●49國外醫(yī)藥杭生素分冊2003年3月第24卷第2期綜述和編寫文章編號:1001-8751(20030 )02-0049-05組合生物合成汪星明趙鳳生綜述(上海交通大學(xué)藥學(xué)院，上海 200)摘要:天然產(chǎn)物是一重要的藥物來源 ,同時比化學(xué)合成能提供更多的結(jié)構(gòu)多樣性，然而由于受限于傳統(tǒng)的方法其多樣性未得到進(jìn)一-步利用。組合生物合成就是近些年來發(fā)展起來的獲取大量天然、非天然產(chǎn)物的方法。最近幾年更是得到了很大的發(fā)展。聚酮類化合物的生物合成則是這個技術(shù)應(yīng)用最為成熟的領(lǐng)域。本文對聚酮類物質(zhì)生物合成途徑研究的發(fā)展作了回顧,并對目前組合生物合成的研究狀況作了概述。關(guān)鍵詞:組合生物合成; 聚酮類化合物; 聚酮生物合成酶; 非核糖體多肽合 成酶中團(tuán)分類號: R966文獻(xiàn)標(biāo)識碼:1天然產(chǎn)物的多樣性使其成為新藥的重要來源。聚1型和II型PKS產(chǎn)物、來源及活性酮,作為一大類結(jié)構(gòu)多樣化的天然產(chǎn)物具有重要的醫(yī)類型抗生素產(chǎn)生菌.活性用價值,包括大環(huán)內(nèi)酯類、四環(huán)素類、蒽環(huán)類聚醚類的1型紅游東紅色糖多孢菌抗落雷帕霉素s. hyrascopiaus免疫抑制劑許多抗生素都屬于該類化合物。聚酮來源的藥物每年I型普卡霉素s. agilacaus抗腫瘤的銷售額達(dá)80億美元n。通過研究聚酮生物合成途四環(huán)素S. rimosus富倫菌素S. rorofhuhrus徑而發(fā)展起來的組合生物合成近幾年得到了很大的發(fā)展,是獲取生物多樣性的重要手段,成為新藥開發(fā)的重聚酮的形成雖然同脂肪酸- -樣通過簡單前體的連要策略之一。續(xù)縮合組裝形成,但是脂肪酸合成過程中的底物最后組合生物合成就是通過操縱天然產(chǎn)物生物合成途被完全還原，形成沒有活性的烷基鏈,而聚酮合成中的徑中的基因來產(chǎn)生非天然的天然同系物。其中聚酮生中間產(chǎn)物只是被部分加工形成復(fù)雜形式的功能基團(tuán)，物合成途徑研究最為透徹,應(yīng)用最多。通過在遺傳上延伸的鏈最后通過環(huán)化使其穩(wěn)定,下游的酶進(jìn)行功能改變它們的生物合成途徑可以潛在地產(chǎn)生無止境的新基團(tuán)的進(jìn)一步修飾,如氧化、還原糖基化、甲基化,使聚酮類化合物,用于藥物篩選。得產(chǎn)物多樣化。另外多樣性來源于不同的起始.延伸1聚酮生物合成途徑底物,以及手性中心的產(chǎn)生。這種合成途徑中內(nèi)在的聚酮化合物不是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)相似而統(tǒng)稱為聚酮,相多變性加上廣范圍的底物,可控制的鏈長變化揭示了反該類化合物結(jié)構(gòu)極其多樣。目前已知的天然存在的聚酮分子結(jié)構(gòu)多樣性的原因。聚酮化合物有7000多種,其中1%具有藥物活性。聚1.1I型PKS酮分子的多樣性以及各種生物活性與其合成途徑密切1989 ~ 1991年間從紅色糖多孢菌(S. erythraea)中相關(guān)。聚酮的生物合成涉及-系列的酶促反應(yīng),與人分離 出紅霉素合成的基因簇，發(fā)現(xiàn)了I型酶組織形類及細(xì)菌的脂肪酸合成很類似，組成這些合成途徑的式[2-5。