聚酮类抗生素组合生物合成
聚酮化合物及其组合生物合成
聚酮化合物及其组合生物合成一、本文概述聚酮化合物是一类由聚酮合酶催化合成的重要天然产物，广泛存在于生物界中，并表现出多种生物活性，如抗菌、抗病毒、抗肿瘤等。
聚酮化合物的生物合成过程是一种复杂而精细的化学反应，涉及多个酶和辅因子的协同作用。
本文旨在深入探讨聚酮化合物及其组合生物合成的机制、方法与应用，以期为进一步理解和利用这类天然产物提供理论支持和实践指导。
文章首先将对聚酮化合物的结构特点、分类及生物活性进行概述，为后续研究奠定基础。
接着，将详细介绍聚酮合酶的结构与功能，以及其在聚酮化合物生物合成中的关键作用。
在此基础上，文章将重点探讨聚酮化合物组合生物合成的策略与方法，包括基因工程、代谢工程等手段在聚酮化合物合成中的应用。
文章还将对聚酮化合物及其组合生物合成的未来发展趋势进行展望，以期为推动该领域的研究与发展提供有益参考。
二、聚酮化合物的结构与性质聚酮化合物是一类具有广泛生物活性的天然产物，其结构多样性和生物活性使得它们在医药、农业、材料科学等领域具有广泛的应用前景。
聚酮化合物的结构特点主要由一系列线性或环状的酮基团组成，这些酮基团通过碳碳键连接，形成复杂的碳骨架。
在结构上，聚酮化合物可以根据其碳骨架的类型分为线性聚酮、环状聚酮以及大环内酯等。
线性聚酮通常具有长链结构，其碳骨架呈现出一定的柔性；环状聚酮则具有闭合的环状结构，具有较高的稳定性；大环内酯则是一类特殊的环状聚酮，其中包含一个或多个内酯键，使得分子呈现出独特的空间构象。
在性质上，聚酮化合物通常具有较好的热稳定性和化学稳定性，这使得它们在各种条件下都能保持稳定的生物活性。
聚酮化合物的生物活性往往与其结构中的特定官能团密切相关，如酮基、羟基、羧基等。
这些官能团的存在使得聚酮化合物能够与生物体内的靶标分子发生特异性相互作用，从而表现出抗菌、抗病毒、抗肿瘤等多种生物活性。
为了深入研究聚酮化合物的结构与性质之间的关系，科学家们采用了多种现代分析方法，如核磁共振、质谱、射线晶体衍射等。
红曲霉聚酮类次生代谢产物的生物合成
2922008年第03期红曲霉聚酮类次生代谢产物的生物合成高蓝,李浩明(广东药学院,广东广州510006)摘要:红曲霉可产生多种聚酮类次生代谢产物,主要包括红曲色素、莫那可林K和桔霉素。
其中红曲色素广泛用于食品着色,莫那可林K用作降血脂的药物,而桔霉素则对脊椎动物包括人体有肾毒性。
本文对这几类聚酮类次生代谢产物的生物合成途径、生物合成相关的聚酮合成酶等方面的研究进展进行了综述。
关键词:红曲霉,聚酮类化合物,红曲色素,莫那可林K,桔霉素B i osynthesis of pol yketides i n M onascusGAO Lan,LI Hao-m ing(Guangdong Phar maceuti calUn i versity,Guangzhou510006,Ch i na)Abstrac:t Monascus spec i e s have the ab ili ty to p rod uce second a ry m e t ab olit es of po l yketi des1I nc l ud i ng M onasco rub ri n p i g m en,t w h i ch has been w i d e l y used as a natu ra l f ood-co l o ri ng agen t f o r m any ki nd s o f f ood s; M onaco l i n K,w h i ch has b een p roven to have cho l es t e ro l-l o w e ri ng e ff ec t s;and C i tri n i n,w h i c h i s