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文檔簡介
天然產物藥物生物合成的機制提 綱? PKS作用機制及范例? NRPS作用機制及范例? 其他類型天然產物的生物合成提 綱? PKS作用機制及范例? NRPS作用機制及范例? 其他類型天然產物的生物合成聚酮是一種生物聚合物■
單體(合成前體)■
短鏈羧酸(乙酸或丙二酸)■
單體的順序聚合■
起始單元+擴展單元■
利用聚酮合酶合成聚酮的“核心”骨架StarterExtendersPolyketidecore■
聚酮“核心”骨架的進一步修飾■
利用修飾酶加入新的功能基團DecoratinggroupsMature
polyketide聚酮合酶
Polyketide
Synthase,
PKSKSATACPRed■
聚酮合酶的功能結構域■
酰基轉移酶(AT):選擇聚合單體■
酰基載體蛋白(ACP):使合成單體和合成中間產物共價結合在聚酮合酶上■
酮酯酰合成酶(KS):連續聚合單體和中間產物■
聚酮合酶其它的功能結構域■
還原活性結構域:使合成的聚酮鏈完全或部分還原真菌聚酮合酶■真菌聚酮合酶由多結構域組成■
真菌聚酮合酶核心結構域■
所有的真菌聚酮合酶含有AT、KS和ACP核心結構域■
同一套核心結構域用于整個聚酮鏈的合成KS ATACPReducing
activities■
還原型聚酮合酶(hrPKS)■
含有還原結構域DH、ER和KRKS AT DH ERKR
ACP■
非還原型聚酮合酶(nrPKS)■
含有起始單元酰基轉移酶SAT■
決定苯環環化位置的PT結構域■
釋放產物的硫酯酶TESAT KS AT PT ACP TEATACPKSTESHSHSHSH最小PKS結構域的組成AT
domain
=
AcyltransferaseAcylCarrier
protein
(ACP)b-ketoacylsynthase(KS)Thioesterase(TE)Next磷酸泛酰巰基乙胺基轉移酶磷酸泛酰巰基乙胺基轉移酶
(phosphopantetheinyl
transferase,PPTase)功能:可將輔酶A上的4′-磷酸泛酰巰基乙胺轉移到載體蛋白(carrier
protein,CP)保守的絲氨酸殘基側鏈羥基上,使載體蛋白由無活性的脫輔基(apo-)形式轉變為活性全蛋白(holo-)形式。ATACPKSTESHSHSHSHAT
domain
=
AcyltransferaseAcylCarrier
protein
(ACP)b-ketoacylsynthase(KS)Thioesterase(TE)輔基:4-磷酸泛酰巰基乙胺(PPT).
比較靈活的基團,可在酶上轉移起始和延伸單元。O
OHONHONHSHCH3H3COHH2C O POSerACP最小PKS結構域的組成NextCoAS輔酶
A:
CoenzymA(CoA)O
OHONHONHSHCH3H
C3O POOHO POOHH2COOO P OHOHOHNNNN4-phosphopantetheineAdeninRibo-3’-phosphat=CoenzymAalso
contains
a4-phosphopantetheine
group,
similartothat
foundon
theACP
domain
of
PKSs.
Theterminal
thioester
groupserves
at
theattachment
point
foracetyland
malonyl
units.NH2NextCoASOC CH3ATACPKSTESHSHSHSHLoading
of
astarter
unitStarter
unit(acetyl-CoA)NextATACPKSTESHSHSHSHCoASLoading
of
astarter
unitOC CH3NextCoASHOC CH3ATACPKSTESSHSHLoading
of
astarter
unitSHNextSHCoASHOSH C CH3ATACPKSTESHSHLoading
of
astarter
unitNextSHCoASHOC CH3ATACPKSTESHSSHLoading
of
astarter
unitAstarterunit
has
now
been
loaded
intotheKS
domain
of
thePKSand
weareready
forloading
of
thefirst
extender
unit.NextActivation
of
extender
unitsCoASOC CH3 + CO2Acetyl-CoA
CarboxylaseCoASCOC
H2OC OHTheCO2
originates
from
aHCO3-
bondtobiotin
intheenzymeNextAcetyl-CoAMalonyl-CoASHCoASOC CH3ATACPKSTESHSSHOCC
H2OC OHLoading
of
aextender
unitExtender
unit(malonyl-CoA)NextSHCoAOC CH3ATACPKSTESHSSHOSH CC
H2OC OHLoading
of
aextender
unitNextCoASHOC CH3ATACPKSTESSHC
H2SHOCOC OHSHLoading
of
aextender
unitRasmusJ.N.Frandsen
2007NextSHCoASHOC CH3ATACPKSTESSSHOCC
H2OCO-Ready
forcondensationDecarboxylationof
theextenderunit
(malonyl)provides
theenergy/electron
for
thecondensationNextSHCoASHOC CH3ATACPKSTESSHCC OOOOSHDecarboxylationof
theextenderunit
(malonyl)provides
theenergy/electorne
for
thecodensationCondensationOCC
H2
-NextSHCoASHATACPKSTESHOCC C CH3
H2OSPreparing
fora
secondroundSHNextSHATACPKSTESHOCC C CH3
H2OSCoAOCC
H2OC OHLoading
of
the2nd
extender
unitSHSHNextKSTESHSCoASHATACPC
H2SHOCOC OHSHLoading
of
the2nd
extender
unitOCC C CH3
H2ONextKSTESHCoASHSHATACPSOCCH2SH2nd
condensationOCOOCC C CH3
H2ODecarboxylationNextKSTESHCoASHSHATACPOCC C CH3
H2OOCCH2SHRelease
fromthe
enzymeSAt
this
stagethe
enzymefaces
a
choice,whether
to
continue
with
additionalroundsof
condensations
ortorelease
thepolyketide
chainfrom
the
enzyme.NextThenumber
of
condensation
rounds(iterations)that
the
individual
PKSsperform
isatpresent
not
predictable.
