《魚類脂肪酸去飽和酶的底物識別與偏好性機制研究》是依託汕頭大學，由王樹啟擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：魚類脂肪酸去飽和酶的底物識別與偏好性機制研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王樹啟
- 依託單位：汕頭大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高度不飽和脂肪酸（HUFA）對人和動物體的健康具有重要功能。魚類是HUFA的重要來源，但不同魚類的HUFA合成能力不同，主要與HUFA合成關鍵酶- - 特別是脂肪酸去飽和酶（FAD）的種類和活性的差異有關。魚類FAD具功能多樣性和n-3底物偏好性的特點，但目前尚缺乏相關機制的研究。本項目擬選擇幾種典型的FAD（黃斑藍子魚Δ6/Δ5及Δ4、斑馬魚Δ6/Δ5、軍曹魚Δ6以及偏好n-6底物的小鼠Δ6去飽和酶）為研究對象，通過對不同FAD一級結構的序列比對、拓撲結構預測、基因定向改造和酶活性鑑定等方面的系統比較、分析，以闡明酶的結構與功能的關係，並揭示魚類FAD的底物識別及n-3底物偏好性的分子基礎和機制。本項目首次聚焦FAD的功能特性，項目成果不僅對於豐富魚類分子營養學內容具有重要的理論意義，也有助於揭示魚類富集n-3 HUFA的分子機理，還可為魚類FAD基因資源的發掘和套用等提供理論依據。
結題摘要
脂肪酸去飽和酶（Fads）是動物合成長鏈多不飽和脂肪酸（LC-PUFA）的關鍵酶。哺乳動物的Fads1具有Δ5去飽和活性，Fads2具有Δ6去飽和活性。而硬骨魚僅含有Fads2，多數海水魚類因缺乏Δ5去飽和活性而不能和LC-PUFA。然而，魚類的Fads2顯示功能多樣性，如Δ6/Δ5雙功能Fads彌補了Fads1的缺失，某些魚類的Fads2還具有完全的Δ5甚至Δ4活性。因此，闡明魚類Fads功能特性的分子結構基礎，對於弄清魚類Fads分子進化機制、解釋海水魚類為何LC-PUFA合成能力低下具有重要的理論意義。本項目發現草魚、黃斑藍子魚、大西洋鮭和日本鰻鱺等硬骨魚的Fads2都具有n-3脂肪酸底物偏好性，結合其他文獻報導，表明所有魚類都對n-3底物有更高的催化活性。選擇以藍子魚Δ6/Δ5 Fad和Δ4 Fad為研究對象，通過對應片段的置換及點突變，發現Δ6/Δ5 Fad的苯丙氨酸F（278，胺基酸殘基位置，下同）、組氨酸H（279）、谷氨酸Q（281）和纈氨酸V（296）以及Δ4 Fad中對應的酪氨酸Y(280)、天冬氨酸N（281和283）和絲氨酸S（298）對Fad的底物識別起決定作用，上述胺基酸的置換將導致Fad功能的顛換。對關鍵胺基酸進行分析，發現來自Δ6/Δ5 Fad的胺基酸的R基團相比其對位胺基酸更為“豐滿”，如果形成一個催化“口袋”，Δ6/Δ5 Fad的“口袋”更小一些，無法裝下Δ4 Fad的底物。逐個置換關鍵胺基酸，Fad底物的專一性也將從18C向22C過渡。而所有n-3系列脂肪酸底物都比其對應的n-6底物略小，更容易進入口袋，因此，所有Fad都對n-3底物具有偏好性。 為了確定Fad蛋白的跨膜拓撲結構，通過在特定位點插入雙螢光標記，確定了N端在內質網內側、C端在細胞質側的跨膜結構模型。與底物識別有關的關鍵胺基酸分別位於兩個相鄰的疏水結構域末端，可能起穩定局部構象的作用。本研究初步揭示了Fad結構與功能的關係，首次提出了Fad底物識別及偏好性的分子模型，並通過實驗確定了其跨膜拓撲結構。研究結果對揭示魚類Fad的分子進化規律具有重要的理論意義，對進一步挖掘LC-PUFA合成相關的基因資源，通過基因工程的手段獲得LC-PUFA有一定套用價值。