m od era te l y neph ro t oxi c t o verteb rates i n c l ud i ng hu m ans1The res ea rch advances o f p o l yke ti d es b i o syntheti c pa t hw ay and c l on i n g of b i osynthe ti c g ene c l us t e rs for these p o l yke ti d es w e re r ev i e w ed1Key w ords:M onascus;p o l yke ti d e;Monascorub ri n p i g m en;t M onaco l i n K;C i tri n i n中图分类号:TS20113文献标识码:A文章编号:1002-0306(2008)03-0292-04Chem istry,2004,378(3):634~6411[14]D eryab i na M A,Y akov leva J N,P opova V A,et a l1D e ter m i nati on o f the herb icide acetochlor by fl uorescence po l ar izati on i m m unoassay[J]1Journa l o f Ana l y ti ca l Chem istry, 2005,60(1):80~851[15]Ere m i n S A,M urtazi na N R,Er m o lenko D N,e t a l1 P roducti on of po l yc l ona l antibodies and deve lop m ent o f fl uorescence po l ar izati on i m munoassay for sulfan ila m i de[J]1A nalytical L etters,2005,38(6):951~9691[16]Sh i m W B,K o l osova A Y,K i m Y J,et a l1F l uorescence po l ar izati on i m m unoassay based on a m onoc l onal anti body for t he detection o f ochratox i n A[J]1Internati ona l Jou rnal o f F ood Science and T echno l ogy,2004,39(8):829~8371[17]M ohamm ad S N,M ichael E J1D eve l op m ent o f a fluo rescence po l ar izati on assay for the deter m i nati on o f afl a tox insi n gra i ns[J]1A g ric1Food Chem,2002,50:3116~31211[18]Chr i s M M,R onald D P1R ap i d fl uorescence polar i zati oni m m unoassay for t he m ycotox i n deoxynivaleno l i n wheat[J]1A gr i c F ood Che m,2002,50:1827~18321[19]V i ncenzo L,M iche l ange lo P,A ng elo V1O pti m izati on of a fluo rescence po l a rization i m m unoassay for rap i d quantifi cation o f deoxynivaleno l i n duru m wheat–based products[J]1Journal o f F ood Protec tion,2006,69(11):2712~27191对于丝状真菌而言,聚酮化合物(po l yket i des, PK s)合成途径是其形成次生代谢产物的主要途径之一。
