安普霉素的生物合成辛二糖C7-N上 甲基的甘氨酸来源

合集下载

西安大学生物工程学院2020级《生物化学》考试试卷(481)

西安大学生物工程学院2020级《生物化学》考试试卷(481)

西安大学生物工程学院2020级《生物化学》课程试卷(含答案)__________学年第___学期考试类型:(闭卷)考试考试时间:90 分钟年级专业_____________学号_____________ 姓名_____________1、判断题(50分,每题5分)1. 据测定,多莉羊(sheep Dolly)的端粒长度比正常生殖的同龄羊的端粒长度短。

()答案:正确解析:据测定多莉羊的端粒长度只有正常生殖的同龄羊的端粒长度的80。

2. Ala和Glu是生酮氨基酸。

()答案:错误解析:3. DNA分子中没有修饰的C发生自发脱氨基引发突变的可能性比修饰后的5甲基胞嘧啶自发脱氨基引发突变的可能性低得多。

()答案:正确解析:DNA分子中没有修饰的C会发生自发脱氨基后转变为U,十分容易被细胞内的BER系统识别和修复。

5自发甲基甘氨酸自发脱氨基后转变为T,而T是DNA分子中会正常的碱基,不容易被识别和重建,经过一轮复制后后,将导致CG碱基对突变为TA碱基对。

4. 大肠杆菌在葡萄糖和乳糖均丰富的培养基中优先利用葡萄糖而不利用乳糖,是因为此时阻遏蛋白与操纵基因结合而阻碍乳糖操纵子的开放。

()答案:错误解析:5. 很多转氨酶以α酮戊二酸为氨基受体,而对氨基的供体并无严格的专一性。

()答案:正确解析:6. mRNA只有当自身的合成被完成时,才能开始指导蛋白质的合成,因为启动多肽合成的核糖体结合位点总是靠近mRNA最后被合成的那一段。

()答案:错误7. 若没氧存在时,糖酵解途径中脱氢反应产生的NADH+H+交给丙酮酸生成乳酸,若有氧存在下,则NADH+H+进入线粒体氧化。

()答案:正确解析:8. 在大肠杆菌中,一种氨基酸只对应于一种氨酰tRNA合成酶。

()答案:正确解析:9. 脂酸合成过程中所需的[H]全部由NADPH提供。

()答案:错误解析:由葡萄糖戊糖途径产生的NADPH提供。

延长途径中可由FADH2与NADPH提供[H]。

安普霉素的研究进展

安普霉素的研究进展

安普霉素的研究进展戴青;于丽娜;张璐;韩宁宁;徐嫄;赵晖【摘要】就安普霉素合成途径、抗菌活性、含量测定方法和临床应用等方面的研究进展进行了综述,以期为安普霉素的研究和开发提供参考。

%In this paper,the research progress about synthetic route,antibacterial activity,content determination and clinical application of apramycin were reviewed in order to provide reference for the research and development of apramycin.【期刊名称】《中国兽药杂志》【年(卷),期】2016(050)007【总页数】4页(P66-69)【关键词】安普霉素;合成途径;抗菌活性;含量测定;临床应用【作者】戴青;于丽娜;张璐;韩宁宁;徐嫄;赵晖【作者单位】中国兽医药品监察所,北京 100081;中国兽医药品监察所,北京100081;中国兽医药品监察所,北京 100081;中国兽医药品监察所,北京 100081;中国兽医药品监察所,北京 100081;中国兽医药品监察所,北京 100081【正文语种】中文【中图分类】S859.79安普霉素,又名阿普拉霉素,是由美国开发成功的一种新兽用抗生素,主要以硫酸安普霉素的形式应用于临床,其抗菌谱广,能防治猪大肠杆菌病以及其他敏感菌所致疾病,对鸡大肠杆菌、沙门氏菌及部分支原体感染也有效,是美国FDA推荐治疗大肠杆菌病的首选药物。

