CRT (genetik)
CRT är det genkluster som ansvarar för biosyntesen av karotenoider . Dessa gener finns i eubakterier, i alger och är kryptiska i Streptomyces griseus .
CRT -geners roll i karotenoidbiosyntes
CRT - genklustret består av tjugofem gener såsom crtA, crtB, crtC, crtD, crtE, crtF, crtG, crtH, crtI, crtO, crtP, crtR, crtT, crtU, crtV och crtY, crtZ . Dessa gener spelar en roll i olika stadier av astaxantinbiosyntesen och karotenoidbiosyntesen (tabell 1).
crtE kodar för ett enzym känt som geranylgeranyldifosfatsyntas som är känt för att katalysera kondensationsreaktionen av isopentenylpyrofosfat (IPP) och dimetylallylpyrofosfat (DMAPP) till geranylgeranyldifosfat (GGDP). Två GGDP-molekyler omvandlas därefter till en enda fytoenmolekyl av fytoensyntas , ett enzym som kodas av crtB , känt som PSY i Chlorophyta. Följande desaturation av fytoen till ζ-karoten katalyseras av fytoendesaturaset som kodas av crtI, crtP och/eller PDS. ζ-karoten kan också erhållas genom fytoen med användning av karoten 2,4-desaturasenzymet ( crtD ). Beroende på art, ackumuleras olika karotenoider efter dessa steg.
Spirilloxantin
Spirilloxantin erhålls från lykopen efter en hydrerings-, desaturations- och metyleringsreaktion. Dessa reaktioner katalyseras av karotenhydratas ( crtC ), karoten 3,4-desaturas ( crtD ) respektive karotenmetyltransferas ( crtF ).
Canthaxanthin
Lykopen cykliseras genom två enzymer lykopencyklas och β-C-4-oxygenas/β-karotenketolas som kodas på crtY ( i Chlorophyta) / crtL (i cyanobakterier), respektive crtW . crtY cykliserar lykopen till β-karoten, som sedan syresätts av crtW för att bilda kantaxantin.
Zeaxanthin och lutein
Zeaxantin och lutein erhålls genom hydroxylering av α- och β-karoten. Hydroxylering av Zeaxanthin sker av β-karotenhydroxylas, ett enzym som kodas på crtR (i cyanobakterier) och crtZ -genen (i Chlorophyta).
Övrig
Zeaxantin kan vidarebearbetas för att erhålla zeaxantin-diglukosid med Zeaxanthin glucosyl transferase ( crtX ).
Echinenon erhålls från β-karoten genom det katalyserande enzymet β-C-4-oxygenas/β-karotenketolas ( crtO ). CrtO , även känd som bkt2 i Chlorophyta, är också involverad i omvandlingen av andra karotenoider till Canthaxanthin, 3-Hydroxyechinenone, 3'-Hydroxyechinenone, Adonixanthin och Astaxanthin. CrtZ , på samma sätt som crtO , kan också omvandla karotenoider till β-kryptoxantin, zeaxantin, 3-hydroxiechinenon, 3'-hydroxiechinenon, astaxantin, adonixantin och adonirubin.
crtH katalyserar isomeriseringen av cis-karotener till trans-karotener genom karotenoid isomeras.
crtG kodar för karotenoid 2,2'-β-hydroxylas, detta enzym leder till bildandet av 2-hydroxylerade och 2,2'-dihydroxylerade produkter i E coli .
| Gen | Enzym | Katalyserad reaktion |
|---|---|---|
| crtE | GGDP-syntas | IPP och DMAPP konvertering till GGDP |
| crtB (PSY*) | Fytoensyntas | GGDP-omvandling till fytoen |
| crtP (PDS*) | Fytoen desaturas | Omvandling av fytoen till ζ-karoten |
| crtI | Fytoein-desaturas | Omvandling av fytoen till ζ-karoten |
| crtQ | ζ-karotendesaturas | Desaturation av ζ-karoten till lykopen |
| crtH | Karotenoid isomeras | Isomerering av cis till transkarotoner |
| crtY (lcy-E) | Lykopencyklas | Cyklisering av lykopen |
| crtL (lcy-B) | Lykopencyklas | Cyklisering av lykopen |
| crtD | Karoten 3,4-desaturas | Omvandling av fytoen till ζ-karoten |
| crtA | Spheroiden monooxygenas | Omvandling av sfäroiden till sfäroidenon |
| crtR + | β-karotenhydroxylas (olika cyanobakterier) | Hydroxylering av β-karoten till zeaxantin |
| crtZ* | β-karoten hydroxylas (olika Chlorophyta) | Hydroxylering av β-karoten till zeaxantin |
| crtX | Zeaxanthin glucosyl transferas | Omvandling av zeaxantin till zeaxantin-diglukosid |
| crtW (bkt2*) | β-C-4-oxygenas/β-karotenketolas | Omvandling av β-karoten till kantaxantin |
| crtO | β-C-4-oxygenas/β-karotenketolas | Omvandling av β-karoten till echinenon |
| crtC | Karotenhydratas | Omvandling av neurosporen till demetylsferoiden och lykopen till hydroxiderivat |
| crtG | Karotenoid 2,2'-β-hydroxylas | Omvandling av myxol till 2-hydroximyxol och zeaxantin till nostoxantin |
| crtK | Karotenoidreglering | - |
| * I Chlorophyta, + I cyanobakterier | ||
Fylogeni
Tidigare studier har genom fylogenetisk analys visat att evolutionära mönster av crt- gener kännetecknas av horisontell genöverföring och gendupliceringshändelser .
Horisontell genöverföring har antagits ha skett mellan cyanobakterier och Chlorophyta , eftersom likheter i dessa gener har hittats över taxa. Observera dock att vissa cyanobakterier behöll sin natur. Horisontell genöverföring mellan arter inträffade med hög sannolikhet i gener involverade i de initiala stegen av karotenoidbiosyntesvägen såsom crtE, crtB, crtY, crtL, PSY och crtQ . Dessa gener är ofta välbevarade medan andra involverade i de senare stadierna av karotenoidbiosyntesen såsom crtW och crtO är mindre konserverade. Den mindre konserverade naturen hos dessa gener möjliggjorde expansionen av karotenoidbiosyntesvägen och dess slutprodukter. Aminosyravariationer inom crt -gener har utvecklats på grund av renande och adaptivt urval.
Gendupliceringar misstänks ha inträffat på grund av närvaron av flera kopior av ctr-kluster eller gener inom en enda art. Ett exempel på detta kan ses i Bradyrhizobium ORS278 -stammen, där initiala crt- gener kan hittas (exklusive crtC-, crtD- och crtF -gener) såväl som ett andra crt- genkluster. Detta andra genkluster har visat sig också vara involverat i karotenoidbiosyntes med hjälp av dess crt -paraloger .