北海道大学Hideaki Oikawa组合作Angew | 基于生物化学导向预测真菌还原类聚酮化合物的绝对构型

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内容

合成具有生物活性的聚酮类骨架结构的高度还原聚酮合酶是一种多功能酶,其与脂肪酸合酶的催化模块具有很高的一致性。但聚酮化合物结构多样性来源于其在β-酮装载过程、聚酮链的长短、甲基化、相对构型与绝对构型的差异等。前几者都可以通过生物信息学分析得到,而到目前为止对于真菌聚酮合酶的立体中心的绝对构型的预测还没有规则来确定。

在文章中,作者提出功能相关的HR-PKSs可能具有相同的立体化学中心。 Pseudophialophora sp. BF-0158产化合物1,通过生物信息学对比分析找到其可能的生物合成基因,PKS (PhiaA);t-ER (PhiaB); , unknown protein (PhiaD)NRPS genephiaC)。作者通过异源表达AO-phiaABCD得到了化合物1的类似物5a1,通过臭氧分解实验将目的化合物分解为不同片段,通过化和合成手段得到不同构型的标准样品与片段进行UPLC-MS 分析确定目的化合物的绝对构型。其次,作者通过同样方法对 Phomenoic acid PMA, 2)和ACR-toxin 3)的生物合成基因簇进行了验证,得到它们的绝对构型。


1  phialotide 异源表达结果

基于以上结果,作者总结得到合成化合物563a时聚酮链加载过程(2)。抛开聚酮链延伸过程中其他取代基绝对构型仅考虑聚酮链延伸的方向,为了研究化合物加载过程中的立体化学中心规则,作者提出一种全新定义o R/ o S:羧基末端链(R C比甲基末端链(R M )具有更高的优先级。通过IntA的生物合成途径,描述了聚酮链合成过程如何通过不同结构域形成手性碳原子(3)


图2 化合物5a生物合成途径
            

图3 IntA生物合成流程图

根据聚酮链释放机制可将多羟基类聚酮化合物分三类:PMA线性类TML(大环内酰胺类)PSL(大环内酯类)。通过绘制HR-PKS系统发育树,可以根据功能特点也将聚酮类化合物分为同样三类。因此,可以将系统发育树得到聚酮链的释放机制,用于确定聚酮类化合物的结构。
    PMA类化合物都有一样的o RMT o RKR o SER 构型,当研究人员确定PMA类化合物生物合成时,可以根据提出的立体化学规则确定该化合物的绝对构型。

作者通过使用基于 DFT  NMR 化学位移计算和不对称化学合成方法修正了TML类中thermolides的大环部分构型。同时也证明了对于预测后两类聚酮化合物的绝对构型立体化学规则也是非常有效的(4)。



最后作者研究发现本文建立的立体化学规则存在一些限制,但对于真菌还原类聚酮化合物的绝对构型基本是适用的(5)。



总而言之,作者通过确定HR-PKS合成的未经修饰的聚酮化合物的绝对和相对构型,阐明了多羟基聚酮化合物phialotidesphomenoic acid ACR-toxin的立体化学规则。拟议的立体化学规则解释了PMATML  PSL 组中其他多羟基聚酮化合物的绝对构型,并修正了所报道的 Thermolides 大环内酰胺部分绝对构型中的错误。本文提出的立体化学规则为结构修正和真菌多羟基聚酮化合物构型预测提供参考。


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