安普霉素作为一种药物型饲料添加剂,可以增加畜禽体重和饲料转化率,促进生长发育,因而广泛应用于畜牧和养殖业。

本文对安普霉素合成途径、抗菌活性、含量测定方法和临床应用等方面进行了综述,以期为安普霉素在我国深入开展相关研究与应用提供参考资料。

安普霉素是黑暗链霉菌产生的多组分氨基糖苷类抗生素尼拉霉素复合物的一个组分[1-3],分子式为C21H41N5O11,结构见图1。

【开题报告】安普那韦中间体C的合成及工艺优化

【开题报告】安普那韦中间体C的合成及工艺优化
文献报道的合成安普那韦的路线主要有 3 条: 1.Tung 等报道的合成方法,中间过程要进行反复的保护和脱保护,反应步骤较 多。 2.Corey 等在 1999 年提出的,这条路线中用到一些结构复杂且不常见的物质,反 应步骤也较多,成本较高。 3.David 等和 Victor 等分别在 1999 年和 2004~2005 年报道的,他们以(2S,3R)-N叔丁氧羰基-3-氨基-1-氯-4-苯基-2-丁醇(简称 Boc-氯醇)为主要原料,经六步反应合成安 普那韦。 以上三种方法都涉及到氨基的保护与脱保护过程,本文主要的研究对象是安普那 韦中间体 C 的合成及工艺优化,即脱 Boc 阶段的反应,中间体 C 即脱 boc 产物。在这 一阶段的反应中,投料配比,溶剂与酸的选择和比例,反应时间等对该步骤的实验结 果(收率、纯度)都有较大的影响,从而对整个安普那韦的合成产生较大的影响。在 整个安普那韦合成之中,各个步骤都是环环相扣,而本文研究的脱保护阶段无疑是起 到承上启下的重要作用,因此脱保护的研究的意义相当重大。
1
参考文献
三、拟采取的研究方法、研究手段及技术路线、实验方案等
脱 Boc 的方法主要有酸法和硅胶催化法,本文拟采用中间体 B 作为反应物,二氯 甲烷、甲醇作为待选溶剂,硫酸、盐酸、三氟醋酸和氯化氢气体作为待选酸,即传统 的酸法脱 Boc。反应方程式:
B
C
本文采用单一变量法,对脱 Boc 过程进行研究。具体的实验的方案如下:
(二产物)、滴完酸时(0 min)、升温至 27 ℃后 15 分钟(15 min)、30 min、45 min、1
h、1.5 h、2 h、2.5 h、3 h 进行液相分析,从而得到最佳的反应时间。
2
5、根据实验确定最佳体系、最佳配比,最佳反应时间后,反复实验,并收集产率 6、脱 Boc 产物的检测(熔点、红外、紫外、核磁等)。 下文以二氯甲烷/三氟醋酸体系(TFA 法)为例具体的介绍本实验的实验步骤,溶 剂与酸的比例为 7:3。 1、准备过程。 在一干燥三口烧瓶中加入 15.65 g 中间体 B,并用 105 mL 二氯甲烷(溶剂)溶 解,放入一干燥搅拌子后,于磁式搅拌器中搭好装置,插入温度计。

科技文献写作第三部分

科技文献写作第三部分
CNKI:ISSN:0023-074X.0.2005-22-001
二 科技文献写作的要素 (主旨)
3主旨的要求 科学: 符合客观实际,反映客观规律 创新: 新的见解,新的观点,新的理论,新的方 法 深刻: 揭示事物的内在联系和客观规律. 鲜明: 清楚, 明了. 集中: 一篇文章只能有一个中心,一个重点,一 个主旨.
3写作主体的基本要求 素质: 丰厚的专业知识, 科技写作实践 修养: 德( 为什么而写)、识 、才 、学 、情等方 面. 能力: 写作能力 责任感: 高度的社会责任感和强烈的历史使命感
如 华佗, 孙膑 司马迁等
五 科技文献写作的要素 (写作主体)
4谁应该是作者? 作者至少要对研究的一个特定部分负责. 5作者如何排序? 6何谓并列第一作者? 7第一作者与通讯作者的关系 8 外国人眼中的co-author. 9 如何争取成为co-author?
1 研究方案及其重要性 • 研究方案:即课题确定之后,整个课题研 究工作的计划。它规划了研究的具体内容 和步骤。 • 研究方案的重要性: 工作围绕目标有条不紊地开展,避免无从下 手,以及工作没有头绪。
第七章:科技论文写作(开题报告)
2课题研究方案的结构与写法 (1)课题名称: 准确:把课题的研究对象和研究的问题交待 清楚。如:大学生心理健康分析。 规范:使用的词语,句型要规范,科学,不 产生歧义。不能使用结论式和口号式的巨 型。一般有字数要求,不可太长。
二 科技文献写作 要素( 写作主体)
• 1.写作主体 直接从事科技写作实践活动, 创造性地撰写各种科 技文稿的脑力劳动者. 2写作主体的作用: 写作目标的制定者和具体实施者. 写作主体素质和能力结构决定了文章的最高潜在 水平. 写作主体的创造性劳动最终决定着文章的质量.

安普霉素(Apramycin)

安普霉素(Apramycin)

安普霉素(Apramycin)安普霉素( Apramycin)是由黑链霉菌产生的氨基环醇类抗生素,其自然状态为游离碱,本产品为其硫酸盐,是动物生理上更能接受的一种化学形式。

它对畜禽易感的革兰氏阴性菌和大部分革兰氏阳性菌有较强的抗菌活性,特别是对其它抗生素耐药的大肠杆菌、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌有相当强的抗菌作用,且不易产生耐药性安普霉素主要用于防治猪、鸡、牛等畜禽因大肠杆菌、沙门氏菌、痢疾杆菌等敏感菌所致的痢疾、腹泻、发育不良等疾病,疗效显著。

作为饲料添加剂,能增加畜禽增重和提高饲料转化率,且与其他氨基环醇类抗生素无交叉耐药性理化特性:安普霉索是1967年发现的一族新的广谱抗生索混合物,当时取名尼拉霉素( Nebramy- cin)。

尼拉霉索属氨基环醇类抗生素,其产生菌为黑链霉菌。

科学家从该菌的发酵液中分离得到了6种组分,并将其组分2命名为安普霉索。

作用机理:通过干扰原核生物核糖蛋白质的合成而抑制动物体内的有害细菌,治疗由大肠杆菌、沙门氏菌所引起的疾病。

安普霉索通过抑制大肠杆菌的增殖,改善肠黏膜结构,促进机体与生长有关的内分泌活动(调节生长激素、胰岛素和T3水平)的协同作用而促进畜禽生长,提高饲料利用率。

给药途径:可通过静脉或肌肉注射、口服或拌人饲料中给药。

吸收与排泄:静注和肌注后,95%以上的药物在96h内从尿中排出体外,但口服给药仅有11%尿中排出。

残留:口服7d后,所有器官均未检出安普霉素。

用法与用量:1可溶性粉:家禽:配制成含安普霉素250mg(25万单位)/L的溶液,预防连续饮水3天为一疗程,治疗连续饮水5d为1疗程。

猪:按体重每千克给药125mg(l. 25万单位),连续饮水7d。

肉鸡:按每1OOOkg饲料5g(500万单位)药纯添加到饲料中,在0-6周龄全期使用可促进肉鸡生长2、预混剂:按每1000公斤饲料80-165g(0.8亿-1.65亿单位)浓度在猪饲料中添加连用7d仔猪预防用药:作为药物型饲料预混剂在乳猪阶段推荐使用方法:1、仔猪初生l-3d,使用可溶性粉剂折纯溶于水,每天按12. 5mg (1. 25万单位)/kg体重2、在7-15d乳猪料中全期使用,添加量为90g(0. 9亿单住)/t饲料。

