聚酮合成酶底物专一性的研究进展

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1、聚酮合成酶底物专一性的研究进展【摘要】聚酮合成酶能够合成包括许多大环内酯类抗生素在内的聚酮类天然产物，它的结构和功能的模块性为组合生物合成的产生和发展奠定了基础。聚酮合成酶的酰基转移酶功能域可以特异性地决定所选择酰基辅酶A的种类，决定产物的结构。近年来，针对许多来源不同、结构各异的聚酮合成酶的底物专一性已经从氨基酸序列、结构和功能等方面进行了大量的研究，为更有效地应用聚酮合成酶开发新型抗生素奠定了基础。【关键词】聚酮合成酶；底物专一性；组合生物合成；酰基转移酶　　Progressinsubstratespecificityofpolyketides

2、ynthase　　ABSTRACTPolyketidesynthasescatalyzethesynthesisofplexnaturalproductsincludingmacrolideantibioticsfromsimpleprecursorssuchaspropionylCoAandmethylmalonylCoA.Thestructuralandfunctionalmodularityofthesemultienzymesystemshasraisedthepossibilitythatpolyketidebiosyntheticp

3、athightberationallyreprogrammedbybinatorialmanipulation.Previousstudieshaveshoarilycontrolledbyindividualacyltransferase(AT)domainsolecularrecognitionfeaturesofpolyketidesynthases.)生物合成基因簇，包括两个PKS基因lnmI和lnmJ，共编码6个聚酮合成酶模块，每个模块内都没有AT催化位点，而由聚酮合成酶基因簇之外的lnmG基因编码酰基转移酶。lnmG、lnmI或lnmJ

4、的失活都将终止LNM的生物合成。体外实验结果进一步证明，lnmG编码的酰基转移酶能够有效、特异地向PKS的6个模块提供丙二酰辅酶A［5］。　　1PKS起始碳单元的选择　　聚酮合成酶能够催化多种小分子羧酸进行缩合反应，经过不同程度的还原合成大量结构复杂、生物活性多样的天然产物。PKS模块中AT功能域可以选择特定的酰基辅酶A，通过ACP传递到KS的活性位点上并完成缩合反应，即AT对于反应底物的选择具有关键的作用。　　PKS的负载域根据其模块结构(即聚酮合成的起始方式)主要可以分为两类：一类负载域除了AT和ACP之外，还有一个具有脱羧酶活性的KSQ(KS

5、高度保守的半胱氨酸残基活性位点被谷氨酸即Q取代)功能域。这种负载域(如竹桃霉素、尼达霉素、苦霉素生物合成PKS中的负载域)以二元羧酸辅酶A(如丙二酰辅酶A、甲基丙二酰辅酶A)为起始碳单位。起始碳单位在加载到第一个延伸模块之前必须经过脱羧反应，KSQ在这个过程中起关键作用［6］。另一类负载域出现于如红霉素、苦霉素的PKS中，只有AT和ACP。它们利用一元羧酸辅酶A(如丙酰辅酶A、异丁酰辅酶A)作为底物，将这些酰基辅酶A加载到相应PKS的第一个延伸模块上。在这个体系中，聚酮合成的起始过程没有经过脱羧反应。这类负载域对于聚酮化合物的合成不是必不可少的，例

6、如灭活6脱氧红霉内酯B合成酶的负载域，极大程度地降低了红霉素的产量，但并不能完全终止红霉素的合成［7］。　　除此之外，自然界中还发现了一些特殊的PKS负载域。FK506的生物合成PKS的负载域包括了CAS(dihydrocyclohexenylcarbonylCoAsynthetase)、ER和ACP功能域，但没有起始AT。CAS和ER催化莽草酸形成FK506生物合成的起始单位dihydrocyclohexenylcarbonylCoA，ACP用于固定起始单位并将其传递给PKS模块1的3氧酰基(ACP)合成酶功能域的半胱氨酸活性位点［8］。另

7、外，Julien等发现epothilones(埃博霉素)生物合成PKS负载域是由KSY(KS高度保守的半胱氨酸残基活性位点被酪氨酸即Y取代)、AT、ER和ACP组成［9］。Brautaset等克隆的制霉菌素(nystatin)生物合成PKS的负载域NysA，包括KSS(KS高度保守的半胱氨酸残基活性位点被丝氨酸即S取代)、AT、DH和ACP［10］。但KSY和KSS的功能尚不清楚。　　2PKS延伸碳单元的选择　　丙二酰辅酶A和甲基丙二酰辅酶A常用于聚酮链的延长，如红霉素的6个延伸模块都选择甲基丙二酰辅酶A作为催化底物。利福霉素B产生菌Amycol

8、atopsismediterranei中的PKS既能利用甲基丙二酰辅酶A又能利用丙二酰辅酶A，其中模块2和模块9特异选择丙