抗生素的生物合成
• 抗生素的合成过程可以概括为如下模式：
营养物质（C、N、P、S） ↓初级代谢 前体 ↓聚合、结构修饰、装配 抗生素 • 第一步，前体聚合：前体单元在合成酶催化下进行聚 合。例如四环素合成中，在多酮链合成酶催化下，由 丙二酰CoA等形成多酮链，进而合成四环素及大环内酯 类抗生素。
• 第二步，结构修饰。聚合后的产物再经过修饰反应如环 化、氧化、甲基化、氯化等。氧化作用是在加氧酶催化 下进行的。次级代谢中的加氧酶多是单加氧酶，它把氧 分子中的一个氧原子添加到底物上，另一个氧原子还原 成水，并常伴有NADPH的氧化。 RH＋O2＋NADPH2 → ROH＋H2O ＋NADP • 第三步，不同组分的装配。如新生霉素的几个组分：4甲氧基-5′，5′-二甲基-L-来苏糖（noviose）、香豆 素和对羟基苯甲酸等形成后，再经装配成新生霉素
• （1）非核糖体介导的肽类化合物的合成 • 利用多酶复合体系合成的寡肽（作为一 种重要的机制），如短杆菌肽 （gramicidins）、细菌素 （bactitracin）和短杆菌酪肽 （tyrocidin）及真菌次级代谢产物，如 恩链孢菌素（enniatins）和环孢菌素 （cyclosporins） 。由多酶体系的多功 能基因所控制的 ，非核糖体形成机制的 这种特性有利于低分子量多肽的结构多 样性的特殊方式，而这些多肽就是许多 微生物形成的次级代谢产物。
• （2）头孢菌素C的合成 • 头 孢 菌 素 C （ 即 先 锋 霉 素 ） 由 头 孢 菌 （ Cephalsporium salomosynnemata ）产生，其结构与青霉素相似，它是由酰 基侧链和7-氨基头孢烷酸（7-ACA）组成。7-ACA结构中含有 一个双氢噻唑环（A）和一个β-内酰胺环（B）。 • 头孢菌素C与青霉素具有相同的前体物质。当三肽化合物闭 环后，形成异青霉素N ，其中的L-氨基己二酸异构为D型后， 转变成青霉素N。然后在扩环酶 （expandase，即脱乙酰氧 头孢素C合成酶）催化下，使硫原子和缬氨酸的一个甲基之 间脱氢，形成双氢噻唑环，即脱乙酰氧头孢素C。再在加氧 酶、乙酰转移酶作用下，最后合成头孢菌素C 。
天然抗生素的合成和生物合成途径研究
天然抗生素的合成和生物合成途径研究抗生素是一类可以杀灭或抑制细菌生长的药物，是治疗细菌感染病的有效工具。
然而，由于过度使用抗生素和滥用，对抗生素的耐药性问题逐渐严重。
因此，研究新型天然抗生素及其生物合成途径成为当下热门话题。
天然抗生素是由某些生物种类通过生物代谢合成而来，具有很高的生物活性和广泛的生物杀菌谱，是开发抗菌药物的宝贵资源。
目前，天然抗生素的生物合成途径研究已经取得了一定的进展，例如链霉素、卡波霉素、利福霉素等。
链霉素是目前应用广泛的一种广谱抗生素。
在链霉素的生物合成过程中，通过对各个生物过程的研究揭示了合成途径的分子机制。
链霉素是由18个基本的类十二烷基聚酰胺单元组成的，这些单元通过聚合形成骨架，然后被糖基化，生成链霉素。
糖化反应是由五种不同的糖化酶协同完成的，具有独特的生物合成方式。
卡波霉素是一种用来治疗热带疟疾的抗生素。
在卡波霉素的生物合成过程中，若干个酶通过催化特定反应生成一个多环戊烷衍生物，这个衍生物是合成卡波霉素的中间体，之后通过糖化反应形成完成合成。
这项研究丰富了我们对抗生素生物合成的认识。
利福霉素是一种用于治疗各种感染的半合成抗生素，广泛用于医疗实践中。
