三萜類環化酵素家族的簡介

三萜類化合物（Triterpenoid）是一群由三十個碳的前驅物衍生而 來的多烯類產物。目前，已知天然來源而產生的不同多烯類骨架的三 萜類化合物有近兩百多種 ¹⁶。這些三萜類化合物，主要是由自然界的 三萜類環化酵素家族，經由單一步驟的酵素催化反應，並藉由酵素與 受質間的鏡像或立體選擇性的環化及骨架重排作用，而生成了如此多 樣的產物，而這些產物泛存於自然界的各物種中形成產物多樣性。然 而，正因為此一催化反應的複雜性與其產物的多樣性，三萜類環化酵 素 家 族 對 於 其 催 化 鯊 烯 （ Squalene ） 或 氧 化 鯊 烯

（(3S)-2,3-oxidosqualene ） 進 行 環 化 反 應 ， 而 形 成 多 環 多 烯 類

（terpenes）的催化機制在這半世紀以來一直是分子生物學家及化學 家所公認是最迷人及最具挑戰性的生物轉化反應之一。

三萜類在不同物種間依其所使用之酵素，能分別將直鏈狀多烯類 的鯊烯或氧化鯊烯，經由其單一生物轉化的過程，催化形成多個不對 稱立體中心的多環類脂醇或三萜類化合物¹⁷。整個環化過程包括雙鍵 或環氧鍵（Epoxide）的質子化（Protonation）、誘導開環、環化

（Cyclization）、甲基與氫化鍵之重組（Rearrangement）、與最後的 終止脫除（Elimination）反應。

1.2.1 三萜類產物的多樣性與特異性

三萜類化合物依物種的特異性會分別利用不同之環化酵素來進 行三萜類的環化反應。例如在細菌中，直鏈狀的鯊烯會經由鯊烯-蛇 麻烯環化酵素（Squalene - Hopene Cyclase；SHC）的環化作用而生成 具有五環的產物－蛇麻烯（Hopene），或藉其他環化酵素的反應而生 成蛇麻醇（Hopanol） 或里白醇（diplopterol） 等環狀產物；在較高 等的植物與藻類中，氧化鯊烯可以被環阿屯醇合成酵素（Cycloartenol Synthase；CAS）環化而生成五環之環阿屯醇（cycloartenol），或是

經由羽扇醇合成酵素（Lupeol Synthase；LUS ） 的作用而合成五環

Hopene Hopanol

Bacterial

Squalene

Animals and Fungi Higher plants

Higher plants Higher plants Higher plants Bacterial

β -Amyrin

1.2.2 氧化鯊烯的摺疊結構與環化

在三萜類的環化過程中，一開始是由環化酵素中的酸性胺基酸提 供電子，進而使得親核性的雙鍵或是環氧基藉由其親核性作用進行開 環起始反應。而在整個環化過程中包含了 16 個鍵的斷裂與生成，並 經過一連串的碳陽離子-烯烴環化作用（cation-olefin cyclization）生成 帶有正電的高能碳陽離子中間產物（cationic intermediates）。而大部 分的碳陽離子中間產物皆只存在於十分短暫的時間，所以並不容易被 科學家所分離。此外，鯊烯在其環化酵素的活性區域中，會依全椅形 的形式（all-chairform）摺疊，而相對地氧化鯊烯在不同的氧化鯊烯 環化酵素活性區域中，經由不同物種的環化酵素上胺基酸殘基的誘 導，則會有兩種摺疊的方式：椅形-船形-椅形（chair-boat-chair）與椅 形-椅形-椅形（chair-chair-chair），依這些摺疊方式來進行上述開環 反應進而形成碳陽離子中間產物 ³。正因為相同的反應受質在酵素中 具有不同的摺疊方式，所以造成了立體構形相異的反應機制，經質子 化及一連串的雙鍵電子轉移後，會生成二種類型的碳陽離子中間物 如：（一） 經由 chair-boat-chair 骨架摺疊生成的原脂醇碳陽離子中 間物（Protosteryl Cation intermediates）；（二）經由 chair- chair –chair 骨 架 摺 疊 會 形 成 達 瑪 烯 碳 陽 離 子 中 間 物 （ Dammarenyl Cationintermediates）。其中原脂醇碳陽離子中間物經過不同的甲基與 氫化基的轉移等骨架重排作用後，會在不同位置進行脫氫反應，或是 藉由水分子作用來終止反應進而形成環阿屯醇、羊毛硬脂醇和南瓜子 雙烯脂醇（Cucurbitidienol）；而達瑪烯碳陽離子中間物在不同酵素 中可以被繼續誘導環化而形成6-6-6-6-5 及 6-6-6-6-6 五環的碳陽離子 中間物，接著在經由類似的骨架重排與脫氫作用而生成達瑪雙烯醇

（Dammaradienol）、羽扇醇、α-香桂素及 ß-香桂素等 ^18-20《圖 1-4》。

《圖1-4》氧化鯊烯在酵素內的摺疊方式與其產物途徑