小单孢菌TP-A0468中两个基因簇协作完成新蒽环化合物的生物合成

越野他汀(kosinostatin,KST)产生菌小单孢菌TP-A0468菌株基因组中包含了负责产生越野他汀、利福霉素等多种次级代谢产物的生物合成基因簇.在越野他汀生物合成研究中,从越野他汀生物合成基因簇中腺苷酰化酶基因kst B1的缺失突变株小单孢菌TP-A0468Δkst B1中分离到了新蒽环化合物554B.经质谱和核磁共振鉴定,其糖基部分是4-乙酰基-2,3,6-三脱氧己糖,而非越野他汀中的4-乙酰基-2,6-二脱氧己糖,表明其生物合成过程中发生了一步额外的3,4-脱水反应.然而KST生物合成基因簇中并不包含相应的己糖3,4-脱水酶基因.通过对基因组序列进行生物信息学分析,在利福霉素生物合成基因簇中发现了一个编码己糖3,4-脱水酶的基因orf6.基因删除实验显示orf6失活的突变株不再产生554B,表明该基因与4-乙酰基-2,3,6-三脱氧己糖的生物合成相关.结果表明小单孢菌TP-A0468可以利用不同生物合成基因簇中的基因协同介导天然产物的生物合成.     

越野他汀生物合成介导的海洋小单孢菌中一个新天然产物的发现

越野他汀(kosinostatin,KST)是从海洋小单孢菌Micromonospora sp.TP-A0468中分离得到的一种具有良好抗肿瘤活性的蒽环类抗生素.在对越野他汀生物合成基因簇的研究中,构建了3,5-差向异构酶基因kstD3的基因中断突变株mKOSD3,该菌株中一种新的天然产物因产量较野生型有所提高而被发现.分离新化合物并进行结构鉴定,结果显示该化合物是异醌环素B C-3’’位脱氧的结构类似物,命名为脱氧异醌环素B.生物活性测试表明,相比于异醌环素B,其体外细胞毒性明显降低.进一步的基因敲除实验发现,基因簇中的kstD5编码的是一个对糖基底物识别不专一的糖基转移酶,这为利用该酶的特性获得更多蒽环类衍生物奠定了基础.     

基于基因组挖掘的一个新的吡嗪酮类天然产物的发现

采用次级代谢产物基因组挖掘的方法,扫描链霉菌Streptomyces sp.TP-A0365的基因组序列,找到一个新的负责吡嗪酮类天然产物生物合成的非核糖体肽合成酶(NRPS)编码基因.通过敲除该NRPS基因中断相关化合物的生物合成途径,对比突变菌株和原始菌株(来源于链霉菌Streptomyces sp.TP-A0365的工程菌株TG1301)的发酵产物,我们在原始菌株的发酵粗提液中捕捉到了突变株不再产生的化合物1.从原始菌株20 L发酵液中分离并鉴定了化合物1的化学结构,其结构为3-异丙基-7,8-二氢吡咯并[1,2-a]吡嗪-4(6H)-酮,是一个新的吡嗪酮类化合物,命名为provalin.     

基于生物合成途径改造的一个三欣卡辛类似物的发现

三欣卡辛是一种来源于链霉菌的具有良好抗肿瘤活性的芳香聚酮类天然产物.我们通过对三欣卡辛的发酵和分离条件进行优化,显著地提高了其产量.通过对基因簇中一个酰基转移酶(Trx49)编码基因的敲除,改动了三欣卡辛的生物合成途径,获得了C-4位糖基上O-乙酰基缺失的三欣卡辛类似物1.体外细胞毒性测试考察糖基上的O-乙酰基修饰缺失对三欣卡辛的影响,发现化合物1的生物活性比三欣卡辛A有所降低,但仍具有IC50为4.86 nmol?L-1的优异抗肿瘤细胞活性.     

细胞色素P450酶催化的烷烃选择性羟化

碳氢键选择氧化是合成化学领域的重要课题,其中烷烃选择性羟化反应更是面临着化学选择性、区域选择性和立体选择性等多重挑战.细胞色素P450酶广泛分布于动植物和微生物体内,是公认的多功能生物氧化催化剂.P450酶对惰性C-H键的选择性氧化具有独特优势,在催化烷烃选择性羟化反应方面拥有巨大潜力.本综述简述了P450单加氧酶及其催化烷烃选择性羟化的反应机理,梳理了来自CYP153家族、CYP52家族和其他家族的天然P450酶催化各类烷烃底物的氧化反应和选择性,讨论了理性设计和定向进化策略在开发烷烃羟化P450突变酶过程中的经典案例,介绍了底物工程、诱饵分子、双功能小分子协同催化等几种化学活化P450酶的策略及其在烷烃羟化上的应用,探讨了P450酶在烷烃选择性羟化方面所面临的挑战和解决途径,并展望了其应用前景.     

