摘要：脂肪酸脱氢酶（FattyAcidDesaturases,FAD）是多不饱和脂肪酸（Polyunsaturatedfattyacids,PUFAs）催化合成的关键酶，可在脂肪酸链的特定位置上形成一个或多个C=C双键。PUFAs是一类重要的脂肪酸，内含的α-亚麻酸（alpha-linolenicacid,ALA）是人体必需的脂肪酸，也是EPA和DHA等不饱和脂肪酸的合成前提物质，对于人体健康及疾病的研究有着十分重要的作用。脂肪酸脱氢酶（FAD）既可分为可溶性脱氢酶和膜结合脱氢酶两类，也可分为Acyl-CoA、Acyl-lipid及Acyl-ACP三类,其结构上的蛋白序列高度相似，都含有3个极其保守的组氨酸基序（Hisbox），且FAD种类不同，在结构上也会存在着些许差异。当今，人们对于脂肪酸脱氢酶的研究已成为热点。关键词：脂肪酸脱氢酶，多不饱和脂肪酸，结构多不饱和脂肪酸（PUFAs）是一类含有多个碳碳双键且碳原子一般为18～22个的长直链脂肪酸，在脂肪酸中所占比例超过75%，远高于饱和脂肪酸含量，主要包括：亚油酸（LA）、α-亚麻酸（ALA）、二十碳五烯酸（EPA）、二十二碳六烯酸（DHA）等等。可根据其分子中从甲基端第一个不饱和双键连接碳原子的位置的不同，将PUFAs分为两类：ω-3和ω-6。研究表明，在多数如花生，亚麻，拟南芥，油用牡丹等油料植物中，多不饱和脂肪酸的含量十分丰富，且PUFAs不仅能调节细胞膜脂的流动性，还能促进神经发育，降低人心血管疾病的发生以及改善关节炎等。而α-亚麻酸则是ω-3中的一种，ALA对于促进大脑发育有着很重要的作用，然而由于人体内不能直接合成，所以只能通过饮食来摄取。脂肪酸脱氢酶（FAD）是形成多不饱和脂肪酸（PUFAs）的关键酶，可在脂肪酸链的特定位置上形成双键，能催化合成亚油酸（18：2）和亚麻酸（18：3），这两者均为必需脂肪酸，但却不能自身合成，因此，脂肪酸脱氢酶的相关研究就逐渐被人们和研究人员所关注。本文对脂肪酸脱氢酶（FAD）的概述、分类和结构、及其基因家族的研究以及展望做了一综述。

脂肪酸脱氢酶是一类合成不饱和脂肪酸的关键酶，能在特定的位置上形成碳碳双键，从而产生不饱和脂肪酸。脱氢酶的分布十分广泛，几乎存在于所有生物体中。通过其对不饱和脂肪酸的脱饱和能够使细胞改变膜脂的物理特性，从而得知，脱氢酶对于含有特定不饱和脂肪酸的生物膜的物理性质及其膜脂的脂肪酸组成等方面起着重要的调节作用。PUFAs作为一种脂肪酸，对人体有着重要的生理功能，它不仅是膜磷脂的成分之一，也是新陈代谢方面的重要物质，其合成的途径还存在着许多复杂的脱氢反应。PUFAs分为ω-3和ω-6两类，ω-3指距离羧基最远的C=C双键在倒数第三个碳原子上的不饱和脂肪酸；ω-6则表示距离羧基最远的C=C双键在第六个碳上。ω-3和ω-6这两类多不饱和脂肪酸对于生理活动来说是不可缺少的脂肪酸，在人体健康上有着重要的生物学意义，它们相互协调、制约，共同调节着生命活动的进行。

