小分子組裝和組合生物合成

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1、小分子組裝和組合生物合成張志超精細化工國家重點實驗室次級代謝產(chǎn)物次級代謝產(chǎn)物是指微生物生長到一定階段才產(chǎn)生的化學結(jié)構十分復雜、對該生物無明顯生理功能，或并非是微生物生長和繁殖所必需的物質(zhì)，如抗生素、毒素、激素、色素等。不同種類的微生物所產(chǎn)生的次級代謝產(chǎn)物不相同，他們可能積累在細胞內(nèi)，也可能排到外環(huán)境中。從青霉素開始…1928年，AlexanderFleming!!!Obstaclesonthewayofantibiotics:大部分次級代謝產(chǎn)物結(jié)構復雜…依靠微生物發(fā)酵；復雜天然產(chǎn)物生物合成的分子基礎復雜天然產(chǎn)物的生物合成是從簡單的小分子前提到終產(chǎn)物形成的多步驟反應。有特定的蛋白酶催化分子

2、水平的研究和基因組計劃給復雜天然產(chǎn)物的合成帶來福音：參與復雜天然產(chǎn)物生物合成的基因，通常特征性的成簇分布與微生物染色體的某一區(qū)域。克隆基因簇的方法以抗性基因為探針；反向遺傳學；突變株互補；以同源基因為探針…酶學水平上的生物合成天然產(chǎn)物是藥物的主要來源。天然產(chǎn)物結(jié)構上的多樣性是生物活性多樣化的基礎。由PKS和NRPS催化合成的聚酮和聚肽類化合物是天然產(chǎn)物中非常有特色的一類。（青霉素，紅霉素，埃博霉素）聚酮類化合物的生物合成機制以小分子羧酸為前體，由聚酮合酶pks催化合成的一類天然產(chǎn)物。以紅霉素為例的組合生物合成：紅霉素的大環(huán)內(nèi)醋環(huán)即6一脫氧紅霉內(nèi)醋(6-deoxyerythronolide

3、B,6-dEB)的生物合成是由丙酸和甲基丙二酸在復合酶系一多酮合成酶（PKS）的催化作用下，經(jīng)縮合、酮還原、脫水和烯還原等多輪循環(huán)完成的。丙酸和甲基丙二酸均由初級代謝產(chǎn)物分解而來，因PKS具有脫梭酶的活性，甲基丙二酸脫竣也能產(chǎn)生丙酸。1986年Stanzak發(fā)現(xiàn)紅霉素合成基因成簇存在于。rmE基因附近,1991年Donadio等克隆了全長35kb的DNA，并根據(jù)ORF(openreadframe)和已知序列相比確定了其上的28個活性位點，最終提出了聚酮生物合成的模型.PKS由3條肽鏈組成，每個都含有兩套結(jié)構和功能相近的酶域(domain)，每套酶域稱為一個模塊(module)，每個模塊催

4、化完成一輪碳鏈的延伸和還原，每個模塊都有3個基本酶域。除了6個模塊外，在pEBS1的N端有一個由AT和ACP組成的負載酶域(loadingdomain,LD)ATL和ACPL，它們負責選擇和結(jié)合起始單元第一個小分子竣酸;在DEBS3的經(jīng)基端有一個硫醋酶酶域(thioesterase,TE)，負責將合成的長鏈脂肪酸從PKS上水解下來，并與PKS的其它部位共同作用將產(chǎn)物環(huán)化成6-dEB.Theformationofabeta-ketoesterfromtwoesters,oneofwhichhasanalpha-hydrogenatom;malatesynthase,citratesynth

5、ase,andATPcitratelyaseallcatalyzesuchreactions.組合生物合成(combinatorialbiosynthesis)對自然產(chǎn)物的生物合成路徑中編碼酶的基因應用基因操作，重新設計抗生素的結(jié)構，實現(xiàn)新的結(jié)構和功能的組合，使其產(chǎn)生新的活性，進而獲得新的產(chǎn)物。前景應用組合生物合成可以改變抗生素原有的生物合成過程，使其結(jié)構多樣化，而這一點通過化學方法是很難甚至是無法達到的。因此，這方面的進一步研究將有助于理解醫(yī)學上的一些重要二級代謝產(chǎn)物的結(jié)構和功能的關系。相信，隨著這一研究方法的不斷發(fā)展，人們將能夠合成更多抗酸且對耐藥性致病菌具有活性的新的紅霉素類物質(zhì)，

6、從而使更安全、更有效的藥物不斷出現(xiàn)。