原位光谱法检测白腐真菌P450的诱导及其降解功能

利用诱导-原位光谱分析法, 对黄孢原毛平革菌中的微粒体P450在蛋白质水平上进行原位直接检测和表征, 研究结果表明, 正己烷、苯甲酸、萘和五氯酚对黄孢原毛平革菌P450酶系均有不同程度的诱导作用, 在合适的诱导剂量和诱导条件下, 对黄孢原毛平革菌P450的诱导量分别达到未诱导时的7.5, 5.6, 3.1和3.5 倍. 其中五氯酚对真菌P450酶系的诱导现象尚未见报道. 在不同的培养条件下测定了苯甲酸与P450的底物结合光谱, 并检测出微粒体酶液中依赖NADPH的苯甲酸降解活性, 证实了降解苯甲酸的P450基因在黄孢原毛平革菌中能够顺利合成并表现出明显的催化活性, 抑制剂实验结果表明, 除了P450的催化降解途径以外, 白腐真菌中还存在其它的苯甲酸降解途径.     

大环内酯类免疫抑制剂他克莫司的生物合成机制研究进展

他克莫司(FK506)是一种来源于土壤链霉菌的大环内酯类免疫抑制剂,由典型的聚酮合酶(PKS)-非核糖体肽合成酶(NRPS)杂合系统负责催化其生物合成.他克莫司的化学结构特殊,包括骨架环的哌啶单元、4-羟基-3-甲氧基环己基官能团,以及甲氧基和烯丙基侧链.近年来,关于他克莫司的生物合成机制,特别是其特殊前体的形成途径的研究发展迅速.对他克莫司生物合成的酶学基础进行了系统性地综述,重点总结了其前体形成机制的研究新进展.     

绿藻来源光脱羧酶McFAP的挖掘及其中短链脂肪酸选择性脱羧机制研究（英文）

利用脂肪酸脱羧制备烃类生物燃料是开发可再生能源的有效途径.相比于传统化学法,生物酶法具备高效、能耗低及环境友好等优势,更具有工业应用前景.光脱羧酶(FAP)是一类专一性强,催化效率高,催化过程无需额外添加昂贵辅因子,仅需利用蓝光即可将脂肪酸转化为烷(烯)烃的光驱动酶,在烃类生物燃料的高效可持续生物合成领域具有应用潜力.目前已报道的有偏好催化C12-C20链长脂肪酸的光脱羧酶,但其底物选择性机制尚未被深入探究.本文挖掘了来源于绿藻Micractinium conductrix的光脱羧酶Mc FAP,并开展了异源表达及制备、酶学性质表征、催化特性及底物选择性机制等研究.利用全基因合成技术获得了来源于绿藻Micractiniumconductrix假定的光脱羧酶基因序列mcfap,同时构建了N端缺失突变体Mc FAP-S (缺失1-550位氨基酸).在大肠杆菌中实现了Mc FAP-S的异源表达.重组的Mc FAP-S对链长为6-18的饱和直链脂肪酸均有脱羧活性,偏好中链脂肪酸,最适底物为正辛酸(C8:0)(转化率>99%).相同条件下, Mc FAP全细胞催化软脂酸(C16:0)脱羧的...     

硼氢化钠还原9-亚芴基丙二腈的反应机理研究

主要研究了在脱氧及氧气饱和条件下,NaBH4还原9-亚芴基丙二腈(FDCN)的反应.实验结果表明:NaBH4在反应中会发生电子转移,反应首先产生a-位碳负离子.在脱氧条件下,a-位碳负离子经质子淬灭形成相应的还原产物,在CH3CN-CH30D组成的混合溶剂中,主要的产物是9-d-FDCNH,并且延长反应时间和提高温度都会提高它的产率;在氧气饱和条件下,会有氧化产物9-芴酮(FDO)的生成.这些表明反应通过一个非完全协同的负氢转移机理来进行,即电子转移稍快于氢原子转移.     

CeO2改性Ag-V2O5/TiO2催化剂的甲基吡啶氧化脱甲基性能

以锐钛矿TiO_2为载体,考察了CeO_2改性对Ag-CeO_2-V_2O_5/TiO_2催化3-甲基吡啶氧化脱甲基性能的影响,并优化了催化剂组成与制备条件.结果表明:Ce掺杂改性不仅能够与V物种作用形成Ce VO_4,而且促进V_2O_5分散,改善活性组分的氧化还原性能,从而提高3-甲基吡啶脱甲基转化率与选择性,改善Ag-V_2O_5/TiO_2催化性能.适宜的催化剂组成为V_2O_5负载量15%,Ce/V的摩尔比0.33,Ag质量分数1.0%.过高的焙烧温度将导致TiO_2载体向金红石型转变,Ag-CeO_2-V_2O_5/TiO_2适宜制备条件为450℃焙烧4 h.     