脂肪酸脱氢酶可根据不同的需求来分类。若根据FAD的存在部位和催化产物的不同，可分为三类：（1）Acyl-CoA，其分布十分广泛，在真菌细胞中都有存在；（2）Acyl-lipid，可催化大多数的脱氢反应，底物是结合脂形式的脂肪酸。脱氢酶酶系由脂肪酸脱氢酶、NADH-细胞色素b5还原酶和细胞色素b5组成，其电子供体是铁氧还蛋白，而Acyl-lipid则是以NADH和b5为电子供体。（3）Acyl-ACP，主要存在于植物的细胞质体中，是可溶性脱氢酶。若根据FAD的定位和辅因子，则又可分为两类：可溶性FAD和膜结合FAD，其中膜结合FAD的存在部位主要是内质网膜和质体膜，能够催化结合脂形式的脂肪酸进行脱氢反应，膜结合FAD可因双键引入方式的不同分为两类：一是羧基定向脱氢酶，又称front-end脱氢酶；二是甲基定向脱氢酶，线虫中的ω-3脂肪酸为该酶的其中一种代表。有研究表明，膜结合脱氢酶对于植物在逆境胁迫下的生长有相关作用，如大豆和拟南芥，通过农杆菌转化法转化拟南芥，改变了拟南芥的耐寒性，且有大豆表达谱分析证明，大豆的GmFAD3基因可提高大豆的抗冷性等等。

脂肪酸脱氢酶在结构上的蛋白序列特征有着高度相似，形成了4个跨膜区域，都含有3个极其保守的组氨酸基序（Hisbox），组氨酸富集区可能与酶活性中心位点的形成有关，但是羧基端和氨基端却明显缺乏同源性。然而，脂肪酸脱氢酶的种类不同，在结构上也会存在着些许差异，例如，羧基定向脱氢酶有3个组氨酸富集区，在N末端还有个亚铁血红素结合区，而甲基定向脱氢酶却只有3个组氨酸富集区。

基因是（gene）具有遗传效应的DNA片段，是最基本的遗传单位。基因家族（genefamily），指来源于同一个祖先，由一个基因通过基因重复而产生两个或更多的拷贝而构成的一组基因，它们在结构和功能上具有明显的相似性，能编码相似的蛋白质产物。目前，有研究对拟南芥、花生、水稻、谷子等植物的脂肪酸脱氢酶基因家族的成员进行了基因克隆，鉴定及表达分析。FAD基因家族在植物中主要包括了七种：FAD2,FAD3,FAD4,FAD5,FAD6,FAD7,FAD8。脂肪酸脱氢酶-4（FAD4）和脂肪酸脱氢酶-5（FAD5）以16碳原子的脂肪酸为反应底物，催化（C16：1）的脂肪酸生成（16：2）脂肪酸。脂肪酸脱氢酶-2（FAD2），脂肪酸脱氢酶-3（FAD3），脂肪酸脱氢酶-6（FAD6）,脂肪酸脱氢酶-7（FAD7）则皆以18碳原子的脂肪酸作为底物。而在ω-6型脂肪酸脱氢酶中有脂肪酸脱氢酶-2（FAD2）和脂肪酸脱氢酶-6（FAD6），它们在ω-6（△-12）的位置引入了双键，将油酸（C18：1）催化生成亚油酸（C18：2）。亚油酸（C18：2）是生成α-亚麻酸（C18：3）的底物，α-亚麻酸（C18：3）是构成人体组织细胞的主要成分，在体内能合成、代谢，转化为机体必需的生命活性因子DHA和EPA。

