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新型聚酮合酶助碳—碳键合成能力更强大

来源:中国科学报 时间:2022-03-03 14:04:13

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   碳—碳键形成是有机分子的构成基础,也是化学及其他相关领域的核心科学问题,新型聚酮合酶的发现可为未来开发碳—碳合成工具提供全新思路。近日,中国科学院院士、武汉大学药学院教授邓子新团队在聚酮生物合成领域取得新进展,相关成果在线发表于《德国应用化学》。

  聚酮化合物作为天然产物六大类型中的一个重要类型,包含了上万个活性天然产物,是新药发现的重要源泉。尽管数量庞大且结构纷繁复杂,但聚酮的生物合成方式非常保守,均由聚酮合酶通过催化缩合简单的小分子砌块形成。

  据了解,根据聚酮合酶的结构以及碳—碳键的合成方式不同,聚酮合酶可分为3种类型。其中,I型聚酮合酶为含有多个结构域的大分子量酶,其碳—碳键的形成主要由酮基合成酶结构域(KS domain)以线性方式催化合成;II型聚酮合酶是由多个独立的单功能酶组成的酶系,其碳—碳键的形成主要由一类特殊的酮基合成酶异源二聚体(KSα-KSβ)通过迭代缩合方式合成;III型聚酮合酶,则是由一个同源二聚的酮基合成酶(KS)构成,以迭代缩合方式合成简单的黄酮类化合物。

  Asukamycin是结节链霉菌产生的一类聚酮化合物,结构上含有两个末端基团不同的反式三烯上下链。研究人员通过解析上链的形成机制,发现一类新的聚酮合酶。虽然该聚酮合酶与II型聚酮合酶类似,也是由多个游离的酶组成,但二者存在本质上的不同。该新型聚酮合酶利用了一对特殊的KAS III同源蛋白(AsuC3、AsuC4)作为碳—碳键合成工具,催化合成了聚酮碳链。

  通常情况下KAS III只负责II型聚酮以及脂肪酸生物合成的起始阶段。该研究发现AsuC3、AsuC4既具有起始功能,又具有催化碳—碳键延伸的能力。通过与酮还原酶(AsuC7)、脱水酶(AsuC8/C9)配合,AsuC3、AsuC4可以独立地以迭代循环的方式形成聚烯长链。此外,AsuC3、AsuC4还具有极其宽泛的底物谱,能够识别最短2个碳、最长11个碳的各类环状、支链、直链饱和及不饱和的酰基CoA底物,展现了强大的碳—碳键合成能力。最后,基因组分析发现,此类聚酮合酶还存在于许多微生物基因组中,暗示着这一发现具有广谱性。