电子转移途径中芳香族氨基酸的引入提高了细胞色素P450s的催化性能（英文）

细胞色素P450s是用于生物合成的多功能催化剂.在P450催化循环中,需要两个电子来还原血红素铁,并通过电子转移途径(eTPs)激活随后的还原,该步骤是反应的限速步骤.本文重新设计了巨大芽孢杆菌P450 BM3的e TPs,大幅提高了其催化性能.通过在P450 BM3的e TP中引入芳香族氨基酸,“最佳”变体P2H02(A399Y/Q403F)的催化效率比P450 BM3野生型催化效率提高了12.9倍(k_cat/K_M从65.8 L mol^-1 s^-1提高到913.5 L mol^-1 s^-1).分子动力学模拟和电子传递分析表明,在辅因子FMN和血红素之间引入的芳香族氨基酸可以显著提高电子转移速率和酶催化性能.同时,在电子传递途径中引入酪氨酸可以保护P450的催化中心,使其避免被氧化性中间产物所破坏,从而提高其催化效率.此外,引入芳香族氨基酸的策略被证明对其他P450(如CYP116B3)同样有效,改造后的酶表现出显著提高的催化效率.综上,本文策略有望拓展到其...     

液相色谱-质谱联用技术结合多探针底物法研究人参皂苷Rb1的体外代谢

以奥美拉唑、 苯妥英、 卡马西平和非那西丁为检测肝药酶细胞色素P450酶(CYP450)亚型的专属探针药物, 通过原型药物减少量测定法考察药物体外代谢的变化, 评价人参皂苷Rb1对CYP450不同亚型酶的作用. 结果表明, P2C9, P2C19和P3A4实验组与对照组差异不显著, P1A2实验组与对照组差异显著, 表明人参皂苷Rb1能诱导P1A2亚型酶的活性, 促进底物与酶反应, 加快底物的代谢, 而对P2C9, P2C19和P3A4三个亚型酶有弱的诱导或无诱导作用. 根据快速分离液相色谱-质谱联用(RRLC-MS/MS)检测结果推断, 人参皂苷Rb1在CYP450酶中的代谢产物可转化为人参皂苷Rb1氧化产物(Rb1+O)及人参皂苷Rd和F2.     

Streptomyces maritimus苯丙氨酸变位酶的制备、表征及催化合成β-芳香丙氨酸

克隆Streptomyces maritimus来源的苯丙氨酸变位酶(Sm PAM)基因,并进行异源表达,制备了重组Sm PAM,用于一步合成高附加值的β-芳香丙氨酸.提取S.maritimus的基因组,设计1对特异性引物,采用PCR扩增编码Sm PAM的结构基因pam,与表达载体p ET28a连接,构建重组表达质粒p ET28a-pam,转入E.coli BL21中表达,采用亲和层析柱分离纯化重组酶Sm PAM.结果表明,克隆得到编码523个氨基酸长度的Sm PAM基因pam,并在大肠杆菌中实现了高效表达,制得电泳纯的重组Sm PAM.该酶在最适温度30℃,p H=9.0条件下活力达到2.5 U/mg,具有较高的热稳定性和p H稳定性,在60~70℃下保持3 h未见活性下降,在p H=9~11保持24 h,残余酶活力达到98%.Sm PAM具有较宽的底物谱,可催化苯环上携带不同基团的3-芳香丙烯酸合成β-芳香丙氨酸,当苯环上携带吸电子基团时催化反应更易完成,其中2-硝基-β-苯丙氨酸的产率最高,达到93%.     

杯[6]芳烃-双金属卟啉仿P450酶模型的研究Ⅱ.轴向配体对环己烯环氧化反应的影响及反应动力学考察

研究了轴向配体对杯[6]芳烃-双金属卟啉仿P450酶模型催化环己烯环氧化反应的影响,并考察了反应的动力学规律,结合UV-vis监测反应的结果,提出了一种可能的反应机制.     

4-(1-硫杂-2亚氨基-3,4-二氮杂-1,4-亚丁基)-4-脱氧阿维菌素B1a的合成

以阿维菌素B1a为原料经选择性C-5羟基保护、氧化合成5-O-烯丙氧羰基-5-氧代-5-脱氧阿维菌素B1a (3), 然后与N-取代氨基硫脲偶联, 缩合产物经MnO2氧化关环、脱保护得到10个未见文献报道的4-(1-硫杂-2-亚氨基- 3,4-二氮杂-1,4-亚丁基)-4-脱氧阿维菌素B1a (7a～7j). 目标化合物结构经1H NMR, 13C NMR和MS确证.     

