第一次汇报-红曲色素

红曲色素及其生物合成机理的研究汇报人：蔡丽专业：食品科学导师：陈福生教授红曲色素简介1红曲色素在食品中的应用2红曲色素的合成机理研究3未来展望4Content红曲色素简介红曲色素是一种由红曲菌属的丝状真菌—红曲菌(Monascus)经发酵而成的优质的天然食用色素，是红曲菌的次级代谢产物。工业生产的红曲色素，商品名叫红曲红(MonasucsRed)，是以大米、大豆为主要原料，经红曲菌液体发酵培养、提取、浓缩、精制而成的天然红色色素。红曲色素是多种色素的混合物，主要有红色系和黄色系，是由化学结果不同、性质相近的红、橙、黄三类色素组成，黄色成分因其含量低，故红曲色素呈现红色。红曲色素简介—色素的组成红曲色素黄色的安卡红曲黄素红色的红斑红曲胺橙色的红曲玉红素黄色的红曲素红色的红曲玉红胺橙色的红斑红曲素这些色素都是聚酮类化合物物理性质抗菌性化学性质抗氧化性深紫红色粉末，略带异臭，熔点165-192℃；溶于乙醇、乙醚、醋酸等，在水中的溶解度与溶液的pH关。稳定性：在中性pH范围内较稳定，较耐热，光稳定性差别较大，不受常见金属离子与氧化剂和还原剂的影响。对蜡状芽胞杆菌、霉状杆菌、枯草杆菌、金黄葡萄球菌、荧光假单胞杆菌有较强的抑制作用，其提取物可使肉毒梭状芽胞杆菌的营养体细胞产生裂痕。红曲红色色素和橙色色素都有很强的清除自由基能力。其中红色色素组分的抗氧化性最好。红曲色素的性质红曲色素简介—色素的性质肉制品调味品酒类腌制蔬菜面制品主要应用红曲色素在食品中的应用红曲色素在食品中的应用—桔霉素1995年法国学者Blanc证实某些红曲菌菌株能产生桔青霉素，即桔霉素，对红曲色素在食品中应用的安全性提出了挑战。桔霉素是青霉属和曲霉属的某些菌株产生的真菌毒素，它是一种具有神经毒性的次级代谢产物，是一种肾毒素物质，能引起肾毒性。目前对红曲桔霉素的控制研究主要集中在发酵工艺、诱变育种、基因工程技术三个层面。红曲色素在食品中的应用—桔霉素发酵工艺诱变育种基因工程

针对不同红曲菌株，采用各种优化的培养条件如改良培养基的组分、调节发酵工艺参数等能降低桔霉素含量。

筛选低产或不产桔霉素的红曲菌株克隆红曲桔霉素合成的相关基因，构建DNA文库寻找与桔霉素合成的相关基因，建立T-DNA插入突变体库筛选桔霉素突变子红曲色素合成机理的研究—PKS聚酮类化合物是一类由低级脂肪酸聚合而成的具有长碳链结构的化合物，其合成过程与脂肪酸的生物合成过程类似。催化聚酮类化合物合成的主要酶类是聚酮合成酶(polyketide

synthases,PKSs)。目前聚酮合成酶（PKS）可以分为三类：Ⅰ型PKSⅡ型PKSⅢ型PKSⅠ型PKS是一个拥有多个模块的巨型多功能多肽，以酶结构域的形式参与聚酮碳链延伸的每一步生化反应，并按顺序催化生化反应。Ⅱ型PKS是一个多功能酶复合体，只包含一套可重复使用的结构域，每一结构域在重复的反应步骤中被多次地用来催化相同的反应。Ⅲ型PKS则有部分功能域位于一条肽链上，呈现多功能酶的特点，而其它所需功能则由单个的酶来完成。每一个多肽上都携带有参与聚酮生物合成所必需的各种酶的结构，每个结构只参与整个聚酮碳链中的一步生化反应，而参与一轮聚酮生物合成反应的所有结构域称为一个合成酶单位，编码这个单位的DNA称为一个模块。红曲色素合成机理的研究大多数的真菌PKS被划分为I型PKS。它常包括：酮体合成酶(KS)酰基转移酶(AT)

酰基载体蛋白(ACP)脱水酶(DH)酮体还原酶（KR）真菌PKS的基本结构域组合….但最近Seshine等报道在一些真菌中有潜在的Ⅲ型PKS烯酯酰还原酶（ER）催化β-酮基的反应红曲色素合成机理的研究图1真菌聚酮合酶的催化机制

