小分子組裝和組合生物合成課件

小分子組裝和組合生物合成張志超精細(xì)化工國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室小分子組裝和組合生物合成張志超1次級代謝產(chǎn)物次級代謝產(chǎn)物是指微生物生長到一定階段才產(chǎn)生的化學(xué)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜、對該生物無明顯生理功能，或并非是微生物生長和繁殖所必需的物質(zhì)，如抗生素、毒素、激素、色素等。不同種類的微生物所產(chǎn)生的次級代謝產(chǎn)物不相同，他們可能積累在細(xì)胞內(nèi)，也可能排到外環(huán)境中。次級代謝產(chǎn)物次級代謝產(chǎn)物是指微生物生長到一定階段才產(chǎn)生的化學(xué)2從青霉素開始…1928年，AlexanderFleming!!!Obstaclesonthewayofantibiotics:大部分次級代謝產(chǎn)物結(jié)構(gòu)復(fù)雜…依靠微生物發(fā)酵；從青霉素開始…1928年，Obstaclesonthe3復(fù)雜天然產(chǎn)物生物合成的分子基礎(chǔ)復(fù)雜天然產(chǎn)物的生物合成是從簡單的小分子前提到終產(chǎn)物形成的多步驟反應(yīng)。有特定的蛋白酶催化分子水平的研究和基因組計(jì)劃給復(fù)雜天然產(chǎn)物的合成帶來福音：參與復(fù)雜天然產(chǎn)物生物合成的基因，通常特征性的成簇分布與微生物染色體的某一區(qū)域。復(fù)雜天然產(chǎn)物生物合成的分子基礎(chǔ)復(fù)雜天然產(chǎn)物的生物合成是從簡單4克隆基因簇的方法以抗性基因?yàn)樘结?；反向遺傳學(xué)；突變株互補(bǔ)；以同源基因?yàn)樘结槨寺』虼氐姆椒ㄒ钥剐曰驗(yàn)樘结槪?酶學(xué)水平上的生物合成天然產(chǎn)物是藥物的主要來源。天然產(chǎn)物結(jié)構(gòu)上的多樣性是生物活性多樣化的基礎(chǔ)。由PKS和NRPS催化合成的聚酮和聚肽類化合物是天然產(chǎn)物中非常有特色的一類。（青霉素，紅霉素，埃博霉素）酶學(xué)水平上的生物合成天然產(chǎn)物是藥物的主要來源。6小分子組裝和組合生物合成課件7聚酮類化合物的生物合成機(jī)制以小分子羧酸為前體，由聚酮合酶pks催化合成的一類天然產(chǎn)物。以紅霉素為例的組合生物合成：紅霉素的大環(huán)內(nèi)醋環(huán)即6一脫氧紅霉內(nèi)醋(6-deoxyerythronolideB,6-dEB)的生物合成是由丙酸和甲基丙二酸在復(fù)合酶系一多酮合成酶（PKS）的催化作用下，經(jīng)縮合、酮還原、脫水和烯還原等多輪循環(huán)完成的。丙酸和甲基丙二酸均由初級代謝產(chǎn)物分解而來，因PKS具有脫梭酶的活性，甲基丙二酸脫竣也能產(chǎn)生丙酸。聚酮類化合物的生物合成機(jī)制以小分子羧酸為前體，由聚酮合酶pk81986年Stanzak發(fā)現(xiàn)紅霉素合成基因成簇存在于。rmE基因附近,1991年Donadio等克隆了全長35kb的DNA，并根據(jù)ORF(openreadframe)和已知序列相比確定了其上的28個活性位點(diǎn)，最終提出了聚酮生物合成的模型.PKS由3條肽鏈組成，每個都含有兩套結(jié)構(gòu)和功能相近的酶域(domain)，每套酶域稱為一個模塊(module)，每個模塊催化完成一輪碳鏈的延伸和還原，每個模塊都有3個基本酶域。除了6個模塊外，在pEBS1的N端有一個由AT和ACP組成的負(fù)載酶域(loadingdomain,LD)ATL和ACPL，它們負(fù)責(zé)選擇和結(jié)合起始單元第一個小分子竣酸;在DEBS3的經(jīng)基端有一個硫醋酶酶域(thioesterase,TE)，負(fù)責(zé)將合成的長鏈脂肪酸從PKS上水解下來，并與PKS的其它部位共同作用將產(chǎn)物環(huán)化成6-dEB.1986年Stanzak發(fā)現(xiàn)紅霉素合成基因成簇存在于。rm9小分子組裝和組合生物合成課件10小分子組裝和組合生物合成課件11小分子組裝和組合生物合成課件12小分子組裝和組合生物合成課件13Theformationofabeta-ketoesterfromtwoesters,oneofwhichhasanalpha-hydrogen