安普霉素生物合成途径的研究

安普霉素生物合成途径的研究
特 的辛 二 糖结 构 , 对多种 氨基 糖 苷类 抗 生素 的耐药 菌 有抑 制和 杀灭 作用 , 使用 中不 易产 生交 叉 耐药性 。 因此
1 4 1 生 物 合 成 阻 断 变 株 的 筛 选 . .
研究安 普霉 素的生物 台成 机制 对进一 步提 高安普霉 素
的产 量 , 发含 有 辛二糖 结 构 的新 抗 生 素具 有 重要 的 开
维普资讯
中国抗生索杂志 2 0 02年 2月第 2 卷第 2期 7
・9 7・
文 章 蕾号 I0 188 (0 2 0 -0 70 1 0 -5 9 20 ) 20 9- 4
安 普 霉素 生物 合成 途径 的研 究
李相 丰 何 建 勇 田威 韩果缸 白秀峰
亚硝 酸胍 ( G) 变 刮 取新 鲜斜 面 的孢 子 , NT 诱 悬 浮 于磷酸缓 冲液 (H6 。 中 , 2 / 的 N G 2 p . j 以 mg ml T 8C 处 理 4 mi, 0 n 处理过 的孢子 洗涤后 稀 释涂 平皿 ,7 3 ℃避 光培 养 5 d 以琼 脂块 法进行 初筛 。 ~7 , 硫 酸二 己酯 ( s 诱 变 刮 取 新 鲜斜 面 的孢 子 , DE )
中国 分 类 号 :R 7 . 2 981 文就 标 识 码 : A
安 普 霉 素 ( 学 结 构 见 图 1 是黑 暗链 霉 菌 ( . 化 ) s t err s 产 生 的尼 拉 霉 素 复合 物 ( 基 糖 苷 类) e bai ) n u 氮 的
组份 2J [ 。安 普霉素 是广谱 抗 生素 , 别对 革兰 氏阴性 ] 特
悬 浮 于 磷 酸 缓 冲 液 ( H7 0 中 , 1 ( / ) D S p .) 以 vv 的 E

【医学精品课件之抗生素】次级代谢产物的生物合成与调节

【医学精品课件之抗生素】次级代谢产物的生物合成与调节
有许多其他品种的发酵也受葡萄糖的阻遏,因而采用其他 碳源。葡萄糖抑制麦角生物碱、头抱菌素C、螺旋霉素、紫 色杆菌素、嘌呤霉素、吲哚霉素、灵菌红素、盐屋霉索、丝 裂酶素、杆菌肽、新生霉素、放线菌素和香豆霉素的形成。
在含有柠檬酸和葡萄糖的培养基里进行新生霉素发酵,柠
檬酸首先被利用,只有在柠檬酸耗竭和出现二次生长时才开 始利用葡萄糖和形成新生霉素。
产物的形成是在某些养分从培养基中耗竭时开始的。易利 用的糖,氨(NH3)或磷酸盐的消失导致次级代谢物的阻遏 作用的解除。在生长期末细胞内酶组成发生显著变化,负责 次级代谢产物合成的酶突然出现。
4·2·3 酶的诱导 色氨酸在麦角生物碱生物合成中是一个前体,它对生物碱
合成酶有诱导作用。色氨酸结构类似物也促进生产,但它必 须在生长后期加入,因在生产期内加入无多大效果。在生长 期内添加的色氨酸很快被消耗掉,而在生长期末色氨酸在胞 内的浓度比生长旺盛期高2至3倍。在顶芽抱菌的头抱菌素C 生物合成中,甲硫氨酸具有促进抗生素生产的作用。虽然甲 硫氨酸经半胱氨酸给头抱菌素C的合成提供硫,但其促进抗 生素的合成作用似乎是诱导起作用。故甲硫氨酸必须在生长 期加入才有效。
4·2·5 分解代谢物的调节 分解代谢物阻遏作用实际上是从抗生素发酵中观察到的,
多年后才体现这一现象的普遍意义。在1940年青霉素发展的 早期阶段,就已发现可迅速利用的葡萄糖是青霉素生产的低 劣基质。而乳糖被缓慢利用,对青霉素形成非常有利。在含 有葡萄糖和乳糖的培养基里,萄糖在生长期内被迅速利用(图 4-3)。当葡萄糖耗竭时,便开始利用乳糖。在乳糖缓慢利用 期间,生长进入稳定期,并合成抗生素。乳糖并不是青霉素 生物合成的特异性前体,它的价值在于缓慢利用。今日的青 霉素工业已采用缓慢补加葡萄糖的办法代替乳糖。限制葡萄 糖在发酵中的浓度可使分解代谢物处在一低水平。

某理工大学《生物化学》考试试卷(1921)

某理工大学《生物化学》考试试卷(1921)

某理工大学《生物化学》课程试卷(含答案)__________学年第___学期考试类型:(闭卷)考试考试时间:90 分钟年级专业_____________学号_____________ 姓名_____________1、判断题(195分,每题5分)1. 植物体内淀粉合成都是在淀粉合成酶催化下进行的。