3.2.1FAD2基因FAD2是FAD家族中十分重要且常被研究的基因之一，是一种Δ-12脂肪酸脱氢酶基因，定位于内质网上，是控制油酸（c18：1）向亚油酸转化的关键基因，直接决定了种子内多不饱和脂肪酸的含量以及比例。研究发现，FAD2主要被研究于多种植物中，在陆地棉花、油茶、油用牡丹、漆树、花生等植物中都分离克隆出FAD2基因。花生是主要的油科植物之一，油酸和亚油酸是其脂肪酸的主要成分。油酸能保持有益的高密度胆固醇，从而有效预防心血管等疾病的发生，但高油酸品种在低温条件下出苗率很低，表现为不耐低温。可从栽培花生中克隆得到FAD2基因，通过荧光定量PCR（qPT-PCR）探究其在高油酸花生（ZH413）和普通油酸花生（ZH16）各组织器官中的表达模式，比较两者在低温胁迫条件下的发芽率，各AhFAD2基因在低温下的表达模式来分析FAD2基因与耐低温能力之间的关系。除此之外，有研究显示，克隆得到的油茶FAD2基因CoFAD2-2基因，全长1558bp，含5’UTR162bp、3’UTR247bp和1152bp的开放阅读框，编码383个氨基酸,对该基因进行序列表达分析，表明了其与多数油料植物FAD2基因的亲缘关系较近，尤其是油橄榄的FAD2-2基因。3.2.2FAD3基因FAD3（Δ-15脂肪酸脱氢酶）与FAD2一同定位在内质网上，是一种内质网脂肪酸脱氢酶。ω-3脂肪酸是人体自身不能合成的必须脂肪酸，其中FAD3在内质网中以亚油酸为前体催化合成α-亚麻酸，是合成α-亚麻酸的关键酶，影响着ω-3脂肪酸的含量高低。有实验室对与大豆不饱和脂肪酸相关的基因GmFAD3进行了克隆，其片段长度为1143bp,分析表明GmFAD3编码了380个氨基酸，且GmFAD3蛋白具有较高的保守性，GmFAD3在拟南芥中过表达提高了拟南芥植株的耐冷性。近年来发现，FAD3可改良植物对温度等逆境胁迫的适应性，有研究通过同源克隆获得了紫苏FAD3基因，对其基因序列进行生物信息学分析，并通过荧光定量PCR技术，分析FAD3基因的表达模式，进一步探究该基因的作用机制与生物学功能。目前，还有研究在亚麻、紫斑牡丹等植物中鉴定出了ω-3脱氢酶基因。3.2.3FAD6、FAD7、FAD8基因FAD6是一种质体脂肪酸去饱和酶，是FAD2的同工酶。FAD7是催化三烯脂肪酸，如亚麻酸、十六碳三烯脂肪酸的关键酶。FAD8参与棕榈三烯酸和亚麻酸的合成。三者都是定位在质体（叶绿体）膜上，都是催化亚油酸等合成α-亚麻酸的关键酶。FAD7和FAD8是FAD3基因的质体型同工酶，位于叶绿体包膜的内膜中。在铁观音茶树克隆得到了FAD6基因；在油棕中果皮研究质体FAD6基因。采用RACE和RT-PCR方法克隆获得凤丹牡丹脂肪酸脱氢酶7基因cDNA片段。从甜高粱中分离并克隆出FAD7基因过表达拟南芥植株以及低温处理植株发现该基因可提高植物的抗寒性。

脂肪酸脱氢酶在生产生活方面可能的用途非常广泛，包括医药、农业和食品和饲料工业；从技术角度看，其中最重要的应用便是食用油方面的转基因植物的培育。在其他技术方面，可以制备高产油且高度专一的微生物菌种，这种微生物菌种可以利用低成本的农业工业废料，有效的转化含有特质多不饱和脂肪酸（PUFAs）组合物的微生物油或者含有固态发酵制备PUFAs的谷物，这些都是降低PUFAs成本的方法，有助于在人类日常饮食中加入更多的PUFAs。脂肪酸脱氢酶基因的所有研究，都可能是为其在生产生活以及研究上的应用提供巨大的潜力，从而为以生物技术为基础的不饱和脂肪酸油或者产品开辟新的市场前景。脂肪酸脱氢酶的基因家族广泛存在于植物界中，目前已经从很多植物中克隆到了FAD2基因，其功能的研究也相对比较明确，但是关于红花中FAD3基因的研究还比较少，红花作为一种油料作物，更多是作为一种中药，如果我们弄清楚红花中FAD3基因对油酸转化成亚麻酸的机制，这将会大大提高红花中亚麻酸的产量以及提高红花的应用价值。当今社会，随着越来越多基因工程手段的利用，更多的脂肪酸脱氢酶基因被克隆到，这对于油料作物中不饱和脂肪酸的组成及含量，利用油料作物来生产我们人类所需要的不饱和脂肪酸具有重大的作用，甚至会在未来有着极大的前景。

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