Onehypothesis
isthat
the
size(volume)
of
theactivesitein
the
KS
domaincould
bethedeciding
factor
for
total
number
ofiterations
possible.KSTESHCoASHSHATACPOCC C CH3
H2OCH2OSH CSHRelease
fromthe
enzymeNextSKSTECoASHSHATACPOCC C CH3
H2OOCCH2SHRelease
fromthe
enzymeSHNextSKSTECoASHSHATACPSHRelease
fromthe
enzymeSHOCC C CH3
H2OOCCH2NextKSTECoASHSHATACPSHRelease
fromthe
enzymeSHSHOCC C CH3
H2OOCCH2HONextKSTECoASHSHATACPSHRelease
fromthe
enzymeSHSHOCC
H2OC CH3OCCH2Starter
unit1st
extender
unit2nd
extender
unitHONextRelease
fromthe
enzymeOCH2 COC C CH3
H2OCHONote
that
the
formed
polyketide
chain
has
polarity.With
amethyl(-CH3)
group
atthe
”oldest”
end
and
acarboxyl
(-COOH)
group
atthe
”newest”
end.NextWhere
does
the
diversity
originate
from?In
addition
to
the
four
catalytic
domains
(AT,ACP,
KS
and
TE)
used
by
the
minimal
PKS.Other
domains
canalso
participate
in
the
biosynthesis:b-ketoacyl
reductase
(KR)Dehydratase
(DH)Enoyl
reductase
(ER)Methyltransferase
(MET)Cyclases
(Cyc)
–
foldthe
polyketide
chain
into
anaromatic
ormacrocyclic
compound+
alternative
extenderunits
differentfrommalonyl-CoACH2COCHH2COHCHH2COHCHHCCHHCCH2H2CCHH2COHCHH2CO CH3ENDOR1R2 R3OSOH OR1R2 R3SR1R2 R3OSR1R2 R3OSDHERKRACPACPACPACP■
酮酯酰還原酶(KR):將酮基還原為羥基■
脫水酶(DH):將羥基還原為雙鍵■
烯醇還原酶(ER):將雙鍵還原為單鍵聚酮合酶
Polyketide
Synthase,
PKSI型聚酮合酶(紅霉素為例)ProteinModuleDomain大環內酯類抗生素,由菲賓Panay島上壤中分離的放線菌Streptomyces
erythreus培養液中制成,1952年EliLilly公司首次發表。紅霉素
PKS
(DEBS)S SSS SSSOO
OHO
OH
OHOO
OH
OHOO
OH
OHO
OHO
OH
OH1
O
OHOHAT
ACP
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ACPE13O115
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615O
OH
OHDEBS
1DEBS
2DEBS
3Module
2OOHOH9OH9Load Module
1DEBPeterLeadlay
etal.(Cambridge)1990Leonard
Katzetal.(AbbottLabs)
1991KS
AT
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HO
HOO
HOO
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HOO
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HO
HDEBS1DEBS2DEBS3Module
2O9O
HO
HOH91Load Module
1O113O15
OO
HO
HOH913O115
OO9O
HOHOPKS結構域、模塊組織結構和I型聚酮化合物的線形對應關系實例-
OxytetracyclineOxytetracycline
fromStreptomyces
rimosusoxyA oxyCResistanceoxyEMinimal
PKSoxyGoxyIoxyKoxyMKRoxyOCyclaseoxyQoxySotrBoxyBoxyDoxyFoxyHoxyJoxyLoxyNoxyPotrAUnknownoxyRoxyTInitiation
ModuleTailoring02468oxy
Gene
Cluster10 12 141618202224
kBmalonate??oxyAoxyBoxyCoxyDoxyJoxyKoxyNoxyFoxyLoxyQoxyToxySand
othersPKS人物Chaitan
Khosla,
Stanford
University美國工程院院士、斯坦福大學教授,是國際上天然產物生物合成領域最著名的專家之一,在聚酮合酶的研究中取得了世界矚目的成績,在乳糜瀉病的研究中也有著豐碩成果。現已發表學術論文、申請專利300余篇(項),其中在SCIENCE等國際頂級期刊發表論文10多篇,榮獲了多項國際學術大獎,包括美國化學學會的Eli
Lilly獎、2000年美國化學學會的Pure化學獎、2011年的JamesE.Bailey獎。PKS人物Craig
TownsendJohnsHopkins
University真菌PKS生物合成DavidShermanUniversityof
Michigan美國密歇根大學藥學院資深教授兼副院長,是國際公認的微生物次級代謝產物生物合成領域的領軍人物之一。其研究領域主要包括生物有機化學、分子遺傳學、P450酶學、新型藥物和天然
產物開發、合成化學和生物合成等方向。提 綱? PKS作用機制及范例? NRPS作用機制及范例? 其他類型天然產物的生物合成核糖體多肽與非核糖體多肽類DOI:
10.1146/annurev.micro.58.030603.123615? 由一系列組件(module)構成? 大多數NRPSs組件數為4-10個,有的高達50個? 每個典型組件由大約1000個氨基酸殘基組成? 每個組件負責一個反應循環NRPSs的結構組成NRPS類化合物的結構域基本結構域:腺苷酰化結構域(adenylation,A)縮合結構域(condensation,C)肽酰載體蛋白(peptidyl
carrierprotein,PCP)可選結構域:硫酯酶(thioesterase,TE)差向異構酶(epimerase,E)環化酶(cyclase,CYC)甲基轉移酶(methyltransferase,MT)氧化酶(oxi
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