组合生物合成

●49国外医药杭生素分册2003年3月第24卷第2期综述和编写文章编号:1001-8751(20030 )02-0049-05组合生物合成汪星明赵凤生综述(上海交通大学药学院，上海 200)摘要:天然产物是一重要的药物来源 ,同时比化学合成能提供更多的结构多样性，然而由于受限于传统的方法其多样性未得到进一-步利用。组合生物合成就是近些年来发展起来的获取大量天然、非天然产物的方法。最近几年更是得到了很大的发展。聚酮类化合物的生物合成则是这个技术应用最为成熟的领域。本文对聚酮类物质生物合成途径研究的发展作了回顾,并对目前组合生物合成的研究状况作了概述。关键词:组合生物合成; 聚酮类化合物; 聚酮生物合成酶; 非核糖体多肽合 成酶中團分类号: R966文献标识码:1天然产物的多样性使其成为新药的重要来源。聚1型和II型PKS产物、来源及活性酮,作为一大类结构多样化的天然产物具有重要的医类型抗生素产生菌.活性用价值,包括大环内酯类、四环素类、蒽环类聚醚类的1型红游东红色糖多孢菌抗落雷帕霉素s. hyrascopiaus免疫抑制剂许多抗生素都属于该类化合物。聚酮来源的药物每年I型普卡霉素s. agilacaus抗肿瘤的销售额达80亿美元n。通过研究聚酮生物合成途四环素S. rimosus富伦菌素S. rorofhuhrus径而发展起来的组合生物合成近几年得到了很大的发展,是获取生物多样性的重要手段,成为新药开发的重聚酮的形成虽然同脂肪酸- -样通过简单前体的连要策略之一。续缩合组装形成,但是脂肪酸合成过程中的底物最后组合生物合成就是通过操纵天然产物生物合成途被完全还原，形成没有活性的烷基链,而聚酮合成中的径中的基因来产生非天然的天然同系物。其中聚酮生中间产物只是被部分加工形成复杂形式的功能基团，物合成途径研究最为透彻,应用最多。通过在遗传上延伸的链最后通过环化使其稳定,下游的酶进行功能改变它们的生物合成途径可以潜在地产生无止境的新基团的进一步修饰,如氧化、还原糖基化、甲基化,使聚酮类化合物,用于药物筛选。得产物多样化。另外多样性来源于不同的起始.延伸1聚酮生物合成途径底物,以及手性中心的产生。这种合成途径中内在的聚酮化合物不是因为结构相似而统称为聚酮,相多变性加上广范围的底物,可控制的链长变化揭示了反该类化合物结构极其多样。目前已知的天然存在的聚酮分子结构多样性的原因。聚酮化合物有7000多种,其中1%具有药物活性。聚1.1I型PKS酮分子的多样性以及各种生物活性与其合成途径密切1989 ~ 1991年间从红色糖多孢菌(S. erythraea)中相关。聚酮的生物合成涉及-系列的酶促反应,与人分离 出红霉素合成的基因簇，发现了I型酶组织形类及细菌的脂肪酸合成很类似，组成这些合成途径的式[2-5。红霉素的PKS含有三个大于280Ku的蛋白亚酶称为聚酮生物合成酶(polykeide biosynthase, PKS),基(DEBS1、DEBS2、DEBS3),分别由ery AI、ery All、ery并分为模块式(modula) PKS和芳香类( aonaic)PKS，AII 基因编码,每-个蛋白 亚基由两个模块( modules)后者也称迭代式(ierative)。模块式称为I型,合成大环组成,这样- -共有六个模块,携有典型的脂肪酸合成酶内脂类抗生素。迭代式为II型,合成具有芳香环结构的的功能域一KS, AT, DH, ER, ACP,TE,每一个模块负抗生素。两种途径合成的典型产物及其来源见表1。责一次两碳单位的延伸,整个成线性排列组成完整的收稿日期200206-10中国煤化工作者简介:汪星明,女,生于1977 年.硕士,主要从事微生物药学的研究。MYHCNMHG赵风生,男生于1948年,教授,主要从事微生物药学的研究。国外医药抗生素分册2003年3月第24卷第2期50●pKs复合体，合成红霉素的前体- 6-脱氧红霉内酯 B<6 dooeyrhonoie B,6 _DEB)。见图!6。eryAUnryAIlDEBS1DED92医好核块1悦址2核块3使块49址5_便共。_ 终止OO@@@@南结个庇物1户物圈1模块式红霉素聚酮合成酶基因簇及其合成模式红霉岽PKS基因簇也代表了典型的模块式PKS1.2 I型PKS .基因簇:编码几个大的多肽链,从氨基端到羧基端分为1989年Bibb、 Shernan等人分析了粒菌索(gra-装载(oading)功能域、多个模块区、释放功能域。Load-naticn) ,放线紫红素(actinrhodin)[8-9] PKS基因发现ing域由酰基转移酶( acyltransferase, AT(L) )和酰基载体了I型酶的结构。此后通过酶学研究证明II 型PKS蛋白( alylarierproltein, ACP)等功能域组成;模块区由一组分开的蛋白组成,含有双功能KS/AT, ACP和链.中,每一个模块包含酮基合成酶(ketoeynthase, KS),AT、长因子(chain length factor, CLF)在内的最小化PKSACP和0~3个修饰β-C的功能域;释放功能域为硫酯(minPKS) ,决定着链的长度,它们对聚酮化合物的生物酶( thioesterase, TE)。可以说如同DNA编码蛋白一样，合成是必需的,其他的功能域如酮基还原酶( ketoreduc-聚酮分子由PKS内的模块的数量和内容来编码。酶tase, KR)、环化酶( cyclase, CYC)、芳香化酶( aromatase,是模板,链随着反应从N端到C端进行依次延伸。这ARO)、0-甲基转移酶( O-methylransferase)则起着修饰种概念是一-次认识上的飞跃(7] ,通过改变密码,亦即改作用，以形成特定的产物。基因测序鉴定了I型酶复变酶的基因而改变模块中的酶，获得新的化合物。由于合体各基因在基因簇中的相对位置,见图2[10]。II 型PKS基因在数量上比聚酮分子更多,因此重编聚酮合成PKS的机理不象I型那样了解得那么透彻。和I型相途径可以想象新产生的化合物将是一个天文数字。比,型化合物在结构的多样性上则更少。潘scl期tmen. D口tcomkreoyurue (es)图