小分子組裝和組合生物合成市公開課一等獎百校聯(lián)賽特等獎課件

小分子組裝和組合生物合成張志超精細化工國家重點試驗室第1頁次級代謝產(chǎn)物次級代謝產(chǎn)物是指微生物生長到一定階段才產(chǎn)生化學結(jié)構(gòu)十分復雜、對該生物無顯著生理功效，或并非是微生物生長和繁殖所必需物質(zhì)，如抗生素、毒素、激素、色素等。不一樣種類微生物所產(chǎn)生次級代謝產(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。第2頁從青霉素開始…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；第3頁復雜天然產(chǎn)物生物合成分子基礎復雜天然產(chǎn)物生物合成是從簡單小分子前提到終產(chǎn)物形成多步驟反應。有特定蛋白酶催化分子水平研究和基因組計劃給復雜天然產(chǎn)物合成帶來福音：參加復雜天然產(chǎn)物生物合成基因，通常特征性成簇分布與微生物染色體某一區(qū)域。第4頁克隆基因簇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…第5頁酶學水平上生物合成天然產(chǎn)物是藥品主要起源。天然產(chǎn)物結(jié)構(gòu)上多樣性是生物活性多樣化基礎。由PKS和NRPS催化合成聚酮和聚肽類化合物是天然產(chǎn)物中非常有特色一類。（青霉素，紅霉素，埃博霉素）第6頁第7頁聚酮類化合物生物合成機制以小分子羧酸為前體，由聚酮合酶pks催化合成一類天然產(chǎn)物。以紅霉素為例組合生物合成：紅霉素大環(huán)內(nèi)醋環(huán)即6一脫氧紅霉內(nèi)醋(6-deoxyerythronolideB,6-dEB)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）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。丙酸和甲基丙二酸均由初級代謝產(chǎn)物分解而來，因PKS含有脫梭酶活性，甲基丙二酸脫竣也能產(chǎn)生丙酸。第8頁1986年Stanzak發(fā)覺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35kbDNA，并依據(jù)ORF(openreadframe)和已知序列相比確定了其上28個活性位點，最終提出了聚酮生物合成模型.PKS由3條肽鏈組成，每個都含有兩套結(jié)構(gòu)和功效相近酶域(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pEBS1N端有一個由AT和ACP組成負載酶域(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經(jīng)基端有一個硫醋酶酶域(thioesterase,TE)，負責將合成長鏈脂肪酸從PKS上水解下來，并與PKS其它部位共同作用將產(chǎn)物環(huán)化成6-dEB.第9頁第10頁第11頁第12頁第13頁Theformationofabeta-ketoesterfromtwoesters,oneofwhichhasanalpha-hydrogen

atom;malatesynthase,citratesynthase,andATPcitratelyaseallcatalyzesuchreactions.第14頁第15頁第16頁第17頁第18頁組合生物合成

(combinatorialbiosynthesis)對自然產(chǎn)物生物合成路徑中編碼酶基因應用基因操作，重新設計抗生素結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)新結(jié)構(gòu)和功效組合，使其產(chǎn)生新活性，進而取得新產(chǎn)物。第19頁第20頁第21頁前景應用組合生物合成能夠改變抗生素原有生物合成過程，使其結(jié)構(gòu)多樣化，而這一點經(jīng)過化學方法是極難甚至是無法到達。所以，這方面深入研究將有利于了解醫(yī)學上一些主要二