异戊烯基化吲哚类生物碱的化学酶合成2009
一种吲哚类生物碱化合物及其制备方法和应用[发明专利]
专利名称:一种吲哚类生物碱化合物及其制备方法和应用专利类型:发明专利
发明人:刘中秋,廖国超,王彩艳,廖宗浪,喻琦,刘丹,谢薇,卢琳琳,吴鹏,杨德盈
申请号:CN202010745248.6
申请日:20200729
公开号:CN111808100A
公开日:
20201023
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本发明公开了一种吲哚类生物碱化合物及其制备方法和应用。
所述化合物的结构如式(Ⅰ)所示;其中,R为氢、卤素、C烷基、C烷氧基、胺基、羟基或C烷胺基;R为氢、卤素、C烷基、苯基取代C烷基、C烷氧基、胺基、羟基、C烷胺基、苯基、卤代苯基、苄基、卤代苄基、N‑哌啶基、N‑吗啉基、苯基甲基酮或卤代苯基甲基酮。
本发明所述化合物具有新作用靶点,基本无毒副作用等特点,对于组蛋白赖氨酸N‑甲基转移酶2D具有优异的抑制作用;且动物实验数据表明,所述化合物对多种实体肿瘤有非常好的抑制作用,进而抑制肿瘤的生长,例如人非小细胞肺癌细胞等;但同时对于正常细胞无任何影响,安全性高。
申请人:广州中医药大学(广州中医药研究院)
地址:510410 广东省广州市白云区机场路12号大院
国籍:CN
代理机构:广州粤高专利商标代理有限公司
代理人:孙凤侠
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单萜 吲哚生物碱的合成综述
目录摘要 (1)Abstract: (2)1.概述 (3)2.分类 (3)2.1 单萜吲哚生物碱 (3)2.1.1.重排单萜吲哚生物碱 (4)2.1.2.非重排单萜吲哚生物碱 (5)2.2双聚单萜吲哚生物碱 (5)2.3与单萜吲哚碱相关的生物碱 (5)3.单萜吲哚生物碱的化学合成 (7)3.1柯南因-的士宁碱类的合成 (7)3.1.1.士的宁的合成 (8)3.1.2 最新的柯南因类生物碱的合成方法 (14)3.2白坚木碱类 (16)3.3双吲哚类生物碱的合成 (17)3.3.1.长春碱的合成 (17)3.3.2.马钱子碱的合成 (20)3.3.2.1.Mangus,P.小组的合成策略 (20)3.3.2.2.Overman小组的合成策略 (21)3.3.2.3.Mori小组的合成策略 (22)3.3.2.4.Tobru Fukuyama,小组的合成策略 (23)3.4.灯台碱类 (24)参考文献 (26)摘要:生物碱是自然界中种类繁多且拥有生物活性的一类物质,因为其显著的生物活性,近年来有关生物碱的研究异常活跃,这些研究在医学研究与生物化学领域有着重要的地位。
在生物碱中,单萜吲哚生物碱因其优异而广泛的生物活性又是其中十分重要的一类。
本文综述了吲哚生物碱的分类和生物活性以及一些重要的单萜吲哚生物碱的合成,如柯南因-士的宁碱类、白坚木碱类、灯台碱类与长春碱、马钱子碱等重要双吲哚类生物碱的合成。
并介绍了Mangus.P小组、Overman小组、Mori小组与Tobru Fukuyama小组的合成策略。
Abstract:Alkaloid compounds that are numerous in the nature have remarkable biological activities giving rise to the hyperactive studies of alkaloids in recent years. These studies have an important position in the medical research and biological chemistry field .Among the alkaloids,Monoterpenoid Indole Alkaloid is an significant one because of its excellent and extensive biological activity. This paper reviewed the classification and biological activities of indole alkaloids and some important synthesis of Monoterpenoid indole alkaloids,such as Strychnine,Aspidosperma,Echitamine , vinblastine and Stychnine。