在利福霉素的生物合成过程中，首先是核苷酸环的代谢，之后通过一系列反应，生成利福霉素的中间体，最终形成合成成品。
这个生物合成途径的研究对于新型抗生素的探索有着非常重要的意义。
随着科学技术的发展，越来越多的生物合成途径已经被揭示。
未来，我们可以通过基因工程技术，利用这些已知的生物合成途径对天然抗生素进行合成，从而开发出越来越多更加有效和安全的新型抗菌药物。
同时，这些合成方法对于开发其他生物分子，例如蛋白质和药物等，在生物医学领域也有着广泛的应用。
新型抗生素的生产和基础研究
新型抗生素的生产和基础研究随着抗生素的广泛使用和滥用，传统的抗生素越来越难以对抗新型的耐药菌株，这也就需要我们寻找新型的抗生素。
新型抗生素的生产和基础研究成为当前医药研究领域的热点。
一、新型抗生素的生产新型抗生素的生产一般分两个方面，分别是天然氨基酸-聚酮类生物合成和化学合成。
1、天然氨基酸-聚酮类生物合成聚酮类抗生素是来源于一些微生物，其中包括青霉素、四环素、红霉素等传统的抗生素。
这些抗生素的结构多来源于大分子化合物，这些大分子化合物是由大量的氨基酸组成的。
氨基酸和酰基载体有机会形成聚酮单元，通过不断加入和还原，进而获得一定程度的多样化结构。
要了解更多这方面的知识可以参考杨永刚等(2019)的文章《聚酮类抗生素天然生物合成及其研究进展》。
2、化学合成化学合成包括小分子合成和大分子合成，目前，研究人员又发现了一种比较新的方法，就是使用生物合成中的酶来进行有机合成。
这种方法叫做酶催化有机合成法，具有非常高的效率和精准度。
二、新型抗生素的基础研究提高新型抗生素研发的成功率需要我们更加深入对细菌的代谢、酶的催化机制、蛋白质互作等方面的研究，这些研究有助于提高新型抗生素的选择性、毒性、作用效果等性质，从而改善新型抗生素的性能。
以下是一些研究思路：1、探索新的模拟分子靶点在细菌代谢中，有许多重要的酶和酶反应，这些酶和酶反应也是新型抗生素的有效靶点。
其中，选择性抑制细菌特有代谢酶是一个很好的研究思路。
比如我国学者张俊峰等(2019)报道了一个灭活啉酸酶的啉酸合成酶中的AB-binuclear三氟丙酸络合物的晶体结构，研究发现这个三氟丙酸络合物与啉酸合成酶存在良好的拟合度，可能成为抗菌药物的发现靶点。
2、结合计算和实验方法研究新型抗生素与抗药性的作用机制为了能够预测小分子与机体大分子的相互作用，并为高效率的小分子设计提供更加科学的指导，计算方法成为了发现抗菌剂的主要方法之一。
同时，人们还发现将实验和计算方法相结合能够更加准确地预测分子的抗菌药物和酶催化能力。
聚酮类天然产物的生物合成途径
聚酮类天然产物的生物合成途径1.引言1.1 概述概述部分的内容可以介绍聚酮类天然产物以及对它们生物合成途径的研究的必要性和重要性。
以下是一种可能的写作方式：聚酮类天然产物是一类在自然界中广泛存在的化合物，它们具有多样的生物活性和药理学特性。
这些化合物以其独特的分子结构和广泛的应用领域而备受关注。
在过去几十年里，许多研究人员致力于揭示聚酮类天然产物的生物合成途径，以便利用这些途径合成这些化合物的方法。
聚酮类天然产物可以从不同来源获得，包括植物、动物和微生物。
它们具有多种生物活性，包括抗菌、抗肿瘤、抗炎和抗病毒活性。
因此，研究聚酮类天然产物的生物合成途径对于开发新药物和解决治疗难题具有重要意义。
生物合成途径是研究生物体内特定化合物的合成机制和途径的科学领域。
通过深入理解聚酮类天然产物的生物合成途径，可以为我们提供合成这些化合物的有效方法。
此外，还可以通过遗传工程和基因组学方法来改造产生这些化合物的生物体，以提高产量和改良结构。
这样，我们就可以更好地满足聚酮类天然产物的需求，以及各种应用领域的需求。
本文将深入探讨聚酮类天然产物的生物合成途径。
通过综合和分析当前的研究现状，我们将介绍已经揭示的合成途径，并展望未来可能的研究方向和应用前景。
