摘要
烯炔是有機化學(xué)中的重要官能團(tuán)，尤其在點擊化學(xué)領(lǐng)域。Asperpentyn（1）是分離自Aspergillus 和 Pestalotiopsis 的含1,3-烯炔的環(huán)己烯類萜烯。本文鑒定了1的生合基因簇aty 并表征了1的生物合成中的兩個關(guān)鍵酶。研究人員發(fā)現(xiàn)了一種雙功能P450單加氧酶AtyI，其首先催化異戊二烯鏈的脫氫反應(yīng)生成順式二烯中間體，然后顯示乙炔酶活性形成1,3-烯炔部分。本文還表征了UbiA型異戊二烯基轉(zhuǎn)移酶AtyB，少見的將單個C5而不是多C5轉(zhuǎn)移到底物對羥基苯甲酸上。
02 /內(nèi)容 烯炔是有機合成，功能材料和藥物化學(xué)中的重要官能團(tuán)。生物活性分子和藥物制劑中也常見1,3-烯炔部分，1,3-烯炔可以經(jīng)歷各種化學(xué)轉(zhuǎn)化以產(chǎn)生碳-碳鍵，尤其在點擊化學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。天然產(chǎn)物中炔類的生物合成已有文獻(xiàn)報道(fig 1A，也可見文末相關(guān)烯炔的往期推薦：3, 4)，然而，酶如何催化形成1,3-烯炔仍然是一個難題。 Fig 1. (A) Structures of representative acetylenic NPs. Fig 1. (B) examples of 1,3-enyne-containing cyclohexanoid terpenoids 本文對進(jìn)行基因組測序，比較基因組分析，產(chǎn)物結(jié)構(gòu)分析，生物信息學(xué)分析以及文獻(xiàn)調(diào)研，搜索了包含異戊二烯基轉(zhuǎn)移酶和VibMO1單加氧酶（此酶的生物合成相關(guān)內(nèi)容詳見往期推薦1，2）同源序列的基因簇，獲得了一個候選基因簇aty。該簇含有編碼UbiA異戊二烯基轉(zhuǎn)移酶（atyB）、UbiH水楊酸羥化酶（atyG，與VibMO1的同一性/相似性為38％/56％），AtyH（同源基因可將L-苯丙氨酸轉(zhuǎn)化為肉桂酸）、銅蛋白氧化酶AtyE、SDR家族蛋白AtyC和醛還原酶AtyD。 Fig 2. Identification of the aty gene cluster from Aspergillus sp. PSURSPG185. 為了驗證該簇中剩余兩個酶AtyI和AtyA的功能，研究人員將其在Saccharomyces cerevisiae strain BJ5464-NpgA（含有CytP450還原酶AtCPR）進(jìn)行異源表達(dá)，同時共表達(dá)了兩種潛在的上游酶AtyB和AtyH。不同組合方式的異源表達(dá)結(jié)果表明，從5到烯炔2的生物合成涉及兩種酶：UbiA異戊二烯基轉(zhuǎn)移酶和CytP450單加氧酶。 Fig 2. (B) LC-DAD-MS analysis of the extracts of S. cerevisiae. 為了證實AtyB的功能，研究人員從過表達(dá)釀酒酵母的atyB中制備了微粒體提取物（AtyB可能與膜結(jié)合）。將5和AtyB與DMAPP和鎂離子一起孵育形成4，隨后研究人員評估了具有不同鏈長的異戊烯基焦磷酸酯，發(fā)現(xiàn)AtyB可以將C10和C15異戊烯基長鏈接入到5。體外多底物競爭性實驗表明，盡管AtyB可以轉(zhuǎn)移較長鏈的聚戊二烯，但其更傾向于C5的DMAPP作為底物。結(jié)合系統(tǒng)發(fā)育分析，表明AtyB是一種少見的UbiA異戊二烯基轉(zhuǎn)移酶，更傾向于轉(zhuǎn)移短（C5）異戊二烯。 至此，本文提出AtyI首先從C-7烯丙基位置攫氫并形成中間體a（方案1A），7,8鍵旋轉(zhuǎn)后，向C-9的自由基轉(zhuǎn)移形成7,8順丁烯自由基b。甲基末端的攫氫產(chǎn)生7,8-順二烯A，之后AtyI將7,8-烯基氧化為炔烴，得到2。同時，本文也將參與轉(zhuǎn)化的其它化合物的催化機制進(jìn)行總結(jié)（方案1B），提出了化合物1完整的生物合成（方案2）。 Scheme 1. Proposed mechanisms of AtyI with (A) 4, (B) 8, (C) 16 and (D) 18. 綜上，本文確定了1的生物合成基因簇，并表征了1生物合成中的兩個關(guān)鍵酶，發(fā)現(xiàn)了具有雙功能的P450單加氧酶，其首先催化異戊二烯鏈的脫氫反應(yīng)生成順式二烯中間體，然后顯示乙炔酶活性產(chǎn)生炔烴部分。
來源：遇見生物