单萜生物碱生物合成途径
单萜生物碱生物合成途径
单萜生物碱是一类重要的天然产物,具有广泛的生物活性,包括抗癌、抗菌和镇痛作用。
它们在植物界中广泛存在,并由称为异戊二烯的五碳异戊二烯单位衍生而来。
单萜生物碱生物合成途径是一个复杂的过程,涉及多个酶促反应。
它通常以异戊酸为起始物,后者由乙酰辅酶A(乙酰-CoA)和异戊酸焦磷酸(IPP)缩合而成。
IPP是通过甲羟戊酸途径(MVA途径)或非甲羟戊酸途径(MEP途径)产生的。
MVA途径在真核生物和一些细菌中发现,而MEP途径在原核生物和一些真核生物中发现。
在这两个途径中,IPP都会异构化为异戊烯二磷酸(DMAPP),这是单萜合成的关键起始单元。
DMAPP和IPP以头尾相连的方式缩合,形成格尼基二磷酸(GPP),这是单萜生物碱合成的基本骨架。
GPP可以通过环化和进一步的异戊烯单位添加来产生各种单萜前体。
单萜生物碱骨架形成后,会发生一系列氧化、还原和其他修饰反应,产生各种衍生物。
这些反应通常由细胞色素P450酶和甲基转
移酶等酶催化。
常见的单萜生物碱生物合成途径包括:
萜类生物碱途径:从GPP出发,通过一系列环化和氧化反应产生萜类生物碱,如薄荷醇和罗勒烯。
伊索喹啉生物碱途径:从GPP和酪氨酸出发,通过成环和氧化反应产生伊索喹啉生物碱,如吗啡和可待因。
吲哚生物碱途径:从色氨酸出发,通过成环和氧化反应产生吲哚生物碱,如文昌红和雷蛇苗。
单萜生物碱生物合成途径的高度多样性导致了广泛的结构和生物活性。
了解这些途径可以促进单萜生物碱的发现和开发,用于药物和保健品。
吲哚生物碱生物合成研究进展
第十一期
" kV o 1 . 1 8 N o . 1 1
吲哚 生物碱 生物合成研 究进展
陈 越 , 张青磊 , 黄 玉香 1 , 2 , 谭何新 , 刁 勇
( 1 . 华侨大学生物医学学 院 泉州 3 6 2 0 2 1 ;2 . 第二军医大学药学院
一
乙 酸( I n d o l e 一 3 一 a c e t i c Ac i d , I A A) 为植 物生长 素, 在 植 物 生 长 发 育过 程 中起 着 重要 调 控 作 用 ; 靛 玉 红( I n d i r u b i n) 为 中 药 青 黛 和 板 蓝 根 中 含 量 最 高 的 药效 成 分 口 ] , 来 源 于 植 物马 蓝 B a p h i c a c a n t h u s c u s i a ( Ne e s ) B r e me k 、蓼 蓝 P o l y g o n u m t i n c t o r i u m L o u r或
, 张 磊 一
上海 2 0 0 4 3 3 )
摘
要: 生物 碱 种 类 繁 多 , 吲 哚 类 生物 碱 是 迄 今 为 止 发 现 最 多 的 一 类 , 是 许 多药 用 植 物 的 药效 成 分 ,
具 有 多样 的 生 物 活性 。 随 着代 谢 组 学技 术 的 发 展 , 研 究 药 效 物 质 的 生物 合 成 途 径 对 阐 明 植 物 体 内代 谢 的分 子机制 以及代谢 调控机 理具有 重要 意义 , 对 进 一 步 研 究提 高 药 效 物 质 的 生 物 合 成 产 量 具 有 指 导 意
考依 据 。
关键 词 : 吲哚 生物碱
萜 类吲 哚 生物 碱
吲哚生物碱生物合成
吲哚生物碱生物合成
吲哚生物碱是一类生物活性物质,广泛存在于植物、动物和微生物中,具有重要的生物学和药学意义。
其生物合成途径与其广泛的药理活性密切相关,因此吲哚生物碱生物合成的研究具有重要的理论和实践价值。
本文主要介绍吲哚生物碱的生物合成途径,包括从色氨酸合成到吲哚生物碱的合成过程,重点介绍了多酰胺酸合成酶、吲哚酮酸脱羧酶、吲哚酸脱羧酶、以及色胺酸脱羧酶等关键酶的功能、结构和调控机制。
同时,还介绍了吲哚生物碱的代表性代谢产物如喹啉生物碱、吲哚生物碱生物合成途径的分子生物学研究进展以及吲哚生物碱生物合成在药物研究中的应用。
本文旨在为吲哚生物碱的生物合成机制研究提供参考和指导,同时也为吲哚生物碱药物的研发提供理论基础和实践指导。
- 1 -。
吲哚类生物碱的合成研究进展