通过对聚酮类天然产物的生物合成途径的探索，我们可以更好地理解这些化合物的生物学功能和作用机制，并有望为药物研发和生物工艺学的发展带来新的突破。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以包括以下内容：文章结构部分主要介绍了整篇文章的组织结构和各个部分的内容概要。
在本文中，我们将按照以下结构展开讨论：引言、正文和结论。
引言部分向读者介绍了本文的研究背景和重要性，并提供了文章的目的。
正文部分分为两个子部分：聚酮类天然产物的定义和分类以及聚酮类天然产物的重要性和应用。
通过对聚酮类天然产物进行定义和分类的介绍，读者可以更好地了解这一类化合物的特点和种类。
在聚酮类天然产物的重要性和应用部分，我们将探讨这些化合物在药物、农业和工业等领域的广泛应用，并介绍它们在科学研究和经济发展中的价值。
聚酮合酶
聚酮合类药物和聚酮合酶一、聚酮类药物聚酮类化合物是由简单脂肪酸在聚酮合酶催化下经过类似长链脂肪酸的合成途径生成的，其中心骨架是通过丙二酸(或有取代基的丙二酸)硫酯重复的脱羧缩合而形成的。
包括聚次甲基酮基团( (CH2一CO)n)化合物及其加水、脱水或者脱羧的衍生物。
常见的聚酮类药物主要有洛伐他汀、阿霉素、红霉素、四环素、两性霉素、南昌霉素、普拉固（普伐他汀）等二、聚酮合酶聚酮合成酶通过催化前体物质进行反复的缩合反应,可以形成多种聚酮体,再经过甲基化、氧化还原、糖基化等修饰反应形成各种各样结构复杂的聚酮类化合物。
尽管聚酮类化合物在结构上是多样的,但其生物合成有其共同的机制,其核心结构均由聚酮合酶催化合成。
根据聚酮合酶的结构及其它性质,聚酮合酶被分成Ⅰ型(typeⅠPKS,又称模件型)、Ⅱ型(typeⅡPKS,又称迭代型)和Ⅲ型(typeⅢPKS,查尔酮型)3大类。
Ⅰ型PKSⅠ型PKS是以模块形式存在的多功能酶,每一模块含有一套独特的、非重复使用的催化功能域,其非重复使用的催化功能域与聚酮生物合成的反应顺序呈线性对应,主要催化合成大环内酯类、聚烯及聚醚类化合物。
Ⅱ型PKS 1984年Malpartida和Hopwood首次报道了Ⅱ型PKS是一个多功能酶复合体,只包含一套可重复使用的结构域,每一结构域在重复的反应步骤中都多次地用来催化相同的反应。
Ⅲ型PKSⅢ型聚酮合酶(TypeⅢPKSs)以植物中的查耳酮合酶为代表(chalcone synthases)。
1999年,Funa等发现了一种类似苯基苯乙烯酮合成酶的PKS(chalcone synthase-like PKS)———Rp-pA,后来被称为Ⅲ型PKS。
Ⅲ型PKS和其它两种PKS迥然不同,它在不需要ACP的情况下直接催化泛酰辅酶A间的缩合,主要负责单环或双环芳香类聚酮化合物的生物合成。
全球现在已有两个聚酮合酶数据库，一个是印度国家免疫学研究所的Yadav G等人于2003年构建的PKSDB数据库；另一个是在PKSDB数据库基础上，韩国SmallSoft公司Tae H等人对PKSDB数据库加以改进和补充，在2007年构建的ASMPKS数据库。
聚酮化合物及其生物合成
聚酮化合物及其生物合成摘要：聚酮化合物的生物合成是当前国际化学与生物学交叉学科研究的热点之一，也正在发展成为药物创新超常规的重要手段。
合成聚酮类化合物的方法有很多，但应用最多的是组合生物合成方法，因而本文主要是对这种方法的介绍，特别是I型聚酮化合物的组合生物合成的常用技术和方法学发展进行了详细解说。
关键词：聚酮化合物；聚酮合酶；生物合成一、聚酮化合物及其聚酮合酶聚酮化合物是一大类由细菌、真菌和植物将低级羧酸通过连续的缩合反应产生的天然产物，它包括许许多多具有抑制细菌(如红霉素、四环素)、真菌(如灰黄霉素、两性霉素)、寄生虫(如avermectin、奈马克丁)、癌症(如多柔比星、enediynes)等活性的化合物，有些抗真菌聚酮化合物同时还具有免疫抑制剂的活性(如雷帕霉素、FK506)，它被广泛地应用于医药、畜牧和农业。
