研究胡椒如何生长

植物到底是怎么制造这些刺激性物质的呢?莱布尼茨植物生物化学研究所(IPB)正在就这一主题进行密集的工作。最近，由托马斯·沃格特博士领导的一组科学家确定了赋予胡椒植物(胡椒)果实独特而刺激性味道的关键酶。

所讨论的酶，胡椒碱合酶，催化生物合成辛辣胡椒碱的最后一步.现在，生物化学家们跟进了第二种刺激性化合物，更多地阐明了辣椒中的辣椒素(辣椒规格)是如何生物合成的。他的研究小组首次描述了长期寻找的辣椒素合酶的酶活性。当植物产生辣椒素时，酶是催化最终反应步骤的。

当胡椒碱和辣椒素与舌头和粘膜接触时，它们与确切的受体结合，也对热反应，酸或伤害.然后，这种受体会触发某些神经细胞的刺激，人类将其视为辛辣。辣椒素和胡椒碱还具有抗菌，消化和循环作用.

因此，除了为菜肴调味之外，它们还具有作为医疗应用活性成分的相当大的前景。“最近的文献包括数百项关于辣椒和辣椒提取物生物效应的研究，但很少有涉及刺激性物质实际上是如何生物合成的，”IPB苯丙烷代谢研究小组负责人ThomasVogt解释说。

一个原因可能是阐明植物生物合成途径所需的专业知识的特殊组合，除了少数研究机构外，这很少有证据。理想情况下，化学家、生物化学家和生物信息学家联手放大参与生产抢手物质的少数候选酶。使寻找酶更加复杂的是，在某些植物物种中，许多基因和酶仍然是未知的。

“我的意思是，”托马斯·沃格特说，“你没有太多的回旋余地来查阅数据库。

当谈到胡椒，以及缺乏数据之外，还出现了其他问题。例如，哈勒的科学家首先必须种植胡椒植物，然后，无论如何，确保它们结出果实。“这不是胡椒，胡椒生长在温室里，”生物化学家解释说，“但研究所的园丁成功了。

成功栽培植物后，研究小组可以在三个月的时间内将胡椒浆果收获到不同的成熟阶段，并密切观察其胡椒碱含量如何稳步增加。根据科学家的说法，成熟的浆果也应该含有形成胡椒碱的酶.相反，植物的叶子不应含有生物合成的胡椒酶，因为它们不产生胡椒碱，因此味道不辣。

科学家们利用了胡椒碱含量的这些差异，即当胡椒碱生物合成酶分别存在和不存在时.假设酶仅在其基因被激活和读取时才存在于某些组织中，他们比较了不同成熟阶段(成熟度)叶片和果实中的基因活性。

这样做为他们鉴定那些在未成熟水果中特别活跃的基因铺平了道路，包括胡椒碱合酶的特定基因。然后将该基因引入微生物中，在那里它作为细菌产生胡椒碱合酶的模板.所有这些都使来自哈勒的胡椒专家毫无疑问地证明，分离的酶催化两种起始物质胡椒酰辅酶A和哌啶的融合形成胡椒碱。

因此，获得了长期追捧的胡椒碱合酶的确认。

但是发现辣椒素合酶的任务带来了其他问题。在这里，尽管编码基因已经被鉴定出来，但从来没有科学家成功地从细菌中产生酶活性蛋白。换句话说，正在研究的基因是辣椒素合酶的铸铁证据仍然悬而未决。

尽管如此，来自Halle的植物研究人员利用他们的专业知识，同时研究相对相似的辣椒酶来分离辣椒素合酶，并在最终的活性测试中证明它确实催化了两种起始物质8-甲基-6-壬烯酰辅酶A和香草胺与辣椒素的长期假设反应。

胡椒碱和辣椒素合酶的这些最终活性证明部分是因为该研究所的合成化学家能够自己生产所有起始材料，尽管它们尚未上市，并在酶测试期间根据需要使用它们。

随着胡椒碱生物合成和辣椒素生物合成的主要反应步骤的阐明，在某些时候完全了解这两种生物合成途径的前景仍然存在.但为什么这会改变游戏规则呢?一旦您了解了生物合成过程中涉及的所有酶，您就可以将适当的基因引入微生物中，并让它们产生所需的活性成分。

“然而，对于胡椒来说，这在经济上没有意义，”托马斯沃格特说，“因为胡椒碱以如此高的浓度存在于胡椒浆果中，以至于分离它，例如用于药用目的，很容易。

即便如此，IPB科学家发现阐明生物合成途径的任务是有益的，因为新发现的酶催化有趣的反应，产生具有复杂结构的反应产物。这些酶可以被生物化学家修饰，以产生具有所需特性的全新酶。

一旦优化，这些酶就被用来合成试管中新的和潜在的有效物质。这种类型的生物催化合成，即模拟和优化试管中的原始植物生物合成，作为一个相对年轻的研究领域具有丰富的潜力。作为石化合成的替代品，生物催化可以产生所需的物质，而无需使用任何有毒的催化剂和溶剂，也不会产生有害的副产物。