()答案:错误解析:2. 当由dUMP生成dTMP时,其甲基供体是携带甲基的FH4。

()[山东大学2017研]答案:正确解析:dUMP甲基化生成dTMP由胸腺嘧啶合成酶催化,N5,N10甲烯FH4提供甲基。

3. 碳三植物叶片的叶肉细胞所含的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶对CO2有很强的亲和力,所以碳三植物利用CO2能力很高,是高产植物。

()答案:错误解析:碳四植物叶片的叶肉细胞所含的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶对CO2有很强的亲和力,所以碳四植物利用CO2能力很高,是高产植物。

4. 当ATP水解生成ADP时,反应的∆G>0。

()答案:错误解析:在化学反应中,只有自由能降低,即∆G<0的反应才能自发地进行,反应进行的推动力与自由能的降低成正比。

当∆G>0时,这种反应不能进行,需由环境提供能量反应才进行。

5. 大多数的叶绿素蛋白复合体不进行光化学反应,但它们可以将吸收的光能传递给反应中心叶绿素蛋白复合体。

()答案:正确解析:叶绿素蛋白复合体按功能分为捕光叶绿素蛋白复合体和反应中心叶绿素蛋白复合体,大多数的叶绿素蛋白复合体属于捕光叶绿素蛋白复合体,不进行光化学反应,作用是将吸收的光能传递给反应中心叶绿素蛋白复合体,由后者进行光化学反应。

6. 从丙酮酸形成葡萄糖共消耗6个高能磷酸键。

()答案:正确解析:7. 电子传递抑制剂和解偶联剂都可阻止电子的传递。

()答案:错误解析:8. Holliday中间体无论以何种方式进行拆分,都会在两条DNA分子上留下一段异源双链区。

()答案:正确解析:9. 淀粉,糖原,纤维素的生物合成均需要“引物”存在。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