如今，这一化合物越来越为人们所重视，这主要是由于该化合物具有：(1)无可比拟的生物学活性使之具有巨大的新药物开发潜力和商业价值，聚酮化合物所形成的药物已用于几乎所有重要的疾病治疗，每年的销售额超过了100亿美元；(2)独特的结构和合成机制为人们研究酶催化的分子机制、分子识别和蛋白质的相互作用提供了空前的契机；(3)聚酮合酶所具有的可塑性可以使人们方便地通过组合生物合成手段来获得新的化合物。
目前已发现了不少于10000种聚酮化合物，而由之衍生出的新产物更是难以记数。
聚酮化合物是功能和结构最多样化的天然产物之一，它们的合成包括酰基辅酶A活化羧酸的一系列重复的醇醛缩合而形成有一定长度的聚酮链骨架，然后经过环化或者芳香化、或者与脱氧糖等结构单位连接等过程。
尽管聚酮化合物的结构和特性千差万别，总的来说它可以分为两大类：芳香族聚酮化合物和复合聚酮化合物。
前者是乙酸通过缩合(起始单位除外)形成的大部分β-酮基在酰基链的延伸和完成后都一直保持非还原状态，经过折叠和醇醛缩合形成六元环，芳香环随后被脱水还原，如放线紫红素、柔红霉素、四环素。
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聚酮类抗生素组合生物合成
黄惠娟乔建军＋
（天津大学化工学院．天津３０Ｃ０７２）
摘要 组合生物合成是公认的产生大量“非天然”的天然产物的一种有效方法，也是近年
来药物创新与应用的研究热点和重要手段之一。目前，组合生物合成在聚酮类抗生素等生物活性
｝ＬＣ
其中：【１，３１ Ｒ＝Ｅ‘［２，４１ Ｒ＝Ｍｅ
围１ ＤＥＢＳｌ．ＴＥ与分别插入雷帕霉素模块２或５后的对照１６１
适用于生命科学各研究领域的宝尔超纯水系统，使实验数据更逼真Ｔｅｌ：０２１—６４０４０１６１
万方数据
ＷＷＷ ｂａｏｌｏｒ．ｃｏｍ
６９４
别插入到全长的合成红霉素的ＰＫＳ中模块ｌ和模块 ２之间，结果得到了在相应位置多出一个结构单位的 十六元环的聚酮化合物。 ２．３ ＰＫＳ中模块的替换
由于聚酮化合物特殊的结构和合成机制、非凡 的多功能性和可塑性使得人们可以通过组合生物合成 方法便捷地获得由其他方式难于得到的新化合物Ⅲ。 因此，应用组合生物合成的方法直接地对聚酮化合物 生物合成途径中涉及到的一些酶的编码基因进行操 作（如模块／结构域的增加、减少、替换等），产生一 些非天然的基因组或者杂合基因而可能改变原有的 生物合成途径，从而可以间接地对聚酮化合物的生物 合成进行调控，以获得大量新的聚酮化合物或其衍生 物口一ｌ。本文对近年来聚酮类抗生素组合生物合成的 研究方法和思路进行了回顾与展望，对某些方法所存 在的问题与不足进行了讨论。
进行的大量试验中也有许多新的化合物产生Ｉｌ”。 ３．２模块中结构域的增加
ＭｃＤａｎｉｅｌ等１１２１将合成红霉素ＰＫｓ模块２的ＫＲ结 构域替换为来自于合成西罗莫司ＰＫＳ模块４的ＤＨ— ＫＲ结构域，与原模块的结构域相比相当于增加了一 个ＤＨ结构域，得到了一个含有Ｃ＝Ｃ双键的化合物。 类似地，Ｋａｏ等［１３１将合成红霉素ＰＫＳ模块２的ＫＲ结 构域替换为合成西罗莫司ＰＫＳ模块１的ＤＨ．ＥＲ－ＫＲ结 构域，得到了一个新的八元环化合物。由此可见，ＫＲ 结构域对底物的要求较宽容．可接受许多非天然底 物。由于不同来源的结构域没有非常严格的底物特异 性。因此可在不同的ＰＫＳ中发挥相应的酶催化活性。 ３．３模块中结构域的替换
