小分子组装和组合生物合成课件

小分子小分子组组装和装和组组合生物合成合生物合成张志超精细化工国家重点实验室编辑ppt小分子组装和组合生物合成张志超编辑ppt1次级代谢产物次次级级代代谢产谢产物是指物是指微生物微生物生生长长到一定到一定阶阶段才段才产产生的化学生的化学结结构十分复构十分复杂杂、对该对该生物无明生物无明显显生理生理功能，或并非是微生物功能，或并非是微生物生生长长和和繁殖繁殖所必需的物所必需的物质质，如，如抗生素抗生素、毒素毒素、激素激素、色素色素等。不同种等。不同种类类的微生物所的微生物所产产生的次生的次级级代代谢产谢产物不相同，他物不相同，他们们可能可能积积累在累在细细胞内，也可能排到外胞内，也可能排到外环环境中。境中。编辑ppt次级代谢产物次级代谢产物是指微生物生长到一定阶段才产生的化学2从青霉素开始1928年，Alexander Fleming!Obstacles on the way of antibiotics:大部分次级代谢产物结构复杂依靠微生物发酵；编辑ppt从青霉素开始1928年，Obstacles on the 3复杂天然产物生物合成的分子基础复杂天然产物的生物合成是从简单的小分子前提到终产物形成的多步骤反应。有特定的蛋白酶催化分子水平的研究和基因组计划给复杂天然产物的合成带来福音：参与复杂天然产物生物合成的基因，通常特征性的成簇分布与微生物染色体的某一区域。编辑ppt复杂天然产物生物合成的分子基础复杂天然产物的生物合成是从简单4克隆基因簇的方法以抗性基因为探针；反向遗传学；突变株互补；以同源基因为探针编辑ppt克隆基因簇的方法以抗性基因为探针；编辑ppt5酶学水平上的生物合成天然天然产产物是物是药药物的主要来源。物的主要来源。天然天然产产物物结结构上的多构上的多样样性是生物活性多性是生物活性多样样化的基化的基础础。由由PKS和和NRPS催化合成的催化合成的聚聚酮酮和聚和聚肽类肽类化化合物是天然合物是天然产产物中非常有特色的一物中非常有特色的一类类。（青霉素，（青霉素，红红霉素，埃博霉素）霉素，埃博霉素）编辑ppt酶学水平上的生物合成天然产物是药物的主要来源。编辑ppt6编辑ppt编辑ppt7聚聚酮类酮类化合物的生物合成机制化合物的生物合成机制以小分子以小分子羧羧酸酸为为前体，由聚前体，由聚酮酮合合酶酶pks催化合成催化合成的一的一类类天然天然产产物。物。以以红红霉素霉素为为例的例的组组合生物合成：合生物合成：红红 霉霉 素素 的大的大环环内醋内醋环环即即6一脱氧一脱氧红红霉内醋霉内醋(6-deoxyerythronolide B,6-dEB)的生物合成是由的生物合成是由丙酸和甲基丙二酸在复合丙酸和甲基丙二酸在复合酶酶系一多系一多酮酮合成合成酶酶（PKS）的催化作用下，）的催化作用下，经缩经缩合、合、酮还酮还原、脱水原、脱水和和烯还烯还原等多原等多轮轮循循环环完成的。丙酸和甲基丙二酸完成的。丙酸和甲基丙二酸均由初均由初级级代代谢产谢产物分解而来，因物分解而来，因PKS具有脱梭具有脱梭酶酶的活性，甲基丙二酸脱竣也能的活性，甲基丙二酸脱竣也能产产生丙酸。生丙酸。编辑ppt聚酮类化合物的生物合成机制以小分子羧酸为前体，由聚酮合酶pk81986年Stanzak发现红霉素合成基因成簇存在于。rm E基因附近,1991年Donadio等克隆了全长35 kb的DNA，并根据ORF(open read frame)和已知序列相比确定了其上的28个活性位点，最终提出了聚酮生物合成的模型.PKS由3条肽链组成，每个都含有两套结构和功能相近的酶域(domain)，每套酶域称为一个模块(module)，每个模块催化完成一轮碳链的延伸和还原，每个模块都有3个基本酶域。除了6个模块外，在pEBS1的N端有一个由AT和ACP组成的负载酶域(loadingd omain,LD)A TL和ACPL，它们负责选择和结合起始单元第一个小分子竣酸;在DEBS3的经基端有一个硫醋酶酶域(thioesterase,TE)，负责将合成的长链脂肪酸从PKS上水解下来，并与PKS的其它部位共同作用将产物环化成6-dEB.编辑ppt1986年Stanzak发现红霉素合成基因成簇存在于。rm 9编辑ppt编辑ppt10编辑ppt编辑ppt11编辑ppt编辑ppt12编辑ppt编辑ppt13The formation of a beta-keto ester from two esters,one of which has an alpha-hydrogen atom;malate synthase,citrate synthase,and ATP citrate lyase all catalyze such reactions.编辑pptThe formation of a beta-keto e14编辑ppt编辑ppt15编辑ppt编辑ppt16编辑ppt编辑ppt17编辑ppt编辑ppt18组合生物合成(combinatorialbi osynthesis)对自然产物的生物合成路径中编码酶的基因应用基因操作，重新设计抗生素的结构，实现新的结构和功能的组合，使其产生新的活性，进而获得新的产物。编辑ppt组合生物合成(combinatorialbi osynth19编辑ppt编辑ppt20编辑ppt编辑ppt21前景前景应应 用用组组 合合 生物合成可以改生物合成可以改变变抗生素原有的抗生素原有的生物合成生物合成过过程，使其程，使其结结构多构多样样化，而化，而这这一一点通点通过过化学方法是很化学方法是很难难甚至是无法达到的。甚至是无法达到的。因此，因此，这这方面的方面的进进一步研究将有助于理解一步研究将有助于理解医学上的一些重要二医学上的一些重要二级级代代谢产谢产物的物的结结构和构和功能的关系。相信，随着功能的关系。相信，随着这这一研究方法的一研究方法的不断不断发发展，人展，人们们将能将能够够合成更多抗酸且合成更多抗酸且对对耐耐药药性致病菌具有活性的新的性致病菌具有活性的新的红红霉素霉素类类物物质质，从而使更安全、更有效的，从而使更安全、更有效的药药物不断出物不断出现现。编辑ppt前景应 用组 合 生物合成可以改变抗生素原有的生物合成过程，22