中国科学 C 辑 生命科学 2006, 36 (1): 35~42 35安普霉素的生物合成: 辛二糖C7′-N 上甲基的甘氨酸来源*许铭翾①† 朱颖旻①† 金志坤①武慧渊②李相丰②杨蕴刘①焦瑞身①姜卫红① 吴厚铭③ 田 威② 白秀峰②* 赵国屏①*(① 中国科学院上海生命科学院上海植物生理生态研究所分子微生物实验室, 上海 200032; ② 沈阳药科大学制药系,沈阳 110016; ③ 中国科学院上海有机化学研究所生命有机化学国家重点实验室, 上海 200032)摘要 安普霉素是一类结构特殊的氨基糖苷类抗生素, 其分子中含一个稀有的辛二糖结构单元. 迄今为止, 尚无关于安普霉素生物合成途径及其前体化合物的完整报道. 研究发现, 向发酵培养基中添加甘氨酸和丝氨酸均可以出现在菌体生长保持基本不变的情况下促进抗生素产量的现象, 表明甘氨酸和/或丝氨酸可能参与了安普霉素的合成. [2-13C]甘氨酸示踪实验的核磁共振(NMR)检测结果表明, 甘氨酸专一地掺入安普霉素辛二糖环C7′-N 甲基. 同时发现, 菌体胞内的S 腺苷甲硫氨酸(SAM)水平上升与外加甘氨酸的量呈正比, 但是甲硫氨酸的加入会抑制安普霉素的合成. 据报道, 甲硫氨酸对结构中含有甲基取代基的抗生素, 如对rapamycin 的 生物合成中转甲基过程有抑制作用. 由此推测, 尽管甲硫氨酸本身对抗生素产量呈抑制作用, 甘氨酸仍然可能通过甲硫氨酸循环提供甲基. 此外, [2-13C,15N]丝氨酸的示踪实验结果表明丝氨酸也可能作为安普霉素的限制性前体物参与了NH 2的合成.关键词 黑暗链霉菌 安普霉素 辛二糖 13C-NMR [2-13C]甘氨酸 15N-NMR[2-13C, 15N]丝氨酸收稿日期: 2005-08-07; 接受日期: 2005-09-13 † 同等贡献* 联系人, E-mail: baixiufengph@ ; gpzhao@ , mxxu@安普霉素也称为尼拉霉素组分2. 尼拉霉素是由黑暗链霉菌(Streptomyces tenebrabrius )产生的氨基糖苷类复合物[1,2]. 安普霉素的结构非常独特, 其分子中含有一个β型吡喃糖苷8碳双环构型的氨基糖结构,这一结构明显区分于其他氨糖类抗生素[3~6]. 迄今为止, 已报道的具有该辛二糖环结构的氨糖类抗生素只有3种: 安普霉素、氧化安普霉素和糖霉素(KA-686, 4″-去氨-4″-羟基安普霉素)[7,8]. 氧化安普霉素就是尼36中国科学C辑生命科学第36卷拉霉素的组分因子7, 而糖霉素的产生菌Saccharo- polyspora hirsute ATCC 27875的同时也能产生微量的安普霉素[6]. 因此, 我们推测类似安普霉素的含辛二糖结构的氨糖类抗生素具有相似的特殊的合成途径[1]. 安普霉素的另外两个结构单元(图1)为4-氨基-4-去氧-D-α-葡萄糖和2-脱氧链霉胺(2-DOS).图1 安普霉素的化学结构安普霉素分子中包含3个结构单元: Ⅰ示4-氨基-4-去氧-D-α-葡萄糖; Ⅱ示辛二糖; Ⅲ示2-脱氧链霉胺. 对本文中未涉及的C原子未加以标记, 源于[2-13C]甘氨酸的辛二糖N-CH3以*号标注据报道, 与其他氨基糖苷类抗生素类似[9~11], 标记的葡萄糖前体可掺入安普霉素的所有结构单元: 辛二糖的C1-C6, 2-DOS和4-氨基-4-去氧葡萄糖[1]. 对安普霉素产生菌阻断突变株中间体积累分析的研究表明安普霉素的合成顺序有可能如下式:2-DOS→巴龙霉胺→安普霉胺→安普霉素.式11)本文研究了向发酵培养基中添加不同的氨基酸对黑暗链霉菌菌体生长及安普霉素产量的影响. 添加甘氨酸对安普霉素产量的促进作用, 提示甘氨酸可能是安普霉素生物合成过程中的限制性前体物. [2-13C]甘氨酸示踪实验证实了甘氨酸能够掺入辛二糖C7′-N甲基.1 材料与方法1.1 菌株, 培养基和培养条件(1) 菌株: 黑暗链霉菌ATCC 17920[6]产生尼拉霉素的两个组分: 组分Ⅱ安普霉素和组分Ⅶ氧化安普霉素. 本研究中的菌株UD2为ATCC 17920的阻断突变株, 只产单一组分的安普霉素.(2) 培养基:斜面培养基: 1%葡萄糖, 0.3%碳酸钙, 0.3%蛋白胨, 1.0%黄豆粉, 0.2%酵母膏, 1.1%琼脂粉(灭菌前pH调至7.4).种子培养基: 成分与斜面培养基相同, 但不加琼脂粉.发酵培养基: 2.0%葡萄糖, 4.0%淀粉, 5.0%黄豆粉, 0.5%碳酸钙和0.2%硫酸镁(灭菌前pH调至7.0). 发酵培养基中的固体成分先在沸水中煮3次, 每次30 min, 残渣用纱布虑弃.(3) 培养条件: 孢子或菌丝体接种至斜面培养基, 培养5天后, 转种至种子培养基, 培养16~20 h; 再以十分之一量转种至发酵培养基中(装量为30 mL的250 mL三角瓶); 37℃恒温, 旋转摇床220 r/min, 避光连续培养4天[6].1.2 抗生素效价的测定以枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)为指示菌用杯碟法测定抗生素效价[2].1.3 安普霉素的纯化通过离心(8000 r/min, 5 min)或过滤的方法除去发酵液中的不溶物和菌丝体. 所得发酵液中加入0.2%草酸以沉淀发酵液中的蛋白, 10000 r/min离心5 min, 收集上清. 上清用NaOH回调pH至7~8后, 过预平衡的HD-2的离子交换树脂(相当于Amberlite CG-50(氨型)树脂, 25 mL发酵液/g树脂, 中国上海华震公司), 饱和后的柱子用蒸馏水洗涤, 然后以0.1%~0.5%的氨水进行梯度洗脱. 洗脱液以磷酸钨沉淀反应进行监测, 收集呈阳性的洗脱组分, 通过冷冻干燥浓缩至终浓度为200 mg/mL的浓溶液. 进一步以制备型硅胶(60H, E. Merck. Art.7736)薄层层析纯化, 溶剂系统为醋酸氨(10%):甲醇(1:1), 层析完后, 以茚三酮显色反应来确定安普霉素的层析条带. 收集条带, 以蒸馏水洗脱硅胶粉, 收集洗脱液, 冷冻干燥浓缩至白色粉末(纯度900 µg/mg)供核磁共振(NMR) 检测.1) 李相丰等, 未发表第1期许铭翾等: 安普霉素的生物合成: 辛二糖C7′-N上甲基的甘氨酸来源371.4 S腺苷甲硫氨酸(SAM)的定量分析SAM的浓度用HPLC法[12]定量检测.1.5 同位素掺入的检测[2-13C]甘氨酸购自ISOTEC公司. 转种后36 h, 将[2-13C]甘氨酸添加到发酵培养基中. 13C-NMR检测仪器为瓦里安 XL-100傅立叶变换检测仪. 13C标记的产物及自然丰度的产物在平行的条件下进行检测. 15N的NMR检测参见文献[13].2 结果2.1 在发酵培养基中分别添加丝氨酸、甘氨酸或苏氨酸能显著提高黑暗链霉菌UD2安普霉素的产量选择向发酵培养基中分别添加不同的氨基酸来研究它们对抗生素生物合成的影响. 结果表明, 5种氨基酸对抗生素的合成具有促进或抑制作用(图2). 单独添加甘氨酸, 丝氨酸或苏氨酸使抗生素产量明显增加, 相反, 甲硫氨酸和半胱氨酸的加入使产量降低, 但均未发现对菌体生长都有明显的影响.2.2 [2-13C]甘氨酸能够有效地掺入到安普霉素中并标记到辛二糖C7′-N的甲基上在多数细菌的初级代谢中, 丝氨酸和甘氨酸可以相互转化, 如式2; 同时, 苏氨酸也可以转化成甘氨酸和丝氨酸[14,15]. 