在红霉素ＤＥＢＳ １的Ｎ端有一个称为荷载域 （１０ａｄｉｎｇ ｄｏｍａｉｎ，ＬＤ）的ＡＴ和ＡＣＰ域。ＬＤ是ＰＫＳ 基因簇的作用靶点，它以丙酰辅酶Ａ为起始单位通过 ＡＣＰ泛酰基转移至ＤＥＢＳＩ的ＫＳｌ半胱胺酰活化位 点。已知不同的ＬＤ对底物的选择性不同，利用ＬＤ 对底物的宽容性，用异源替换原ＬＤ可以改变所接受 的起始单元，从而获得新的聚酮化合物，如阿维菌素 的ＬＤ可以加载多达４０余种不同的化合物作前体［７１。 将阿维菌素的ＬＤ移接到红霉素ＤＥＢＳｌ的Ｎ端，改造 后的ＤＥＢＳｌ．ＴＥ在天蓝色链霉荫（ｓｆｒＰｐｆｏｍｙｃＰｓ ｃｏｅｌｉｃｏｌｏｒ）中除产生了新的化合物外，还能接受阿维 菌素牛物合成的起始单位异丁酸或２一甲基丁酸而产 牛新的三酮体。Ｍａｒｓｄｅｎ等【ＢＪ用阿维菌素的ＬＤ替换 红霉素的ＬＤ，在构建的糖多孢红霉菌（Ｓａｃｃｈａｒｏｐｉｌｙｓ． ｐｏｒａ ｅｒｙｔｈｒａｅａ）突变体中，产生了以阿维菌素生物合 成起始单位异丁酸和２．甲基丁酸为起始物的红霉素
聚酮化台物是由聚酮生物合酶（Ｐｏｌｙｋｅｔｉｄｅ ｂｉｏｓｙｎｔｈａｓｅ，ＰＫＳ）催化合成的。据国内外新近研究 报道１１），目前所发现的ＰＫＳ可以归为三类：（１）Ｉ型ＰＫＳ 也称为模块式ＰＫＳ，它由若干个多功能多肽组成，每 一个多肽上都分别携带有独特的、非重复使用的催 化结构域，参与一轮聚酮生物合成反应的所有结构域 称为一个合酶单位，编码这个合酶单位的ＤＮＡ被称 为一个模块。如合成红霉素的ＰＫＳ由３个多肽域 （ＤＥＢＳｌ、ＤＥＢＳ２和ＤＥＢＳ３）６个模块组成：合成雷帕 霉素的ＰＫＳ由３个多肽域（ＲＡＰＳｌ、ＲＡＰＳ ２和ＲＡＰＳ ３）１４个模块组成。Ｉ型ＰＫＳ研究最为透彻，主要由 酮基合成酶（ｋｅｔｏ ｓｙｎｔｈａｓｅ，ＫＳ）、酰基转移酶 （ａｃｙｌｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅ，ＡＴ）、脱氢酶（ｄｅｈｙｄｒａｔａｓｅ，ＤＨ）、 烯酰还原酶（ｅｎｏｙｌ ｒｅｄｕｃｔａｓｅ，ＥＲ）、酮基还原酶 （ｋｅｔｏｒｅｄｕｃｔａｓｅ，ＫＲ）和酰基载体蛋白（ａｃｙｌ．ｃａｒｒｉｅｒ ｐｒｏｔｅｉｎ．ＡＣＰ）等结构域组成，其中Ｋｓ、ＡＴ、ＡＣＰ
物质的开发应用研究中已经取得了显著的成果。结合文献中的例子，回顾了运用组合生物合成在
天然产物的基础上产生更多结构及功能多样性的聚酮类抗生素的方法和思路，并对某些方法所存
在的问题与不足进行了讨论。
关键词
组合生物合成；聚酮化合物；天然产物
组合生物合成是在微生物次级代谢产物生物合 成基和酶学基础上形成的，通过对微生物代谢产物 合成途径中涉及到的一些酶的编码基因进行操作（如 替换、阻断、重组等）来改变生物合成途径产生新 的代谢旁路，利用天然产物生物台成机制获得大量新 的“非天然”天然产物的方法。
３ ＰＫＳ模块中结构域的组合生物合成
在不同的模块中减少、增加或者替换结构域是 组合生物合成形成新化合物的基因操作重点。 ３．１模块中结构域的减少
１９９１年，首次报道了对红霉素生物合成途径中 ＰＫＳ结构域进行改造的研究【３】，方法是将合成红霉素 ＰＫｓ模块５的ＫＲ结构域去掉使其功能失活，得到了 一个５位是酮基的新化合物。虽然形成的新化合物 不具有生物活性，但是实验的成功首次证明了可以通 过组合生物合成技术定向改造ＰＫＳ产生新的红霉素 前体６．脱氧红霉内酯Ｂ（６一ｄｅｏｘｙｅｒｙｔｈｒｏｎｏｌｉｄｅ Ｂ，６． ｄＥＢ）的类似物。此后又有文献报道可将ＴＥ结构域 直接连接到ＤＥＢＳｌ上。缩短后的ＰＫＳ基因依然能够 发挥作用。产生了不同于原有十四元大环内酯的三酮 内酯化合物［１０１。此外，在以红霉素ＰＫＳ为操作对象
碳链结构的一大类天然产物，可以分为两大类：复合 聚酮化合物和芳香族聚酮化合物。复合聚酮化合物 是低级脂肪酸在缩合反应后经过内酯化成环而产生 的一组分子，包括大环内酯类（如红霉素）、聚醚类 （如南昌霉素，ｎａｎｃｈａｎｇｍｙｃｉｎ）等抗生素。芳香族聚 酮化台物是低级脂肪酸在缩合反应后均保持非还原 状态，经过折叠和醇醛缩合形成六元环，芳香环随后 被脱水还原而产生的一组分子，包括葸环类（ｔｍ多柔 比星）、苯并异色满醌类（如放线紫红素，ａｃｔｉｎｏｒｈｏｄｉｎ） 等抗生素。