由一个脂酰辅酶A为起始单元与若干丙二酰辅酶A延伸单元经反复的酯缩合而成，聚酮化合物的主要区别在于对β-酮基的不同处理上。红曲色素合成机理的研究有部分真菌的PKS只催化一轮延伸反应，因此不归为迭代型的Ⅰ型PKS。除了链长、

β-酮基的处理程度以及环化作用以外，真菌聚酮化合物的多样性还来自聚酮化合物碳骨架的衍生化，例如烷化、酰化、氧化、所谓的后PKS作用和剪切反应。在每一轮的延伸反应中PKS可选择性地对酮基链进行还原、脱水和甲基化的加工，形成非还原或部分还原的环状芳香类化合物，或形成部分还原或高度还原的线型或大环类非芳香族化合物。目前，对于真菌聚酮合酶是如何控制链长、还原程度和C-甲基化次数尚不清楚。红曲色素合成机理的研究非还原型或芳香族型PKS（NR-PKS）部分还原型PKS

（PR-PKS）高度还原型PKS（HR-PKS）真菌PKSNR:

PksA、Pks1、WAPR:6-MSASHR:LDKS、MlcB、SQTKS、LNKS、MlcA根据是否存在β-酮基加工功能域及其结构，真菌的PKS可以划分为以上三类图2NR-PKS、PR-PKS和HR-PKS的举例及其结构红曲色素合成机理的研究真菌聚酮化合物生物合成所必需的基因是成簇存在的，如PKS基因、剪切反应中编码酶的基因、以及调控和抗性基因。如洛伐他汀、compactin和黄曲霉毒素的生物合成基因簇。图3几种真菌聚酮化合物的生物合成基因簇红曲色素合成机理的研究红曲色素为红曲菌的次级代谢产物，从结构上看包括脂肪酸和多聚酮两个部分，其合成也主要包括两个部分：多聚酮合成途径产生生色团；脂肪酸合成途径产生中长链脂肪酸，经转酯化作用连接到生色团上。乙酰辅酶A+3丙二酰辅酶A四酮化合物PKS+丙二酰辅酶A五酮化合物如此循环聚酮发色团乙酰辅酶A+脂肪酸聚酮酸+色素分子酯化反应红曲色素合成机理的研究一般认为只有橙色素是通过生物合成途径产生的，红色素和黄色素是通过各种化学反应产生的，大都是橙色素的衍生物，如橙色素通过还原反应可以产生黄色素，氨化橙色素这可形成红色素。尽管部分红曲色素的生物合成途径已经得到阐明，但是如何提高原料转化率，提高红曲色素的产量，同时减少或消除红曲产品中的桔霉素仍然是值得深入研究的。目前主要是通过菌种筛选或在生物合成代谢途径的研究基础上，对发酵工艺进行控制来调节产物的合成。这显然是不够的。利用基因工程技术改造红曲霉菌种才能从根本上解决这些问题，这就需要对这些代谢物的合成基因（PKS）进行系统与深入的研究。

2005年，周礼红对MonakolinK生物合成的相关基因进行了克隆和分析，得到了红曲色素、桔霉素和MonakolinK

可能的生物合成途径。同时，TakeoShimizu等人在紫色红曲菌中发现了桔霉素的pksCT基因，其编码的蛋白质包含KS、AT、ACP和

MeT。红曲色素合成机理的研究红曲的几种次级代谢物:红曲色素、洛伐他汀、桔霉素和MonakolinK的生化合成都是通过聚酮体合成酶（PKS）合成的，在合成后期由不同的功能域作用，形成不同的结构。红曲色素合成机理的研究

2007年，许杨克隆到了橙色红曲菌中的3个PKS基因：

pks1、pks3和pks10，其翻译产物均为KS和AT区域。

pks1负责催化桔霉素的合成，pks3和Pks10与洛伐他汀的合成有关。同时，阮琼芳研究了橙色红曲菌中酰基辅酶A合成酶

(Acyl-CoA

synthetase，ACS)和GMC氧化还原酶(glucose-methanol-choline

oxidoreductase，GMC)基因的功能，

ACS基因参与桔霉素和红曲色素代谢过程中聚酮链骨架及十酰辅酶A的合成，GMC基因参与桔霉素和红曲色素的PKS后修饰过程。

未来展望红曲酶代谢产物如胆固醇酶抑制剂MonakolinK

色素、桔霉素、洛伐他汀等均是聚