atom;malatesynthase,citratesynthase,andATPcitratelyaseallcatalyzesuchreactions.Theformationofabeta-ketoe14小分子組裝和組合生物合成課件15小分子組裝和組合生物合成課件16小分子組裝和組合生物合成課件17小分子組裝和組合生物合成課件18組合生物合成

(combinatorialbiosynthesis)對自然產(chǎn)物的生物合成路徑中編碼酶的基因應(yīng)用基因操作，重新設(shè)計(jì)抗生素的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)新的結(jié)構(gòu)和功能的組合，使其產(chǎn)生新的活性，進(jìn)而獲得新的產(chǎn)物。組合生物合成

(combinatorialbiosynth19小分子組裝和組合生物合成課件20小分子組裝和組合生物合成課件21前景應(yīng)用組合生物合成可以改變抗生素原有的生物合成過程，使其結(jié)構(gòu)多樣化，而這一點(diǎn)通過化學(xué)方法是很難甚至是無法達(dá)到的。因此，這方面的進(jìn)一步研究將有助于理解醫(yī)學(xué)上的一些重要二級代謝產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系。相信，隨著這一研究方法的不斷發(fā)展，人們將能夠合成更多抗酸且對耐藥性致病菌具有活性的新的紅霉素類物質(zhì)，從而使更安全、更有效的藥物不斷出現(xiàn)。前景應(yīng)用組合生物合成可以改變抗生素原有的生物合成過程，22小分子組裝和組合生物合成張志超精細(xì)化工國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室小分子組裝和組合生物合成張志超23次級代謝產(chǎn)物次級代謝產(chǎn)物是指微生物生長到一定階段才產(chǎn)生的化學(xué)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜、對該生物無明顯生理功能，或并非是微生物生長和繁殖所必需的物質(zhì)，如抗生素、毒素、激素、色素等。不同種類的微生物所產(chǎn)生的次級代謝產(chǎn)物不相同，他們可能積累在細(xì)胞內(nèi)，也可能排到外環(huán)境中。次級代謝產(chǎn)物次級代謝產(chǎn)物是指微生物生長到一定階段才產(chǎn)生的化學(xué)24從青霉素開始…1928年，AlexanderFleming!!!Obstaclesonthewayofantibiotics:大部分次級代謝產(chǎn)物結(jié)構(gòu)復(fù)雜…依靠微生物發(fā)酵；從青霉素開始…1928年，Obstaclesonthe25復(fù)雜天然產(chǎn)物生物合成的分子基礎(chǔ)復(fù)雜天然產(chǎn)物的生物合成是從簡單的小分子前提到終產(chǎn)物形成的多步驟反應(yīng)。有特定的蛋白酶催化分子水平的研究和基因組計(jì)劃給復(fù)雜天然產(chǎn)物的合成帶來福音：參與復(fù)雜天然產(chǎn)物生物合成的基因，通常特征性的成簇分布與微生物染色體的某一區(qū)域。復(fù)雜天然產(chǎn)物生物合成的分子基礎(chǔ)復(fù)雜天然產(chǎn)物的生物合成是從簡單26克隆基因簇的方法以抗性基因?yàn)樘结?