生物碱 (l l d)又称植物碱 ,是一类广泛存在于生物体内 ( aai ko s 大多数是植物,个别存 在于动物体 内,如肾上腺素等 ) ,大多具有显著生物活性 的含氮 的碱性化合物 。现在除植物 以外 , 人们从海洋生物、 微生物、真菌及 昆虫的代谢产物 中发现 了不少含氮化合物 , 时也 有
识到植物所具有的不同效力与其中所含的不 同有效活性物质密切相关, 从而开启了天然产物 化学研究的大 门。 随着有机化学学科知识的系统建立与完善, 天然产物化学也得 以迅速发展, 从各种 自然资源中分离提取到 了数 以百万计的有效活性物质 。 其中天然产物中最为重要的一
类 有 效 活性 物 质就 是生 物碱 。
新的吲哚类生物碱 的合成方法进行综述 。
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姜建辉
( 塔里木大学 生命科学 学院,新疆 阿拉 尔 8 3 0 ) 4 3 0
摘
要 :吲哚类 生物碱是具 有吲哚分子骨架 的一类化合物 ,具 有多种 良好 的生理活
性 。文章综述 了近年来 新发现吲哚类 生物碱 的合成研 究进展 ,介绍 了( . ro c e .A bf i , ) i n ( -i Tietn ±) s r n iA,( - oy ated l c— k r 一 C rnnh i 等化合物 的合成方法 。 ) o
类 生物碱是迄今为止发现最多的一类生物碱 。 关于此类生物碱 的结构、 化学反应、 立体化学、 合成和许多重要的药用化合物 的研究极大地吸引着很多有机化学家和药物化学家的兴趣【, 3 1 如开展了对利血平、长春碱 、麦角新碱 、士的宁、麻黄碱等的研究 。
一种吲哚生物碱类化合物及其制备方法和用途[发明专利]
专利名称:一种吲哚生物碱类化合物及其制备方法和用途专利类型:发明专利
发明人:李德海,于桂洪,朱天骄,顾谦群,车茜,王伟
申请号:CN201680076350.3
申请日:20161220
公开号:CN109071436A
公开日:
20181221
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本发明公开了一种吲哚生物碱类化合物的制备方法和用途。
本发明用采自南极普利兹湾深海海域的壳青霉PRB‑2(Penicillium crustosum PRB‑2)及化学合成的方法生产出结构新颖的吲哚生物碱类化合物。
本发明的吲哚生物碱在体外和体内活性测试时均具有较好的抗甲型流感病毒活性,可作为新型滴鼻剂,鼻喷雾剂或口服制剂抗病毒药,用于预防和治疗甲型流感病毒感染。
申请人:中国海洋大学
地址:266003 山东省青岛市鱼山路5号中国海洋大学医药学院
国籍:CN
代理机构:北京市中咨律师事务所
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一种高效合成吲哚和异喹啉衍生物的方法[发明专利]
专利名称:一种高效合成吲哚和异喹啉衍生物的方法专利类型:发明专利
发明人:黄汉民,张国营
申请号:CN201410269385.1
申请日:20140617
公开号:CN105218426A
公开日:
20160106
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本发明公开了一种取代吲哚和异喹啉的制备方法,属于有机化学合成技术领域。
该方法采用以氧气为氧化剂,各种取代基取代的炔烃与芳胺或腙为起始原料,通过过渡金属催化,得到含吲哚或异喹啉结构的化合物。
该反应原料、氧化剂及催化剂廉价易得,合成工艺简单,大大降低了合成成本;反应条件温和,产率高,易于工业化;反应原料及催化剂清洁无毒,对环境污染小。
该类化合物及其衍生物作为重要的精细化学品,在医药、农药、香料和光电等行业获得广泛应用。
申请人:中国科学院兰州化学物理研究所
地址:730000 甘肃省兰州市城关区天水中路18号
国籍:CN
代理机构:兰州中科华西专利代理有限公司
代理人:方晓佳
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异戊烯基化吲哚类生物碱的化学酶合成2009
