聚酮化合物及其组合生物合成

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1、聚酮化合物及其组合生物合成【关键词】聚酮化合物；,,聚酮合酶；,,组合生物合成　摘要：聚酮化合物的组合生物合成是当前国际化学与生物学交叉学科研究的热点之一，也正在发展成为药物创新超常规的重要手段。本文对近十年来聚酮化合物，特别是I型聚酮化合物的组合生物合成的常用技术和方法学发展进行了回顾和展望。　关键词：聚酮化合物；　聚酮合酶；　组合生物合成ABSTRACTPolyketidepoundsandthEirbiosynthesisbybinatorialapproacheshadrecEIvedgreatattent

2、ionasacrossdisciplinarysubjectinaneicalbiologyforitsimportanceandgreatpotentialtocreatebrandnemarizemethodsandtechnologiesaginativediscoveryofnovelpolyketidepoundsbybinatorialbiosynthesis,icalandbiochemical,bioinformaticandbiotechnologicalapproaches.KEY、CalO5、

3、NcsB、SgcE和CalE8等；有些Ⅱ型PKS的结构域也可以是不能被重复使用的，如NonJKPQU；有些PKS似乎是Ⅰ型PKS和Ⅱ型PKS的杂合体，如LnmIJ/LnmG和PedFG/PedCD。从机制的角度来看，有些PKS依赖ACP，而有些PKS不依赖ACP。从合成的角度来看，有些PKS即可以催化形成CC键，也可以催化形成CO键，如NonJK。也许，我们眼前所发现和利用的PKS只是整个PKS庞大家族中的小小一员，更多更精彩的内容正等待人们去揭示。2聚酮合酶的组合　生物合成自从以英国约翰英纳斯中心(JohnInn

4、esCentre)的DavidAHopycescoelicolor)中建立和发展遗传操作系统以来，链霉菌的分子遗传学一直成为国际生命科学领域的一个热点。经过三十年广泛而深入的研究，其中抗生素生物合成基因的克隆在抗生素领域已产生了深远的影响。首先，这些基因的克隆和测序使我们对抗生素的特征有了新的认识，例如，对抗生素生物合成基因成簇排列规律的发现极大地帮助了新基因簇的克隆和分析。现代分子生物学技术使人们对抗生素有了更深入的了解的第二个方面是对聚酮类抗生素的认识。已知抗生素结构种类繁多，然而它们当中的最庞大的一类，包括大

5、环内酯类、聚醚类、多烯类、蒽环类等都是通过聚酮合酶途径合成的，聚酮链合成的底物选择、还原程度和产物的立体化学构型都是由PKS上相应模块中的结构域决定的，每个结构域的功能都一一对应在最终产物的结构上，这种多功能模块化PKS中催化活性中心和化学合成步骤及终产物化学结构的一一对应关系，使得通过编辑生物合成基因来设计杂合产物成为可能，并由此产生出一个崭新的研究领域――聚酮合酶的组合生物学。聚酮合酶的组合生物学就是通过基因工程等相关技术人为地对产生抗生素等微生物次级代谢产物合成途径进行合理的改造，由此产生非天然的杂合基因或基

6、因簇，从而形成新的非天然的天然聚酮化合物，与传统组合化学的主要区别是它是在基因水平上由微生物来合成自然界原本并不存在的新化合物，而且这种化合物的数量是惊人的。可以从理论上来推算一下通过聚酮合酶的组合生物学所衍生的聚酮化合物的潜力(CP,binatorypotential)［10］。CP=ATL［ATE×4］MATL代表负责加载不同起始合成单位的AT结构域；ATE代表负责加载不同延伸合成单位的AT结构域；4代表由β酮基的经不同结构域催化形成产物的可能性；M代表基因簇中模块的数目。这还不包括AT两种立体化学可能性、KR

7、结构域两种立体化学可能性、加尾酶等其它可能增加产物数量可能性的因素。以一个像红霉素这样典型的包含6个模块的PKS基因簇为例，若含有3种类型的AT(识别加载丙二酰CoA，甲基丙二酰CoA，乙基丙二酰CoA)，那么可能形成的聚酮化合物的理论值就接近10000000，这就为聚酮库的建立奠定了坚实的理论基础。纵览聚酮合酶特别是Ⅰ型PKS组合生物学近十年来的发展，归纳起来采用技术有如下几种［11～32］。2.1聚酮合酶中模块的减少聚酮链的构成单位与催化它形成的PKS模块是一一对应的，因此，聚酮链的长度可以通过改变延长单位模块

8、的数目来完成，前提是最后一个模块和环化酶结构域必须能够识别非天然的中间产物。如前所述，在红霉素PKS中，除了融合于模块1中的两个起始加载结构域(ATL和ACPL)和模块6中的TE结构域外，有六个链延伸模块分别位于DEBS1、DBS2和DEBS3中，红霉素合成过程中内酯环的大小由DEBS中模块数决定，利用基因工程方法重新调整TE的位置，使TE重新和一个、两个、