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导读
天然糖类是活性天然产品的一个重要结构单元，糖苷化润饰有利于进步活性分子的生物相容性及靶点辨认的特异性，迄今许多临床一线运用的药物如红霉素、阿霉素及万古霉素等都是糖苷类化合物。弩箭子糖(antiarose)是一类六碳脱氧糖，开始于1896年由水解剧毒木本植物见血封喉树汁液中的天然毒素——α-弩箭子甙(α-antiarin)得到。
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据报道，现在大约有50多种强心苷类化合物中含有弩箭子糖结构，这一类强心苷类化合物对Na+/K+-腺苷三磷酸酶或者是人肿瘤细胞系具有纳摩尔级的按捺活性，它们在心力衰竭、房性心律失常和癌症的医治方面具有重要的临床运用价值。除上述强心苷外，弩箭子糖这一不常见的天然结构仅存在于少量几个天然产品中，且现在弩箭子糖的生物组成机制尚不清楚。
2016年头，中国科学院昆明植物研讨所天然药物化学前沿穿插团队黄胜雄研讨组阐明晰托酚酮吡啶生物碱类化合物rubrolones生物组成进程触及二型聚酮合酶和氧化酶介导的杂乱氧化重排构成托酚酮环的化学机制(Org. Lett. 2016, 18, 1254)。随后经过该研讨组对rubrolones的生物组成途径作了进一步地具体解析，阐明晰自然界普遍存在非酶催化的吡啶环生物组成机制(Nat. Commun.2016,7, 13083)。
图1. 酶RubS3将底物1转化为产品4的三种或许机制
最近，该课题组在前期生物组成解析根底上，对其糖配体的要害基因进行了深入研讨。经过系列的体外酶学试验证明了rubrolones中糖配体要害基因RubS3-S5的效果逻辑，并运用波谱学办法确认了酶RubS3效果后的产品为TDP-D-antiarose (4)。剖析酶RubS3体外反响的底物TDP-4-keto-6-deoxy-D-glucose (1)和产品TDP-D-antiarose (4)的结构差异，对酶RubS3或许的催化机制提出了三种假定 (图1, 机制 A、B和C)。随后，经过规划系列氘原子符号的体外酶学试验探究了酶RubS3的效果机理，开始发现它经过估测的机理C发生效果，即NADPH中4S-H传递到C-4位羰基，完结羰基的复原，溶剂中的质子传递到C-3位，经烯醇中间体完结C-3位的异构，然后构成产品TDP-D-antiarose (4)。酶RubS3由此被鉴定为一类新式的复原-异构双功用酶，系统发育剖析发现rubterolone生物组成基因簇中的酶RblE与之有较高的类似性。后续的体外酶学试验证明酶RblE也能将底物TDP-4-keto-6-deoxy-D-glucose转化为产品TDP-D-antiarose，且与酶RubS3具有类似的米氏动力学参数。序列比对发现酶RubS3具有短链脱氢/复原酶中的活性催化三联体Thr111-Tyr135-Lys139。据此，运用点骤变的办法构建了酶RubS3的三种骤变蛋白(T111V, Y135F和 K139A)，体外酶学试验发现上述骤变蛋白的催化活性较野生型蛋白明显下降或彻底消失，但有关酶RubS3碱性残基的骤变的一系列蛋白骤变体却没有表现出催化才能的改动，暗示酶RubS3效果时C-3位羟基的异构或许经由一种潜在的新机制完结。
图2. 酶RubS3或许的催化机制
上述研讨内容标明，RubS3和RblE是一类新式的复原-异构双功用酶，它们均经过图2所示的机制催化自然界中稀有弩箭子糖的生物组成。这一类酶的发现处理了百年来悬而未决的有关自然界中弩箭子糖怎么构成的科学问题，为后期使用相关组合生物组成和组成生物学手法扩大天然糖苷化合物的结构多样性奠定了根底。
该研讨成果以“Biosynthetic access to the rare antiarose sugar via an unusual reductase-epimerase”为题在线发表于世界期刊Chemical Science。上述研讨工作得到了国家自然科学基金-云南省联合基金要点项目(U1702285)、国家组成生物学要点研制方案、中科院青年立异促进会专项、云南省人才专项和运用根底研讨方案等项目赞助。
文章链接 ：https://doi.org/10.1039/C9SC05766H
来历 | 昆明植物所 修改 | 化学加
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