紅霉素的PKS含有三個大于280Ku的蛋白亞酶稱為聚酮生物合成酶(polykeide biosynthase, PKS),基(DEBS1、DEBS2、DEBS3),分別由ery AI、ery All、ery并分為模塊式(modula) PKS和芳香類( aonaic)PKS，AII 基因編碼,每-個蛋白 亞基由兩個模塊( modules)后者也稱迭代式(ierative)。模塊式稱為I型,合成大環(huán)組成,這樣- -共有六個模塊,攜有典型的脂肪酸合成酶內(nèi)脂類抗生素。迭代式為II型,合成具有芳香環(huán)結(jié)構(gòu)的的功能域一KS, AT, DH, ER, ACP,TE,每一個模塊負(fù)抗生素。兩種途徑合成的典型產(chǎn)物及其來源見表1。責(zé)一次兩碳單位的延伸,整個成線性排列組成完整的收稿日期200206-10中國煤化工作者簡介:汪星明,女,生于1977 年.碩士,主要從事微生物藥學(xué)的研究。MYHCNMHG趙風(fēng)生,男生于1948年,教授,主要從事微生物藥學(xué)的研究。國外醫(yī)藥抗生素分冊2003年3月第24卷第2期50●pKs復(fù)合體，合成紅霉素的前體- 6-脫氧紅霉內(nèi)酯 B<6 dooeyrhonoie B,6 _DEB)。見圖!6。eryAUnryAIlDEBS1DED92醫(yī)好核塊1悅址2核塊3使塊49址5_便共。_ 終止OO@@@@南結(jié)個庇物1戶物圈1模塊式紅霉素聚酮合成酶基因簇及其合成模式紅霉崠PKS基因簇也代表了典型的模塊式PKS1.2 I型PKS .基因簇:編碼幾個大的多肽鏈,從氨基端到羧基端分為1989年Bibb、 Shernan等人分析了粒菌索(gra-裝載(oading)功能域、多個模塊區(qū)、釋放功能域。Load-naticn) ,放線紫紅素(actinrhodin)[8-9] PKS基因發(fā)現(xiàn)ing域由?；D(zhuǎn)移酶( acyltransferase, AT(L) )和酰基載體了I型酶的結(jié)構(gòu)。此后通過酶學(xué)研究證明II 型PKS蛋白( alylarierproltein, ACP)等功能域組成;模塊區(qū)由一組分開的蛋白組成,含有雙功能KS/AT, ACP和鏈.中,每一個模塊包含酮基合成酶(ketoeynthase, KS),AT、長因子(chain length factor, CLF)在內(nèi)的最小化PKSACP和0~3個修飾β-C的功能域;釋放功能域?yàn)榱蝓?minPKS) ,決定著鏈的長度,它們對聚酮化合物的生物酶( thioesterase, TE)?？梢哉f如同DNA編碼蛋白一樣，合成是必需的,其他的功能域如酮基還原酶( ketoreduc-聚酮分子由PKS內(nèi)的模塊的數(shù)量和內(nèi)容來編碼。酶tase, KR)、環(huán)化酶( cyclase, CYC)、芳香化酶( aromatase,是模板,鏈隨著反應(yīng)從N端到C端進(jìn)行依次延伸。這ARO)、0-甲基轉(zhuǎn)移酶( O-methylransferase)則起著修飾種概念是一-次認(rèn)識上的飛躍(7] ,通過改變密碼,亦即改作用，以形成特定的產(chǎn)物。基因測序鑒定了I型酶復(fù)變酶的基因而改變模塊中的酶，獲得新的化合物。由于合體各基因在基因簇中的相對位置,見圖2[10]。II 型PKS基因在數(shù)量上比聚酮分子更多,因此重編聚酮合成PKS的機(jī)理不象I型那樣了解得那么透徹。和I型相途徑可以想象新產(chǎn)生的化合物將是一個天文數(shù)字。比,型化合物在結(jié)構(gòu)的多樣性上則更少。潘scl期tmen. D口tcomkreoyurue (es)圖