当前位置：有机定制合成网 > 前沿动态 > 莱斯大学Ramon Gonzalez组Nat Cata | 硫解酶通过非脱羧克莱森缩合反应合成聚酮骨架

莱斯大学Ramon Gonzalez组Nat Cata | 硫解酶通过非脱羧克莱森缩合反应合成聚酮骨架

2021-05-19 分类：前沿动态阅读(661)

on>

摘要

聚酮化合物是通过聚酮合酶(PKS)催化进行反复脱羧缩合反应形成的。然而，PKS生物合成途径中存在结构复杂、能源效率低下、调控复杂等问题而限制了其产量。本文研究表明硫解酶（polyketoacyl-CoA thiolases, PKTs）可通过迭代的非脱羧克莱森缩合反应催化多种聚酮骨架的形成，并阐明其结构特征和催化机理。该途径利用硫解酶实现高效率的生物合成，并减少与基本代谢途径的竞争。

本文同期刊发了‘views’，认为此项工作：Polyketide synthases are multi-domain enzymes that catalyse the construction of many bioactive natural products. Now, some of the inefficiencies and limitations of these systems have been solved by designing an artificial pathway for carbon–carbon bond formation via iterative rounds of non-decarboxylative thio-Claisen reactions.

Fig. Natural and artificial pathways to polyketide products.

内容

硫解酶通过乙酰辅酶 A 上α碳的质子消除发生非脱羧克莱森缩合反应，但尚未应用于迭代碳-碳键形成。与PKS相比，PKT可以通过直接使用乙酰辅酶A作为扩展单元并避免ATP的大量需求和CO₂的出现而合成聚酮骨架（图1）。

Fig. 1 | Synthesis of polyketide backbones through polyketide synthases and polyketoacyl-CoA thiolases.

研究人员首先将PKT应用于III型PKS合成三乙酸内酯（triacetic acid lactone, TAL），基于BktB（作者筛选到的一种硫解酶）实现了TAL的生物合成（图2）。

Fig. 2 | Synthesis of polyketide triacetic acid lactone through the proposed PKT pathway.

之后作者利用PKT来合成其他聚酮化合物，测试了基于PKT的平台合成烷基间苯二酚酸和烷基间苯二酚的能力（图3）。

Fig. 3 | Formation of ORA and orcinol through the PKT-based pathway.

利用PKT来实现其他类型聚酮骨架的生物合成。6-MSA由PKS I 6-MSA合酶（6-MSAS）生物合成，作者设计了一条新的基于PKT的途径，该途径仅包含三个部分，即PKT，TH和KR结构域（图4）。

Fig. 4 | Synthesis of polyketides 6-MSA and m-cresol.

本研究中相关参数如表1所示。

PKT的基本催化机理。BktB的定点诱变表明， PKT催化三联体为Cys90 / His350 / Cys380，而III型PKSs核心催化三联体为Cys / His / Asn（图5, 图6）。

Fig. 5 | Probing the basic catalytic mechanism of PKT activity.

Fig. 6 | Probing structural determinants of PKT activity.

总之，本文通过PKT途径合成三乙酸内酯（TAL），烷基间苯二酚酸（ORA），烷基间苯二酚（orcinol），羟基苯甲酸（6-MSA）和烷基酚（m-cresol），证明了这种基于PKT途径的可行性。尽管在本研究均采用乙酰辅酶A作为底物（R = CH₃），但作者认为通过此类PKT依赖性途径可以生成其他聚酮骨架（R = CH₃以外的基团）。此外，对硫解酶进行蛋白质工程改造可以丰富其底物谱。通过阐明PKT的基本催化机制和结构基础，作者发现可以扩展到其他硫解酶，充分利用其生物合成潜能并克服PKS局限性。