藥用天然產(chǎn)物的生物合成崔小清實用教案

1、會計學1藥用天然藥用天然(tinrn)產(chǎn)物的生物合成崔小清產(chǎn)物的生物合成崔小清第一頁，共21頁。1235412345脂肪酸合成脂肪酸合成聚酮類藥物聚酮類藥物目前困難目前困難紅霉素的組合生物的合成紅霉素的組合生物的合成研究研究內容內容(nirng)紅霉素及其合成紅霉素及其合成(hchng)紅霉素的生物合成紅霉素的生物合成(hchng)與組合生物合成與組合生物合成(hchng) 第1頁/共21頁第二頁，共21頁。第2頁/共21頁第三頁，共21頁。第3頁/共21頁第四頁，共21頁。第4頁/共21頁第五頁，共21頁。第5頁/共21頁第六頁，共21頁。第6頁/共21頁第七頁，共21頁。型型PKS?；D移

2、酶（AT）?；d體(zit)蛋白(ACP)-酮基硫酯合成酶（KS）-酮基還原酶（KR）脫水酶(DH)烯醇還原酶（ER）硫酯酶(TE)PKS第7頁/共21頁第八頁，共21頁。紅霉素：用于治療革蘭氏陽性細菌感染的廣譜大環(huán)內酯類抗生素。 對紅霉素進行結構修飾(xish)所產(chǎn)生的新一代藥物能提高它的臨床療效， 甚至對原本紅霉素的抗菌譜也有較大的擴展。顯然，通過組合生物合成對紅霉素進行結構改造在新藥開發(fā)上具有巨大的潛力。目前關于紅霉素的生物化學方面的研究有許多報道，包括生物合成途徑的闡 明、關鍵酶結構的鑒定和催化機制的推導。以及產(chǎn)生菌的全基因組測序等， 這為紅霉素的組合生物合成提供了豐富的理論基礎。也正

3、因為如此， 紅霉素成為當今組合生物合成研究最為熱點的模式化合物。三、紅霉素三、紅霉素第8頁/共21頁第九頁，共21頁。 紅霉素紅霉素小分子羧酸(su sun)為前提，合成一個十四元環(huán)內酯及在大環(huán)內酯上接合兩個糖基。 第9頁/共21頁第十頁，共21頁。 紅霉素 A (1)發(fā)酵液的主要產(chǎn)物。 以紅霉素 A 為基礎開發(fā)出來的第二代紅霉素如 (2)、 (3)、 (4)，以及第三代 (5)等是臨床(ln chun)上廣泛使用的抗生素之一。紅霉素紅霉素A類似物類似物第10頁/共21頁第十一頁，共21頁。丙酰CoA6-脫氧(tu yng)紅霉內酯甲基丙二酰單酰CoAFigure 1 Modular orga

4、nization of deoxyerythronolide B synthase (DEBS)第11頁/共21頁第十二頁，共21頁。紅霉內酯3-O-碳霉糖基紅霉內酯紅霉素D 下面途徑催化效率比較低，為紅霉素A合成的副途徑，在紅霉素工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)酵液里有大量中間產(chǎn)物紅霉素B和紅霉素 C 積累。紅霉素 B 和紅霉素 C 的抗菌活性要比紅霉素 A 低, 毒副作用卻比紅霉素 A 大。 B、C在紅霉素難除去但卻必須(bx)除去，可通過增加EryK和EerG基因拷貝數(shù)來調控酶的活性，將其轉化為A。D-德胺糖(desosamine)L-碳霉糖(mycarose)第12頁/共21頁第十三頁，共21頁。內酯環(huán)的

5、形成(xngchng)內酯環(huán)的后修飾對紅霉素的組合生物合成研究, 也可以分為兩個方向: 1、對合成紅霉素大環(huán)內酯的 PKS 進行遺傳操作, 改變大環(huán)內酯 的結構。 2、對紅霉素合成的后修飾途徑進行改造, 合成具有不同糖基的 紅霉素類似物.第13頁/共21頁第十四頁，共21頁。甲基丙二酸單酰CoA丙二酰CoAAT特異性識別(shbi)底物替換(t hun)1-6 AT模塊C-12、C-10、C-8、C-6、C-4、C-2。與紅霉素結構(jigu)類似物（缺少甲基）AT特異性識別底物特異性識別底物1、?；D移酶、酰基轉移酶AT第14頁/共21頁第十五頁，共21頁。 許多 I 型 PKS 聚酮化合物

