小分子組裝和組合生物合成.ppt

小分子組裝和組合生物合成,張志超精細(xì)化工國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,次級(jí)代謝產(chǎn)物,次級(jí)代謝產(chǎn)物是指微生物生長(zhǎng)到一定階段才產(chǎn)生的化學(xué)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜、對(duì)該生物無(wú)明顯生理功能，或并非是微生物生長(zhǎng)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(jí)代謝產(chǎn)物不相同，他們可能積累在細(xì)胞內(nèi)，也可能排到外環(huán)境中。,從青霉素開(kāi)始,1928年，AlexanderFleming!,Obstaclesonthewayofantibiotics:大部分次級(jí)代謝產(chǎn)物結(jié)構(gòu)復(fù)雜依靠微生物發(fā)酵；,復(fù)雜天然產(chǎn)物生物合成的分子基礎(chǔ),復(fù)雜天然產(chǎn)物的生物合成是從簡(jiǎn)單的小分子前提到終產(chǎn)物形成的多步驟反應(yīng)。有特定的蛋白酶催化分子水平的研究和基因組計(jì)劃給復(fù)雜天然產(chǎn)物的合成帶來(lái)福音：參與復(fù)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?yàn)樘结槪环聪蜻z傳學(xué)；突變株互補(bǔ)；以同源基因?yàn)樘结?酶學(xué)水平上的生物合成,天然產(chǎn)物是藥物的主要來(lái)源。天然產(chǎn)物結(jié)構(gòu)上的多樣性是生物活性多樣化的基礎(chǔ)。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(jī)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-deoxyerythronolideB,6-dEB)的生物合成是由丙酸和甲基丙二酸在復(fù)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(jí)代謝產(chǎn)物分解而來(lái)，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(zhǎng)35kb的DNA，并根據(jù)ORF(openreadframe)和已知序列相比確定了其上的28個(gè)活性位點(diǎn)，最終提出了聚酮生物合成的模型.PKS由3條肽鏈組成，每個(gè)都含有兩套結(jié)構(gòu)和功能相近的酶域(domain)，每套酶域稱為一個(gè)模塊(module)，每個(gè)模塊催化完成一輪碳鏈的延伸和還原，每個(gè)模塊都有3個(gè)基本酶域。除了6個(gè)模塊外，在pEBS1的N端有一個(gè)由AT和ACP組成的負(fù)載酶域(loadingdomain,LD)ATL和ACPL，它們負(fù)責(zé)選擇和結(jié)合起始單元第一個(gè)小分子竣酸;在DEBS3的經(jīng)基端有一個(gè)硫醋酶酶域(thioesterase,TE)，負(fù)責(zé)將合成的長(zhǎng)鏈脂肪酸從PKS上水解下來(lái)，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,citratesynthase,andATPcitratelyaseallcatalyzesuchreactions.,組合生物合成(combinatorialbiosynthesis),對(duì)自然產(chǎn)物的生物合成路徑中編碼酶的基因應(yīng)用基因操作，重新設(shè)計(jì)抗生素的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)新的結(jié)構(gòu)和功能的組合，使其產(chǎn)生新的活性，進(jìn)而獲得新的產(chǎn)物。,前景,應(yīng)用組合生物合成可以改變抗生素原有的生物合成過(guò)程，使其結(jié)構(gòu)多樣化，而這一點(diǎn)通過(guò)化學(xué)方法是很難甚至是無(wú)法達(dá)到的。因此，這方面的進(jìn)一步研究將有助于理解醫(yī)學(xué)上的一些重要二級(jí)代謝產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和