步［26］。

因此，这种具有特殊 EgtB 的较短的细菌合成途径对 L-EGT 的生物制备更具吸引力。在蓝细菌和厌氧绿硫细菌中，L-EGT 的合成途径由两个酶 EanA 和 EanB 构成［27，28］( 图 2 中“∧” 标记部分) 。组氨酸在 EanA 酶的作用下转化为组氨酸三甲内盐，通过 EanB 酶直接催化生成 L-EGT。而在一些真菌中，如粗糙链孢霉、裂殖酵母、烟曲霉菌及胶红酵母四种小型真菌的 L-EGT 合成途径与耻垢 分 枝 杆 菌、蓝细菌和厌氧绿硫细菌均不相同［29，30］，该 途 径 由 Egt1 和 Egt2 两 个 合 成 酶 构成［31-33］( 图 2 中“＆”标记部分) 。

在这四种真菌中， Egt1 将三个甲基从 s-腺苷甲硫氨酸( SAM) 转移到组氨酸中形成组氨酸三甲内盐，并利用氧和半胱氨酸进一步催化组氨酸三甲内盐生成海西烯半胱氨酸亚砜，最后通过 Egt2 催化生成 L-EGT ［35］。此外，真菌 L-EGT 生物合成途径还免除了 γ-谷氨酰基-半胱氨酸的参与，从而消除了 L-EGT 和谷胱甘肽之间的生物合成竞争，极大提高了L-EGT的生物合成效率。