；反向遺傳學(xué)；突變株互補(bǔ)；以同源基因?yàn)樘结槨寺』虼氐姆椒ㄒ钥剐曰驗(yàn)樘结槪?7酶學(xué)水平上的生物合成天然產(chǎn)物是藥物的主要來源。天然產(chǎn)物結(jié)構(gòu)上的多樣性是生物活性多樣化的基礎(chǔ)。由PKS和NRPS催化合成的聚酮和聚肽類化合物是天然產(chǎn)物中非常有特色的一類。（青霉素，紅霉素，埃博霉素）酶學(xué)水平上的生物合成天然產(chǎn)物是藥物的主要來源。28小分子組裝和組合生物合成課件29聚酮類化合物的生物合成機(jī)制以小分子羧酸為前體，由聚酮合酶pks催化合成的一類天然產(chǎn)物。以紅霉素為例的組合生物合成：紅霉素的大環(huán)內(nèi)醋環(huán)即6一脫氧紅霉內(nèi)醋(6-deoxyerythronolideB,6-dEB)的生物合成是由丙酸和甲基丙二酸在復(fù)合酶系一多酮合成酶（PKS）的催化作用下，經(jīng)縮合、酮還原、脫水和烯還原等多輪循環(huán)完成的。丙酸和甲基丙二酸均由初級代謝產(chǎn)物分解而來，因PKS具有脫梭酶的活性，甲基丙二酸脫竣也能產(chǎn)生丙酸。聚酮類化合物的生物合成機(jī)制以小分子羧酸為前體，由聚酮合酶pk301986年Stanzak發(fā)現(xiàn)紅霉素合成基因成簇存在于。rmE基因附近,1991年Donadio等克隆了全長35kb的DNA，并根據(jù)ORF(openreadframe)和已知序列相比確定了其上的28個活性位點(diǎn)，最終提出了聚酮生物合成的模型.PKS由3條肽鏈組成，每個都含有兩套結(jié)構(gòu)和功能相近的酶域(domain)，每套酶域稱為一個模塊(module)，每個模塊催化完成一輪碳鏈的延伸和還原，每個模塊都有3個基本酶域。除了6個模塊外，在pEBS1的N端有一個由AT和ACP組成的負(fù)載酶域(loadingdomain,LD)ATL和ACPL，它們負(fù)責(zé)選擇和結(jié)合起始單元第一個小分子竣酸;在DEBS3的經(jīng)基端有一個硫醋酶酶域(thioesterase,TE)，負(fù)責(zé)將合成的長鏈脂肪酸從PKS上水解下來，并與PKS的其它部位共同作用將產(chǎn)物環(huán)化成6-dEB.1986年Stanzak發(fā)現(xiàn)紅霉素合成基因成簇存在于。rm31小分子組裝和組合生物合成課件32小分子組裝和組合生物合成課件33小分子組裝和組合生物合成課件34小分子組裝和組合生物合成課件35Theformationofabeta-ketoesterfromtwoesters,oneofwhichhasanalpha-hydrogen

atom;malatesynthase,citratesynthase,andATPcitratelyaseallcatalyzesuchreactions.Theformationofabeta-ketoe36小分子組裝和組合生物合成課件37小分子組裝和組合生物合成課件38小分子組裝和組合生物合成課件39小分子組裝和組合生物合成課件40組合生物合成

(combinatorialbiosynthesis)對自然產(chǎn)物的生物合成路徑中編碼酶的基因應(yīng)用基因操作，重新設(shè)計(jì)抗生素的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)新的結(jié)構(gòu)和功能的組合，使其產(chǎn)生新的活性，進(jìn)而獲得新的產(chǎn)物。組合生物合成

(combinatorialbiosynth41小分子組裝和組合生物合成課件42小分子組裝和組合