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(gòu)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(gòu)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(chǔ),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(yīng)。有特定的蛋白酶催化分子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(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(gòu)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,citratesynthase,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(yīng)用基因操作，重新設(shè)計抗生素的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)新的結(jié)構(gòu)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(yīng)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(gòu)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(gòu)和