异戊二烯焦磷酸异构酶（IPI，IDI）

称谓

异戊二烯焦磷酸异构酶 isopentenyl diphosphate isomerase IPI IDI EC 5.3.3.2

概述

异戊二烯焦磷酸异构酶是[[异戊二烯（isoprene）]]代谢网络中的枢纽酶，催化[[异戊烯二磷酸（异戊烯基焦磷酸，IPP）]]与[[二甲基烯丙基二磷酸（二甲基烯丙基焦磷酸，DMAPP）]]之间的可逆异构化反应。其**结构**决定了萜类生物合成中两种C5活性前体的比例。

酶学特征

IDI催化的反应为：

[[异戊烯二磷酸（异戊烯基焦磷酸，IPP）]]<-->[[二甲基烯丙基二磷酸（二甲基烯丙基焦磷酸，DMAPP）]]

-

\usepackage{chemfig}
\usetikzlibrary{decorations.pathmorphing}
\definecolor{cpk_P}{rgb}{1.00, 0.50, 0.00}     % P
\definecolor{cpk_P6}{rgb}{0.50, 0.75, 0.50}     % P6
\begin{document}
\chemname{
\chemfig[cram width=2pt]{
(-[2,]CH_3)(=[4.7]H_2C)-[7.3]-[0.7]-[7.3]O
-[0.7,1,,,,]{\chemmove{\draw[ultra thick,green,fill=cpk_P,line width=2pt] (0.1,0.12)circle(6pt);}P}
-[,1,,,decorate,decoration=snake]{\chemmove{\draw[ultra thick,green,fill=cpk_P,line width=2pt] (0.1,0.12)circle(6pt);}P}
}
}{Isopentenyl-diphosphate delta isomerase(IPP)}
\begin{tikzpicture} 
\draw [<->] (0,0) to node[above] {isopentenyl diphosphate isomerase} (5.6,0); 
\end{tikzpicture}
\chemname{
\chemfig[cram width=2pt]{
(-[2,]CH_3)(-[4.7]H_3C)=[7.3]-[0.7]-[7.3]O
-[0.7,1,,,,]{\chemmove{\draw[ultra thick,green,fill=cpk_P,line width=2pt] (0.1,0.12)circle(6pt);}P}
-[,1,,,decorate,decoration=snake]{\chemmove{\draw[ultra thick,green,fill=cpk_P,line width=2pt] (0.1,0.12)circle(6pt);}P}
}
}{Dimethylallyl pyrophosphate(DMAPP)}
\end{document}

^1

反应涉及双键从Δ³'⁴位（IPP）迁移至Δ²'³位（DMAPP），同时伴随质子的消除与加成。IDI分为两种类型：

• **I型IDI**：依赖二价阳离子（Mg²⁺/Mn²⁺），通过碳正离子中间体机制催化，广泛分布于真核生物和部分细菌

• **II型IDI**：需要[[FAD]]和NADPH辅因子，通过自由基中间体机制催化，主要存在于古细菌和部分革兰氏阳性菌

在萜类合成中的功能

IDI的功能至关重要，因为IPP和DMAPP在链延伸反应中扮演不同角色：

• **DMAPP**：作为烯丙基引发剂（亲电单元），启动萜链的头对尾缩合

• **IPP**：作为异戊烯基延伸单元（亲核单元），逐步延长碳链

每次链延伸消耗一分子IPP，但只需一分子DMAPP启动，因此IDI的催化效率决定了DMAPP的供给速率。

代谢调控

IDI的平衡常数偏向IPP→DMAPP方向（{eq} \approx 6:1$ 有利于DMAPP形成），确保下游[[0. 类胡萝卜素（carotenoid）]]、[[胆固醇（cholesterol）]]和[[辅酶Q]]合成的DMAPP供给。IDI活性受下游产物的反馈调控，是[[0. 甲瓦龙酸途径（MVA途径，甲羟戊酸途径）]]与[[0. 甲基赤藓醇4-磷酸途径（MEP途径）]]汇聚的关键节点。

参考资料

• IDI连接MVA途径和MEP途径两条[[异戊二烯（isoprene）]]合成通路

• I型和II型IDI在进化上无同源关系，是趋同进化的典型案例