小分子組裝和組合生物合成市公開(kāi)課一等獎(jiǎng)百校聯(lián)賽特等獎(jiǎng)?wù)n件

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)試驗(yàn)室第1頁(yè)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)生化學(xué)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜、對(duì)該生物無(wú)顯著生理功效，或并非是微生物生長(zhǎng)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(lèi)微生物所產(chǎn)生次級(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。第2頁(yè)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；第3頁(yè)復(fù)雜天然產(chǎn)物生物合成分子基礎(chǔ)復(fù)雜天然產(chǎn)物生物合成是從簡(jiǎn)單小分子前提到終產(chǎn)物形成多步驟反應(yīng)。有特定蛋白酶催化分子水平研究和基因組計(jì)劃給復(fù)雜天然產(chǎn)物合成帶來(lái)福音：參加復(fù)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(yè)克隆基因簇方法以抗性基因?yàn)樘结?；反向遺傳學(xué)；突變株互補(bǔ)；以同源基因?yàn)樘结槨?頁(yè)酶學(xué)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(chǔ)。由PKS和NRPS催化合成聚酮和聚肽類(lèi)化合物是天然產(chǎn)物中非常有特色一類(lèi)。（青霉素，紅霉素，埃博霉素）第6頁(yè)第7頁(yè)聚酮類(lèi)化合物生物合成機(jī)制以小分子羧酸為前體，由聚酮合酶pks催化合成一類(lèi)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(fù)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(jí)代謝產(chǎn)物分解而來(lái)，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(yè)1986年Stanzak發(fā)覺(jué)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)35kbDNA，并依據(jù)ORF(openreadframe)和已知序列相比確定了其上28個(gè)活性位點(diǎn)，最終提出了聚酮生物合成模型.PKS由3條肽鏈組成，每個(gè)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(gè)模塊(module)，每個(gè)模塊催化完成一輪碳鏈延伸和還原，每個(gè)模塊都有3個(gè)基本酶域。除了6個(gè)模塊外，在pEBS1N端有一個(gè)由AT和ACP組成負(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經(jīng)基端有一個(gè)硫醋酶酶域(thioesterase,TE)，負(fù)責(zé)將合成長(zhǎng)鏈脂肪酸從PKS上水解下來(lái)，并與PKS其它部位共同作用將產(chǎn)物環(huán)化成6-dEB.第9頁(yè)第10頁(yè)第11頁(yè)第12頁(yè)第13頁(yè)Theformationofabeta-ketoesterfromtwoesters,oneofwhichhasanalpha-hydrogen

atom;malatesynthase,citratesynthase,andATPcitratelyaseallcatalyzesuchreactions.第14頁(yè)第15頁(yè)第16頁(yè)第17頁(yè)第18頁(yè)組合生物合成

(combinatorialbiosynthesis)對(duì)自然產(chǎn)物生物合成路徑中編碼酶基因應(yīng)用基因操作，重新設(shè)計(jì)抗生素結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)新結(jié)構(gòu)和功效組合，使其產(chǎn)生新活性，進(jìn)而取得新產(chǎn)物。第19頁(yè)第20頁(yè)第21頁(yè)前景應(yīng)用組合生物合成能夠改變抗生素原有生物合成過(guò)程，使其結(jié)構(gòu)多樣化，而這一點(diǎn)經(jīng)過(guò)化學(xué)方法是極難甚至是無(wú)法到達(dá)。所以，這方面深入研究將有利于了解醫(yī)學(xué)上一些主要二