2013年化學(xué)“搞笑諾貝爾獎(jiǎng) ：日本學(xué)者 Shinsuke Imai, Nobuaki Tsuge, Muneaki Tomotake,Yoshiaki Nagatome, H. Sawada, Toshiyuki Nagata和Hidehiko Kumgai發(fā)現(xiàn)洋蔥“催人淚下”的生物化學(xué)機(jī)制遠(yuǎn)比我們以前知道的要復(fù)雜。

2002年，日本的幾位學(xué)者在Nature雜志上發(fā)表了一篇題為“An onion enzyme that makes the eyes water”的論文，揭示了洋蔥“催人淚下”的最新生物化學(xué)機(jī)制。長久以來，人們認(rèn)為洋蔥使人流淚的催淚因子(lachrymatory factor , propanthial S-oxide)由蒜氨酸酶(alliinase)催化產(chǎn)生。而發(fā)表在Nature上的這篇論文揭示了洋蔥中催淚因子的另一關(guān)鍵酶-催淚因子合成酶(lachrymatory factor synthase,LFS)也是必不可少的【Shinsuke Imai, Nobuaki Tsuge,Muneaki Tomotake, et al. An Onion Enzyme that Makes the Eyes Water. Nature, 2002, 419(6908):685.】。

關(guān)于洋蔥的刺激性風(fēng)味前體，相關(guān)的研究和報(bào)道比較多，這些風(fēng)味前體多是烷基半胱氨酸硫氧化物[S-alk(en)yl cysteine sulfoxides ]，主要為S-甲基-L-半胱氨酸亞砜(methiin)、S-丙基-L-半胱氨酸亞砜(propiin)、S-丙烯基-L-半胱氨酸亞砜(isoalliin)和S-烯丙基-L-半胱氨酸亞砜(alliin)。

洋蔥中主要的風(fēng)味前體物質(zhì)

風(fēng)味前體物質(zhì)半胱氨酸硫氧化物在鮮洋蔥中占0.668%，S-丙烯基-L-半胱氨酸亞砜含量最多，它們最終促成了洋蔥特有的風(fēng)味。這些前體物質(zhì)均無色無味，其中，風(fēng)味前體物質(zhì)在細(xì)胞質(zhì)中，而蒜氨酸酶在液泡中，二者各有各的“領(lǐng)地”，互不干擾，所以完整的洋蔥沒有刺激氣味。當(dāng)洋蔥細(xì)胞受外力破損(剝洋蔥或切洋蔥)時(shí)，風(fēng)味前體物質(zhì)烷基半胱氨酸硫氧化物與蒜氨酸酶的“邂逅”導(dǎo)致瞬間發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，在蒜氨酸酶的催化下，烷基半胱氨酸硫氧化物水解為硫代丙醛-S-氧化物，同時(shí)還生成丙酮酸和氨(下圖，圖中以S-丙烯基-L-半胱氨酸亞砜為例說明)，

很多的研究已證實(shí)硫代丙醛-S-氧化物就是導(dǎo)致人眼睛流淚的主要成分，它被稱為催淚因子。硫代丙醛-S-氧化物為易揮發(fā)性物質(zhì)，并使嘴唇有灼燒熱辣感，當(dāng)這種揮發(fā)物質(zhì)與眼睛中的液體接觸后，導(dǎo)致有刺激感的酸性物質(zhì)生成，會刺激人眼部角膜的神經(jīng)末梢，人體則通過神經(jīng)系統(tǒng)活動(dòng)命令淚腺分泌淚液，把刺激性物質(zhì)沖走。

洋蔥中催淚因子生成過程

洋蔥受到外力損傷時(shí)，馬上釋放有刺激性的物質(zhì)對施外力者造成一定的威脅或警告，這種自我保護(hù)機(jī)制在自然界中有很多例子，一些動(dòng)物(如臭鼬)在遇到危險(xiǎn)時(shí)會發(fā)出惡臭的氣味。

2013年化學(xué)“搞笑諾貝爾獎(jiǎng)”得主的研究卻發(fā)現(xiàn)洋蔥產(chǎn)生催淚因子的過程不僅有蒜氨酸酶的參與，而且還發(fā)現(xiàn)一種新的酶參與其中(上圖B過程)，他們將此新發(fā)現(xiàn)的酶命名為催淚因子合成酶，它催化生成催淚因子的上游中間體1-丙烯基亞磺酸(1-propenylsulphenic acid )。為什么以前的研究者沒有發(fā)現(xiàn)中間體1-丙烯基亞磺酸而與催淚因子合成酶失之交臂呢，非常重要的原因是1-丙烯基亞磺酸非常不穩(wěn)定，很難分離捕獲到。

催淚因子合成酶的特異性很好，它只對反式結(jié)構(gòu)的洋蔥風(fēng)味前體(如反式-S-丙烯基-L-半胱氨酸亞砜)才有催化作用，而自然選擇的結(jié)果是在洋蔥中恰恰為這種反式結(jié)構(gòu)。與催淚因子合成酶催化反應(yīng)競爭的反應(yīng)為 1-丙烯基亞磺酸的二聚反應(yīng)(上圖C過程)，即兩分子的1-丙烯基亞磺酸脫水后生成蒜素(thiosulphinate)，蒜素是決定洋蔥獨(dú)特風(fēng)味的主要物質(zhì)。當(dāng)缺少催淚因子合成酶時(shí)，通過檢測發(fā)現(xiàn)蒜素的生成明顯增多。

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，切開洋蔥后的10分鐘之內(nèi)，檢測到催淚因子的信號非常明顯，隨著時(shí)間推移，會檢測到丙硫醇(propanethiol)和二丙基二硫醚(dipropyl disulfide)以及痕量的蒜素，在約60分鐘時(shí)，生成的各種物質(zhì)的濃度將接近最大。

轉(zhuǎn)自：《搞笑諾貝爾獎(jiǎng)：化學(xué)》，丁慧穎，逯海 主編。