选择甘氨酸进行同位素示踪实验, 可图2 不同氨基酸对安普霉素产量的影响待试氨基酸在转种后, 发酵0 h时加到发酵培养基中. 对照为加同样体积的无菌水, 氨基酸的终浓度除甲硫氨酸为0.1%(w/v)外, 其余为0.3%式2研究甘氨酸是如何参与安普霉素的生物合成的.(1) 甘氨酸掺入实验条件的优化: 如图3(a)所示, 当甘氨酸的添加量为0.3%(w/v, 终浓度10 mmol/L) 时, 抗生素的产量最高. 图3(b)表明, 在发酵36 h加入0.3%的甘氨酸, 抗生素产量的增加幅度最大, 发酵结束后单位菌体的抗生素效价能达到约500 U/g.图3 在黑暗链霉菌UD2的发酵中添加甘氨酸的实验条件优化(a) 在发酵0 h时加入甘氨酸, 浓度0.1%~0.7%, 发酵96 h后收获; (b) 0.3%的甘氨酸分别于发酵0, 12, 24, 36, 48, 72 h时加入, 发酵96 h后同法测定抗生素效价38中国科学C辑生命科学第36卷黑暗链霉菌生长曲线实验结果表明, 转种发酵至36 h,菌体的生长进入平台期(数据未显示)次级代谢产物,如安普霉素, 在这个时期开始合成. 此时, 向培养基中添加0.3%的甘氨酸能够被菌体最好的利用. 因此,接下来的同位素掺入实验将按照上述条件进行.(2) [2-13C]甘氨酸的掺入: 按上述优化的条件向发酵培养基中添加[2-13C]甘氨酸(丰度25%). 安普霉素的13C-NMR图谱参见文献[13], [2-13C]甘氨酸标记安普霉素的检测结果见图4, 化学位移值见表1.表1 自然丰度和[2-13C]甘氨酸标记的安普霉素的化学位移值碳原子自然丰度安普霉素的化学位移值标记安普霉素的化学位移值1 50.410 51.0252 35.376 34.9953 49.458 49.8794 86.761 86.6335 76.030 76.4326 77.220 76.7991′ 100.660 100.660 2′ 49.000 49.458 3′ 31.878 32.226 4′ 67.221 67.606 5′ 70.298 70.829 6′ 65.500 65.884 7′ 61.599 62.021 8′ 95.734 96.118 1″ 94.672 95.203 2″ 70.994 71.506 3″ 73.502 74.015 4″ 52.388 52.901 5″ 72.733 73.191 6″ 60.958 61.489 N-Me 32.134 32.226通过比较自然丰度(上)和[2-13C]甘氨酸标记(下)的安普霉素的13C-NMR图谱可以确定[2-13C]甘氨酸标记碳原子在安普霉素分子中的分布. 当选定一个已知的碳峰作为参照时, 即可计算出每个碳峰的积分强度. 鉴于所得的13C-NMR图谱中, C1′的碳峰不会因加入了前体而发生改变, 故被选作为参照峰[1].有关[2-13C]甘氨酸掺入的NMR研究结果(图4)表明, 仅有N-CH3的一个碳被标记; 也就是说, [2-13C]甘氨酸专一而有效地标记在N-CH3, [2-13C]甘氨酸标记的和自然丰度的安普霉素N-CH3峰高的积分比为 4.95:1, 证实了C7′的N-甲基来源于甘氨酸, 这与之前的喂饲实验结果一致(图2), 甘氨酸很可能是安普霉素生物合成中的限制性前体.2.3 在黑暗链霉菌发酵过程中添加甘氨酸能够明显提高菌体胞内的SAM水平在初级代谢中甘氨酸主要是通过甲硫氨酸循环途径来提供甲基的(图5). 在安普霉素的发酵过程中, 外源加入甲硫氨酸使安普霉素产量降低(图2). 但是, 甘氨酸的加入也引起菌体胞内SAM浓度增加(表2). 在发酵0 h时, 向发酵培养基中添加0.3%甘氨酸引起菌体胞内SAM浓度增加54%; 发酵36 h, 添加甘氨酸导致胞内SAM浓度增加90%, 相应的安普霉素的产量也增加了.2.4 [2-13C,15N]丝氨酸掺入安普霉素如图2所示, 添加适量的丝氨酸和甘氨酸都可以提高安普霉素的产量, 并对菌体生长没有明显影响. 因此, 我们也通过[2-13C,15N]丝氨酸掺入实验来研究丝氨酸在安普霉素生物合成中的作用.发酵培养基中添加0.3%(w/v)[2-13C,15N]丝氨酸(丰度为25%), 添加条件按照甘氨酸添加优化实验中的最佳条件进行. 13C-NMR检测的结果表明, 没C峰被标记上(数据未显示).由于安普霉素的15N-NMR化学位移值具有pH依赖性漂移, [2-13C,15N]丝氨酸标记和自然丰度的安普霉素的15N-NMR分别选择在酸性条件(pH=3)和碱性条件(pH=8)下进行检测, 这样可以使得部分化学位移值重叠的氮峰得到分离. 安普霉素的15N-NMR化学位移值见报道[17]. [2-13C,15N]丝氨酸的掺入结果见图6. 安普霉素15N化学位移值见表3.由于自然丰度的氮原子丰度非常低, 在我们的检测条件下, 样品NMR检测的浓度为10 mmol/L, 自然丰度的N信号不能被检测到(图6). 因此, 通过比较[2-13C,15N]丝氨酸标记的和报道的安普霉素化学位移值来确定同位素的掺入情况(表3). 尽管据报道, N(1)和N(3)峰为勉强暂定的, N(7′)及N(4″)则不能清楚区分[15], 本试验NMR检测结果至少可以肯定N(2′)被[2-13C,15N]丝氨酸标记, 另外N(1), (3), N(7′)和N(4″)可能被其标记了.第1期许铭翾等: 安普霉素的生物合成: 辛二糖C7′-N上甲基的甘氨酸来源39图4 自然丰度(a)和[2-13C]甘氨酸标记(b)的安普霉素13C-NMR图谱箭头标记的峰为[2-13C]甘氨酸标记的 N-CH3的碳峰图5 推测安普霉素生合成过程中甘氨酸供甲基的途径[16]表2 添加外源甘氨酸对黑暗链霉菌胞内SAM浓度的影响a)对照/h 添加0.3%甘氨酸/h0 36 0 36pH 7.67.67.77.8菌体浓度/% 11.0 10.6 11.0 10.6效价/U·g−1561 520 681 738SAM浓度/ng·µL−10.892 0.875 1.386 1.658a) 所有数据均在发酵完成后测定. 对照以等体积的无菌水代替0.3%甘氨酸40中国科学 C 辑 生命科学第36卷表3 比较报道的和[2-13C,15N]丝氨酸标记的安普霉素的15N-NMR 化学位移值a)pH N(1)b) N(3)b) N(23′) N(7′)c) N(4″)c) 报道值3 17.2 15.7 16.5 11.4 ca.10.0 15N-丝氨酸标记 3 15.88 16.72 10.30 报道值8 10.5 12.4 10.0 1.2 0.9 15N-丝氨酸标记8 12.61 9.94 1.03a) 化学位移值以NH 4Cl 为标定, 单位为σ ; b) 据报道, 该位移值为暂定的[16]; c) 据报道, 该位移值为非肯定的[16]图6 自然丰度(上)和[2-13C,15N]丝氨酸标记(下)的安普霉素的15N-NMR 图谱(a) 酸性条件下(pH = 3); (b) 碱性条件下(pH = 8). 