來源：【科學網(wǎng)】

中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋生物資源與生態(tài)重點實驗室海洋微生物代謝工程與生物合成研究團隊與美國德克薩斯大學奧斯汀分校劉鴻文教授團隊合作，在非典型角環(huán)素環(huán)氧基團的開環(huán)反應(yīng)及其機理研究上取得新進展。相關(guān)研究近日在線發(fā)表于《自然—通訊》。2022屆博士研究生Bidhan Chandra De（印度籍）和張文軍研究員為該論文共同第一作者，張長生研究員與劉鴻文為共同通訊作者。

非典型角環(huán)素類天然產(chǎn)物骨架類型豐富多樣，生物活性優(yōu)良，是開發(fā)抑菌、抗腫瘤藥物和酶抑制劑的熱點分子，環(huán)氧基團（三元環(huán)醚）是非典型角環(huán)素的重要結(jié)構(gòu)單元，對結(jié)構(gòu)修飾及多樣化具有舉足輕重的影響。因此，闡明環(huán)氧開環(huán)的反應(yīng)機理可以為拓展結(jié)構(gòu)多樣性和篩選先導(dǎo)化合物提供分子支撐，為構(gòu)效關(guān)系的優(yōu)化提供輔助工具。

研究團隊前期發(fā)現(xiàn)來源于kinamycins生物合成基因簇的環(huán)氧水解酶Alp1U能夠水解FST C（1）的環(huán)氧基團。據(jù)此推測來源于Fluostatins生物合成基因簇的水解酶FlsH（Alp1U同源蛋白）可能負責FST C（1）的環(huán)氧水解，但實驗結(jié)果顯示FlsH并不能催化該反應(yīng)，而是催化FSTs脫?；磻?yīng)。進一步研究發(fā)現(xiàn)，黃素（Fre）才是真正介導(dǎo)FST C（1）中環(huán)氧非酶催化開環(huán)的神秘物質(zhì)。

為揭示黃素介導(dǎo)環(huán)氧開環(huán)的反應(yīng)機理，研究人員進行了產(chǎn)物分離鑒定、穩(wěn)定同位素標記（2H和18O）、pH梯度、時間梯度、濃度梯度及不同的黃素輔酶因子等實驗。結(jié)果表明，黃素能夠介導(dǎo)FST C（1）的還原開環(huán)，將溶液中的H原子摻入到產(chǎn)物的C-3位，同時能夠介導(dǎo)氧化開環(huán)，將空氣中的氧原子摻入到產(chǎn)物C-3位的OH。

進一步研究發(fā)現(xiàn)，該黃素介導(dǎo)的環(huán)氧開環(huán)反應(yīng)能夠拓展到多個FST類似物及其他天然產(chǎn)物，并總結(jié)了其底物結(jié)構(gòu)特征：必需具有環(huán)氧相鄰的酮基和芳香環(huán)。最后，研究人員推測黃素介導(dǎo)環(huán)氧開環(huán)的反應(yīng)機理。在還原開環(huán)反應(yīng)中，通過形成N5-C4共價鍵傳遞電子，還原底物形成烯醇中間體13，進一步互變異構(gòu)為7和8，或氧化為3和9；在氧化開環(huán)反應(yīng)中，通過FADOO-直接進攻環(huán)氧基團發(fā)生親核取代，引發(fā)環(huán)氧開環(huán)形成C4a-O-O-C3共價鍵中間體，釋放出過氧產(chǎn)物14，后者再通過NADH還原、重排縮環(huán)和擴環(huán)形成終產(chǎn)物3、9、10和11。

據(jù)了解，研究人員從兩個方面豐富了黃素（Flavin）化學：一是黃素或可通過N-5與反應(yīng)底物形成共價鍵傳遞電子；二是除羥化、形成環(huán)氧以及引發(fā)Baeyer-Villiger重排反應(yīng)外，黃素過氧化物FADOO-還可與環(huán)氧發(fā)生親核取代反應(yīng)。該發(fā)現(xiàn)或可為有機合成提供有用的新工具。

相關(guān)研究工作得到了國家自然科學基金委項目、海南省重大科技計劃項目、國家重點研發(fā)計劃項目、王寬誠教育基金項目、中國科學院青年創(chuàng)新促進會、廣東省海洋經(jīng)濟發(fā)展專項資金項目和南方海洋科學與工程廣東省實驗室（廣州）人才團隊引進重大專項等資助。

相關(guān)論文信息：https://www.nature.com/articles/s41467-022-32641-1

本文來自【科學網(wǎng)】，僅代表作者觀點。全國黨媒信息公共平臺提供信息發(fā)布傳播服務(wù)。

ID：jrtt