衍 生物，添加不同的前体则可合成ｃ一１３位为异丙基、
２一丁基等红霉素Ａ、Ｂ和Ｄ衍生物。由于有许多支 链羧酸可以成为阿维茼素的前体，冈此利用阿维菌素 ＬＤ广泛的底物特异性可以获得多种红霉素衍生物。 类似地，Ｐｆｃｉｆｅｒ等１９１用来源于合成利福霉素的ＬＤ替 换红霉素的ＬＤ也合成了在ｃ．１３位结合苯环的红霉 素衍生物。
不同ＰＫＳ模块选用小同的聚酮链延伸单位，不 同ＡＴ结构域识别不同的聚酮链延伸单位，相互替换 或者置换ＡＴ结构域可以导致新的聚酮化合物的产 生｛１４】。如用合成雷帕霉素ＰＫＳ模块２中具有丙二酰 专一性的ＡＴ ２结构域替换ＤＥＢＳｌ．ＴＥ模块１中具有 甲基丙二二酰专一性的ＡＴ １结构域，产生了两个在内 酯环的ｃ一４位都缺少一个甲基的新三酮内酯［１５Ｊ。Ｌｉｎ 等［ｔ６１第一次尝试在全长的ＰＫＳ中进行结构域的替 换。他们用合成雷帕霉素ＰＫＳ模块２中ＡＴ结构域 替换台成红霉素ＰＫＳ模块１中ＡＴ结构域，产生了在 Ｃ．２位缺少一个甲基侧链的新化合物。由于ＰＫＳ模 块中各个ＡＴ结构域对底物的结构和立体构型都有相 当严格的要求，因此，进一步地突变ＡＴ结构域可以 改变其底物特异性，拓宽创制新化合物的可能性。 此外。对底物特异性要求较宽松的ＫＲ结构域有时可 决定聚酬体上甲基或羟基手性中心的立体构型，因此， 可以用异源替换原合成红霉素ＰＫＳ模块中的ＫＲ结构 域，使得６．ｄＥＢ中的羟基构型（ｓ．型或者Ｒ．型）发生转 变，进而改变６－ｄＥＢ的立体结构。如用合成雷帕霉 素ＰＫＳ模块２中的ＫＲ ２结构域替换合成红霉素ＰＫＳ 模块６中的ＫＲ ５结构域，合成了３．位羟基差向异构 的６一ｄＥＢ衍生物“７１。
黄惠娟等：聚酮类抗生素组合生物合成
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是聚酮碳链延伸反应的“最小ＰＫＳ”；（２）ＩＩ型ＰＫＳ 也称为迭代式或芳香式ＰＫＳ，它是一个多酶复合体的 迭代体系（至少包含ＫＳ和ＡＣＰ），通过一套可重复使 用的结构域在重复的反应步骤中多次用来催化酚聚 酮结构的生成。ＩＩ型ＰＫＳ在起始单位和延长单位的 选择方面不及Ｉ型ＰＫＳ变化多样，它的结构多样性主 要来源于聚酮合成后的修饰步骤；（３）Ｉｌｉ型ＰＫＳ是可 重复使用的同源双亚基蛋白，属于查尔酮（ｃｈａｌｃｏｎｅ）合 成酶类。ＩＩＩ型ＰＫＳ与前两类ＰＫＳ截然不同，它不依 赖于作为酰基载体的ＡＣＰ及其上的４’一磷酸泛酰巯基 乙胺。也不像前两类ＰＫＳ是通过ＡＣＰ活化酰基辅酶 Ａ的底物．而是直接作用于酰基辅酶Ａ活化的简单羧 酸。尽管不同类型ＰＫＳ的结构和机制不尽相同，但 是所有类型的ＰＫＳ都有通过酰基辅酶Ａ脱羧缩合和 ＫＳ结构域或亚基来催化ｃ．ｃ键形成的功能。
聚酮化合物是由细菌、真菌、放线菌或植物
产生的一大类天然产物．是用于人类疾病治疗的重要 药物之一。因其重要的生物活性在临床应用中可以 作为抗生素（如红霉素，ｅｒｙｔｈｒｏｍｙｃｉｎ Ａ）、抗癌药物 （如多柔比星，ｄｏｘｏｒｕｂｉｃｉｎ）、低月Ｒ固醇剂（如洛伐他 汀，ｌｏｖａｓｔａｔｉｎ）、抗寄生虫剂（如阿维菌素，ａｖｅｒｍｅｃｔｉｎｓ）、 抗真菌剂（如两性霉素，ａｍｐｈｏｔｅｒｉｃｉｎ Ｂ）、杀虫剂（如 多杀菌素，ｓｐｉｎｏｓｙｎ Ａ）以及免疫抑制剂（如雷帕霉素， ｒａｐａｍｙｃｉｎ）等。
随着分子遗传工程、ＤＮＡ测序以及生物信息 学等技术的发展与创新，人们对各类型ＰＫＳ的认知程 度逐步加深，对聚酮化合物生物合成机制有了更深入 的理解与掌握。应用组合生物合成方法对聚酮化合 物生物合成途径基因进行操作，可以获得更多新颖的
具 有生物活性的化合物。
２ ＰＫＳ中模块的组合生物合成
聚酮化台物中碳链骨架的构成单位与催化其形 成的ＰＫＳ模块之间有着一一对应的关系。因此，聚