箭头所指为[2-13C,15N]丝氨酸标记的氮峰3 讨论安普霉素的化学结构在氨糖类抗生素中非常独特, 尤其是分子结构式中的第II 部分—— 辛二糖(图1). 本研究中, 氨基酸喂饲实验结果揭示了3种氨基酸(甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸)可能是安普霉素生合成的限制性前体物. 该结果与目前已有的氨基酸作为抗生素生物合成的结构单元或前体的广泛报道一 致[18~21]. [2-13C]甘氨酸和[2-13C,15N]丝氨酸掺入实验证明, 安普霉素中唯一的取代甲基—— 辛二糖环上C7′-N 上的甲基来源于甘氨酸的2位C 原子. 安普霉素中的氨基取代基可能来源于丝氨酸.氨基糖苷类抗生素的取代甲基多数来源于甲硫氨酸[19,22~26]. 本研究发现, 向黑暗链霉菌UD2的发酵培养基中加入外源的甘氨酸导致胞内的SAM 水平增加, 相应的抗生素产量也明显提高. 这项结果表明, 甘氨酸提供甲基极可能是通过甲硫氨酸循环实现的, 同时这个过程中也应需要四氢叶酸(THF)的参与. 实际上, 在向发酵培养基中添加外源的THF(终浓度 4 mmol/L)时, 菌体胞内的SAM 量增加一倍, 相应的抗生素产量增加13%(数据未显示). 但是, 氨基酸喂饲实验的结果表明, 外源添加0.1%甲硫氨酸却会严重抑制安普霉素的合成(图2). 在以前的研究中发现, 外源的甲硫氨酸会抑制一些具有甲基取代基的抗生素的产量. 例如: rapamycin 的生物合成研究结果显示, 甲硫氨酸会抑制至少一种去甲基rapamycin 甲基转移酶和S-腺苷甲基转移酶的活力, 从而降低rapamycin 的产量[27]. 因此, 推测在安普霉素的生物合成途径中, 甲硫氨酸对安普霉素产量的抑制具有类似的机制. 从而可以解释, 为什么添加中间体甘氨酸和THF 均可第1期许铭翾等: 安普霉素的生物合成: 辛二糖C7′-N上甲基的甘氨酸来源41以提高安普霉素的产量, 但是添加甲硫氨酸本身却会抑制抗生素的合成. 换言之, 尽管甲硫氨酸是甲硫氨酸循环中的关键中间体, 但是增加外源甲硫氨酸的量会抑制甲基转移和甲基化的过程, 从而导致抗生素的产量降低.虽然甘氨酸和丝氨酸都可以做甲基的供体, 它们之间也可以相互转化, 但丝氨酸的第2位碳原子并不能标记到安普霉素中. 目前, 尚不能排除C3对安普霉素的合成有贡献, 因为实验中仅选择了C2位的同位素标记. 另外, 更令人感兴趣的是, 自然丰度和[2-13C,15N]丝氨酸标记的安普霉素的15N-NMR检测结果证明, 至少N(2′)H2基团是来源于丝氨酸的, 其余的氨基, N(1), N(3), N(7′), N(4″)的氮峰的强度有可能由于15N标记丝氨酸的掺入而增加, 但是还不能准确确定. 要对每个N峰在不同pH条件下进行精确的定位, 需要有更多的实验数据, 如提高自然丰度的样品的浓度, 确定自然丰度安普霉素氮谱中氮峰的定位和在更多的pH条件下进行15N-NMR检测. 总之, 这里报道的实验结果表明, 丝氨酸在安普霉素生物合成中的作用与甘氨酸不同, 丝氨酸是提供氨基的限制性前体物.总而言之, 本研究中利用同位素示踪实验证实了在安普霉素的生物合成中, 甘氨酸提供了辛二糖上C7′-N上的甲基, 这一过程很可能是通过甲硫氨酸循环完成的. 丝氨酸至少是N(2′)氨基的主要供体. 这项研究成果也为今后安普霉素的合成途径研究奠定了坚实的方法基础.致谢感谢沈阳药科大学的张怡轩博士和何建勇教授的支持和帮助.参考文献1 Stark W M, Hoehn M M, Knox N G. Nebramycin, a newbroad-spectrum antibiotic complex. I. Detection and biosynthesis.Antimicrobial Agents Chemother, 1967, 7: 314~3232 Higgins C E, Kastner R E. Nebramycin, a new broad-spectrumantibiotic complex. II. Description of Streptomyces tenebrarius.Antimicrobial Agents Chemother, 1967, 7: 324~3313 Stark W M, Knox N G, Wilgus R M. Strains of streptomyces tene-brabrius and biosynthesis of nebramycin. Folia Microbiol, 1971,16(3): 205~2174 O’Conner S, Lam L K, Jones N D, et al. Apramycin, a uniqueaminocyclitol antibiotic. J Org Chem, 1976, 41(12): 2087~20925 Umezawa H, Hooper I R. In Okuda T, Ito Y, eds. AminoglycosideAntibiotics. Berlin Heidberg, New York: Springer-Verlag, 1982.179~1806 Stark W M. US patent 3 962 427, 1976-06-087 Kamiya K, Deushi T, Iwasaki A, et al. A new aminoglycoside an-tibiotic, KA-5685. J Antibiot, 1983, 36(6): 738~7418 Awata M, Satoi S, Muto N, et al. Saccharocin, a new aminoglyco-side antibiotic. Fermentation, isolation, characterization and structural study. J Antibiot, 1983, 36(6): 651~6559 Rinehart K L Jr. Biosynthesis and mutasynthesis of aminocyclitolantibiotics. J Antibiot, 1979, 32(12): 32~4610 Goda S K, Akhtar M. Neomycin biosynthesis: The incorporationof D-6-deoxy-glucose derivatives and variously labelled glucose into the 2-deoxystreptamine ring. Postulated involvement of 2-deoxyinosose synthase in the biosynthesis. J Antibiot, 1992, 45(6): 984~99411 Wee T G, Frey P A. Studies on the mechanism of action of uridinediphosphate galactose 4-epimerase. II. Substrate-dependent reduc-tion