体外酶学重构揭示两类苯环合成酶

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苯环是化学分子中非常常见的单元,在生物体中合成主要有两种方式合成:(1)莽草酸途径,该途径是芳香族氨基/羟基酸生成的常见途径,这些芳香族氨基/羟基酸是大多数生物生成苯衍生物的主要来源;(2)另一种常见途径是聚酮合成酶通过催化活性聚酮骨架发生环化和芳构化所得到。近日,南京大学戈惠明组通过体外酶学实验发现了新的苯环合成酶,该酶以多烯为前体合成苯环。

体外酶学重构揭示两类苯环合成酶  第1张

图1. 含有苯环的天然产物及其基因簇


研究人员发现了一大类含有肉桂酰基团的天然产物,通过在体外重组肉桂酰基团的生物合成,首次发现了两个系统发育完全不同的环化酶可以通过多烯前体合成苯环。其中以Kcn17-Kcn18-Kcn19及其同源蛋白的三蛋白复合体代表的环化是含肉桂酰非核糖体肽中形成苯环的一种相对常见的策略,因为至少有6个已知的加上207个未鉴定的生物合成基因簇中都包含这种三基因操纵子;而YssX是一种单独的酶,只在youssoufene生物合成过程中负责苯环的形成。这两类催化的环化很可能涉及一6π-电环化过程。本研究揭示了长期以来在肉桂酰生物合成中苯环形成的奥秘,拓展了对芳香环生物合成的认识,为含肉桂酰天然产物的进一步基因组挖掘和组合生物合成奠定了基础。

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图2. 两类不同的环化酶催化多烯底物合成苯环


这一成果近期发表在Journal of the American Chemical Society 上,文章的第一作者为南京大学生命科学学院的史净副研究员,南京大学生命科学学院的戈惠明教授、谭仁祥教授和南京大学化学化工学院的梁勇教授为文章的通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然基金委杰出青年基金、青年基金及中央高校基本科研业务费等项目的资助。

J. Am. Chem. Soc., 2022144, 7939–7948, DOI:10.1021/jacs.2c02855

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