组合生物合成介导C-4羟基异构的新型四环素类化合物的发现

在四环素类化合物SF2575的生物合成中, 4-keto-anhydrotetracycline (4-keto-ATC, 2)中C-4的羰基先由Ssf F还原为羟基得到(R)-4-hydroxyl-ATC (7), 7经过一系列修饰可以得到最终化合物.在之前的研究中,发现基因簇tjh介导了一系列新型四环素类化合物的产生,而且在ΔtjhO5::2R突变株中得到了三个骨架结构与7类似但C-4构型为S构型的化合物.生物信息学分析显示TjhD2与SsfF同源性较高,它们可能有类似的功能.通过回补SF2575生物合成中编码C-4酮基还原酶的基因ssf F到ΔtjhD2突变株中,成功得到了两个新的四环素类化合物15和16.这两个化合物的C-4都发生了异构,且化合物15是16的苷元.该组合生物合成策略不仅成功获得了两个新的四环素类似物,同时也证实了tjhD2的功能.虽然SsfF和TjhD2在体内展现类似的催化功能,但其得到的产物构型却相反.这一结果可以应用到四环素类化合物的改造,同时也为进一步探寻酮基还原酶立体选择性还原的机制奠定了基础.     

氧化白藜芦醇的合成

研究了一种氧化白藜芦醇的简便合成方法.以廉价易得的3,5-二羟基苯乙酮(1)为原料,经甲基化及Willgerodt-Kindler重排反应得到3,5-二甲氧基苯乙酸(3),3,5-二甲氧基苯乙酸(3)与2,4-二甲氧基苯甲醛(4)经Perkin反应构建二苯乙烯骨架,再经脱羧及脱甲基异构化反应得到目标产物氧化白藜芦醇(7),总收率为30%.在合成过程中,各步产物收率高、反应条件温和、操作简便,各中间体及产物结构经MS,IR,1HNMR及13CNMR确证.     

8-异戊烯基黄酮类天然产物的微波促进Claisen重排合成

8-异戊烯基黄酮是一类具有显著生物活性的天然产物.以2,4,6-三羟基苯乙酮和3,4-二羟基苯甲醛为原料,用氯甲基甲醚保护羟基,经羟醛缩合、碘催化环合、过氧丙酮(DMDO)氧化、O-异戊烯基化、微波促进的Claisen重排、脱甲氧甲基保护基、O-甲基化和异戊烯基侧链环合等反应步骤,完成了8-异戊烯基槲皮素-3-甲醚(1)、8-异戊烯基槲皮素-3,7,3',4'-四甲醚(2)和ArtochaminC(3)这3种8-异戊烯基黄酮类天然产物的合成.并对由微波促进的由5-O-异戊烯基黄酮类化合物合成8-C-异戊烯基黄酮类化合物的Claisen重排反应的关键步骤进行了探讨.所有合成的化合物经~1H NMR、~(13)C NMR和MS等结构确证.     

新型1,2,4-三唑硫醚取代乙酰胺类化合物的合成及抗菌活性

以3, 4, 5-三甲氧苯甲酸为原料,将具有优良生物活性的1,2,4-三唑与酰胺结构有机结合,通过酯化、肼解、环化、醚化、水解、缩合等反应合成1, 2, 4-三唑硫醚乙酰胺类化合物6a-6m,其结构经1H NMR,13C NMR,MS和元素分析进行了结构确证。初步生物活性测试表明：化合物浓度在50 μg/mL时,化合物6a-6m对猕猴桃软腐病中的葡萄座腔菌、拟茎点霉菌（Phomopsis sp.）和灰霉菌（B. cinerea）表现一定的抑制活性,其中化合物6k和6l对葡萄座腔菌、拟茎点霉菌和灰霉菌的抑制活性在83.4%至91.3 %;化合物6k对葡萄座腔菌和拟茎点霉菌的EC50值为46.6 μg/mL和30.8 μg/mL,均优于对照药剂嘧霉胺(57.6 μg/mL 和 32.1 μg/mL)。以上生物活性表明,1, 2, 4-三唑硫醚乙酰胺类化合物具有较好的抑菌活性,为进一步开发高活性化合物奠定一定基础。     

镍催化氮杂环丁酮和丁二烯环加成反应机制的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法对镍催化1-Boc-3-氮杂环丁酮和2,3-二甲基-1,3-丁二烯的环加成反应进行了理论研究. 计算结果表明, 该反应采用氧化加成机制而非实验推测的β-碳消除机制. 氧化加成机制主要由3个基元反应步骤组成, 分别为氮杂环丁酮底物中C—C(=O)键的氧化加成、 二烯顺式插入Ni—C(=O)键、 以及还原消除生成八元氮杂环产物, 其中烯烃插入是整个反应的决速步骤, 反应能垒为86.74 kJ/mol. 通过探讨烯烃分别插入到Ni—C(=O) 键和Ni—C(sp³) 键的2种反应途径分析了烯烃插入步骤的区域选择性, 得到了与实验数据基本一致的结果.