by sodium borohydride. J Biol Chem, 1973, 248(1): 33~4012 Wang W, Kramer P M, Yang S, et al. Reversed-phase high-perfo-rmance liquid chromatography procedure for the simultaneous de-termination of S-adenosyl-L-methionine and S-adenosyl-L-homo- cysteine in mouse liver and the effect of methionine on their concen-trations. J Chromatogr Biomed Sci Appl, 2001, 762(1): 59~65[DOI]13 Szilagyi L, Pustahelyi Z S. Apramycin: Complete 1H and 13C NMRassignments and study of the solution conformation by ROESY measurements. Magn Reson Chem, 1992, 30(2): 107~117[DOI]14 Wong H C, Lessie T G. Hydroxy amino acid metabolism in Pseudo-monas cepacia: Role of L-serine deaminase in dissimilation of serine, glycine, and threonine. J Bacteriol, 1979, 140(1): 240~24515 Angelaccio S, Pascarella S, Fattori E, et al. Serine hydroxy-methyltransferase: Origin of substrate specificity. Biochemistry, 1992, 31(1): 155~162[DOI]16 Selhub J F. Vitamin B12 and vitamin B6 and one carbon metabo-lism. J Nutr Health Aging, 2002, 6(1): 39~4217 Dorman D E, Paschal J W, Merkel K E. 15N Nuclear magneticresonance spectroscopy. The Nebramycin aminoglycosides. J Am Chem Soc, 1976, 98(22): 6885~688818 Favret M E, Paschal J W, Elzey T K, et al. Biosynthesis of thio-peptide antibiotic A10255: incorporation of isotopically-labeled precursors. J Antibiot, 1992, 45(9): 1499~151119 Lee B K, Condon R G, Wagman G H, et al. Micromonospora-pro-duced sisomicin components. J Antibiot, 1976, 29(7): 677~68442中国科学C辑生命科学第36卷20 Ohnuki T, Muramatsu Y, Miyakoshi S, et al. Studies on novelbacterial translocase I inhibitors, A-500359s. IV. Biosynthesis of A-500359s. J Antibiot, 2003, 56(3): 268~27921 van Kleef M A, Duine J A. L-tyrosine is the precursor of PQQbiosynthesis in Hyphomicrobium X. FEBS Lett, 1988, 237(1-2): 91~97[DOI]22 Habib el-SE, Scarsdale J N, Reynolds K A, Biosynthetic origin ofhygromycin A. Antimicrob Agents Chemother, 2003, 47(7): 2065~ 2071[DOI]23 Deguchi T, Okumura S, Ishii A, et al. Synthesis of carbon-14 andtritium labeled sagamicin. J Antibiot, 1977 30(11): 993~99824 Itoh S, Odakura Y, Kase H, et al. Biosynthesis of astromicin andrelated antibiotics. I. Biosynthetic studies by bioconversion ex-periments. J Antibiot, 1984, 37(12): 1664~1669 25 Walker J B. Enzymatic synthesis of aminoglycoside antibiotics:Novel adenosylmethionine: 2-deoxystreptamine N-methyltransferase activities in hygromycin B- and spectinomycin-producing Strepto-myces spp. and uses of the methylated products. Appl Environ Mi-crobiol, 2002, 68(5): 2404~2410[DOI]26 Seno E T, Baltz R H. Properties of S-adenosyl-L-methionine:Macrocin O-methyltransferase in extracts of streptomyces fradiae strains which produce normal or elevated levels of tylosin and in mutants blocked in specific O-methylation. Antimicrob Agents Chemother, 1981, 20(3): 370~37727 Kim W S, Wang Y, Fang A, et al. Methionine interference in Ra-pamycin production invovlves repression of demethylrapamycin methyltransferase and S-adenosylmethionine synthetase. Antimi- crob Agents Chemother, 2000, 44(10): 2908~2910[DOI]。

相关文档
最新文档