玫瑰花香從何而來？花瓣細胞中萜類化合物的合成機制

萜類化合物扮演著極其關鍵的角色。以下是詳細的合成機制：

• 主要成分： 玫瑰花香的核心揮發性物質是單萜和倍半萜類化合物。最重要的代表包括：
  • 香茅醇： 玫瑰特征甜香的主要來源。
  • 香葉醇： 帶有玫瑰、水果和花香。
  • 橙花醇： 更清新、甜潤的玫瑰花香。
  • 芳樟醇： 提供清新、花香、木香調。
  • 玫瑰醚： 貢獻獨特的“玫瑰”氣息（在部分品種中含量高）。
  • β-大馬酮/β-突厥酮： 提供果香、蜂蜜香、茶香底蘊。
• 釋放部位： 這些化合物主要在花瓣的表皮細胞（尤其是靠近花瓣邊緣和頂端的區域）中合成，并儲存于表皮角質層下或特定的分泌結構中。隨著花瓣成熟和溫度變化，它們通過角質層擴散揮發到空氣中。

萜類化合物在花瓣細胞中的生物合成遵循植物萜類合成的通用途徑，主要包括以下幾個關鍵步驟：

前體供應：

• 植物細胞通過初級代謝（光合作用、呼吸作用）產生基本碳源。
• 萜類生物合成的核心前體是異戊烯基焦磷酸和二甲基烯丙基焦磷酸。它們是所有萜類化合物的基本構建單元。

IPP/DMAPP 的合成途徑：

• 植物細胞有兩條主要途徑合成 IPP 和 DMAPP：
  • MEP途徑： 發生在質體中。原料是丙酮酸和甘油醛-3-磷酸。這條途徑主要產生用于合成單萜、二萜以及類胡蘿卜素的 IPP/DMAPP。在玫瑰花香萜類（尤其是單萜）合成中，MEP途徑是主導途徑。
  • MVA途徑： 發生在細胞質中。原料是乙酰輔酶A。這條途徑主要產生用于合成倍半萜、三萜和甾體的 IPP/DMAPP。玫瑰花香中的倍半萜（如大馬酮）主要由此途徑提供前體。

C? 單元縮合形成 C??, C?? 骨架：

• 單萜合成： 在質體中，1 分子 DMAPP 和 1 分子 IPP 在香葉基焦磷酸合酶的作用下縮合形成 香葉基焦磷酸。GPP 是幾乎所有單萜的直接前體。
• 倍半萜合成： 在細胞質中，1 分子 DMAPP 和 2 分子 IPP 在法尼基焦磷酸合酶的作用下縮合形成法尼基焦磷酸。FPP 是倍半萜的直接前體。

萜類骨架的形成（萜類合酶的關鍵作用）：

• 這是賦予萜類化合物多樣性的核心步驟。由一類稱為萜類合酶的酶催化。
• 萜類合酶： 它們作用于 GPP 或 FPP 焦磷酸底物，通過復雜的環化、重排、消除等反應機制，生成結構多樣的單萜或倍半萜碳骨架。
• 玫瑰中的關鍵萜類合酶：
  • 單萜合酶： 催化 GPP 形成如芳樟醇、橙花醇、香葉醇、檸檬烯、α-松油醇等的骨架。
  • 倍半萜合酶： 催化 FPP 形成如β-石竹烯等骨架（大馬酮等通常需要后續修飾）。

骨架的修飾（后修飾）：

• 由萜類合酶產生的初始碳骨架通常需要經過一系列修飾酶的加工，才能形成具有特定香氣特征的最終揮發性化合物。這些修飾包括：
  • 氧化： 由細胞色素 P450 單加氧酶催化，在分子中引入羥基（-OH）、羰基（C=O）等含氧基團。這是形成玫瑰主要香氣成分（香茅醇、香葉醇、橙花醇等單萜醇，以及大馬酮、玫瑰醚等）的關鍵步驟。例如：
    • 香茅醇脫氫酶催化香葉醇/Nerol 轉化為香茅醇。
    • 單萜醇脫氫酶催化芳樟醇轉化為芳樟醇氧化物。
    • P450 酶催化特定的倍半萜前體形成大馬酮/突厥酮。
  • 還原： 將羰基還原為羥基。
  • 甲基化： 形成甲醚（如玫瑰醚的形成可能涉及甲基化步驟）。
  • 乙?；?/strong> 形成乙酸酯（如乙酸香茅酯、乙酸香葉酯等，也貢獻香氣）。
• 修飾酶的底物特異性、表達量和活性是決定最終香氣成分譜（不同玫瑰品種香味差異）的重要因素。