6、如泰樂菌素(tylosin)、苦霉素(pikromycin)、多殺菌素(spino- syn)等的起始模塊AT-ACP的前端還含有KSQ（酮基硫酯合成酶）功能域. 使起始模塊 AT 首先識別的是二酸單酰輔酶A, 結合到ACP后不是直接轉移到延伸(ynshn)模塊的 KS 結構域中, 而是由KSQ 催化脫羧, 再轉移 KS1 上進行下一步的合成。 二酸單酰輔酶(f mi)A丙酰CoA第15頁/共21頁第十六頁，共21頁。2、紅霉素、紅霉素 PKS 結構修飾結構修飾(xish)功能域功能域的改變的改變 在 I 型 PKS 的某些模塊組合KR、 DH 和酶 ER 等功能域, 這些非PKS 催化反應往

7、下延伸的必須基團, 存在會影響大環(huán)骨架上 -羰基(tn j)的還原水平，這些結構域的功能如Scheme 1 所示。 分別(fnbi)對紅霉素PKS延伸模塊6中KR功能域和模塊 4 中ER 功能域失活, 可以得到相應的 C-3 酮基類似物 27 和 C-6C-7 不飽和類似物28。-酮基還原酶(KR)烯醇還原酶(ER)脫水酶（DH)6-脫氧紅霉內酯第16頁/共21頁第十七頁，共21頁。3、內酯環(huán)單元、內酯環(huán)單元(dnyun)數(shù)數(shù)的改變的改變紅霉素大環(huán)內酯合成單元鏈 DEBS3的羥基端有TE, 負責將長鏈脂肪酸從 PKS 上水解下來, 并與 PKS 的其它部位共同(gngtng)作用, 將產(chǎn)物環(huán)化

8、成一個十四元環(huán)的化合物 6-脫氧紅霉內酯硫酯酶酶域 TE如把TE結構域連到DEBS1的羥基末端能夠(nnggu)產(chǎn)生6元環(huán)內酯化合物 35第17頁/共21頁第十八頁，共21頁。4、后修飾途徑過程中的組合生物(shngw)合成 有報道顯示德胺糖存在于所有 14 元大環(huán)內酯活性天然(tinrn)產(chǎn)物中, 是紅霉素與核糖體接合從而抑制細菌生長的一個關鍵因素。C-3 上的 L-碳霉糖并不是紅霉素抗菌活性所必須的。這些發(fā)現(xiàn)都顯示著糖基在紅霉素生物活性上的重要作用，因此糖基的改變也成為紅霉素組合生物合成研究的一個熱點。D-德胺糖(desosamine)L-碳霉糖第18頁/共21頁第十九頁，共21頁。 目前

9、組合生物合成聚酮產(chǎn)物種類非常多，2008年在PubMed上已發(fā)表論文中報道的組合生物合成聚酮已經(jīng)超過200多種，但是(dnsh)這些新產(chǎn)物的生物活性都沒有能夠超過原來的聚酮化合物，商品化的組合生物合成聚酮產(chǎn)物也沒有出現(xiàn)。 在自然界中存在的酶催化反應都是由千百萬年進化而來, 天然的酶與天然的底物在進化過程中已經(jīng)處于一個相對最適的狀態(tài). 人為的方法產(chǎn)生新雜合酶從概率上來說是很難比天然的酶對底物更加匹配第19頁/共21頁第二十頁，共21頁。參考文獻：參考文獻：吳杰群吳杰群, 劉文劉文, 張嗣良張嗣良. 紅霉素的生物紅霉素的生物(shngw)合成與組合生物合成與組合生物(shngw)合成合成J. 有機化學有機化學. 2012: 32, 1232-1240. 在新藥的研發(fā)領域, 通過組合生物合成(hchng)優(yōu)化先導化合物的結構與隨機合成(hchng)化合物庫篩選相比具有明顯的優(yōu)勢. 綜合使用上述方法對紅霉素進行組合生物合成(hchng)理論