ISS N 100727626C N 1123870ΠQ中国生物化学与分子生物学报Chinese Journal of Biochemistry and M olecular Biology2009年6月25(6):580~584收稿日期:2008211205;接受日期:2009203210国家自然科学基金资助(N o 130670019)3联系人 T el :010*********;E 2mail :liuxq @Received :N ovember 5,2008;Accepted :M arch 10,2009Supported by National Natural Science F oundation of China (N o.30670019)3C orresponding author T el :010*********;E 2mail :liuxq @异戊烯基化吲哚类生物碱的化学酶合成王 璐1), 尹文兵2), 李书明2), 刘晓晴1)3(1)首都师范大学生命科学学院,北京 100048;2)马尔堡大学药物生物研究所,马尔堡 35037,德国)摘要 异戊烯基化吲哚类生物碱广泛存在于麦角菌、青霉菌和曲霉菌中,具有一定的药理学活性,与未异戊烯基化的前体在生物活性方面具有明显的差异.曲霉菌中的某些异戊烯基化吲哚类生物碱具有抗癌活性,如烟曲霉毒素C (fumitrem orgin C )、tryprostatin B ,但其天然产量低且不易分离,利用化学酶合成法可很容易地将前体转化为异戊烯基化吲哚类生物碱.异戊烯基转移酶FtmPT 1对二甲丙烯基二磷酸(dimethylallyl diphosphate ,DMAPP )具有专一性,但可以接受不同的芳香族底物.早期研究发现,FtmPT 1能接受含色氨酸的不同环二肽为底物,但以cyclo 2L 2T rp 2L 2T yr 和cyclo 2L 2T rp 2L 2Phe 为底物时,酶的相对活性很低,其产物量少,无法用于合成产物.本实验通过优化酶反应条件来提高其产量.将已构建的含ftmPT 1的质粒在大肠杆菌中诱导表达,经Ni 2NT A 亲和柱纯化后用于酶反应.实验结果表明,通过增加酶量(终浓度218μm ol ΠL )、延长培养时间(37℃,24h ),以cyclo 2L 2T rp 2L 2T yr 和cyclo 2L 2T rp 2L 2Phe 为底物的酶反应产率分别达到4913%和2113%,产物经1H 2NMR 、1H 21H 2C OSY 和ESI 2MS 鉴定,其结果与预期吻合.据检索,这2个化合物均为新化合物,分别命名为cyclo 2C221′2DMA 2L 2T rp 2L 2T yr 和cyclo 2C221′2DMA 2L 2T rp 2L 2Phe.关键词 异戊烯基转移酶FtmPT 1;异戊烯基化吲哚类生物碱;化学酶合成中图分类号 Q81Chemoenzymatic Synthesis of Prenylated I ndole AlkaloidsW ANGLu 1),YI N Wen 2Bing 2),LI Shu 2Ming 2),LI U X iao 2Qing1)3(1)College o f Life Science ,Capital Normal Univer sity ,Beijing 100048,China ;2)Institut f ür Pharmazeutische Biologie ,Univer sity o f Marburg ,Marburg 35037,G ermany )Abstract Different from the non 2prenylated precurs ors ,prenylated indole alkaloids produced by Claviceps ,Penicillium and Aspergillus strains exert diverse biological and pharmacological activities ,for exam ples ,fumitrem orgin C and tryprostatin B inhibit the growth of a number of tum or cell lines.H owever ,these com pounds are usually produced at low concentrations in the natural hosts ,thus limits their use in research and development.Chem oenzymatic synthesis has recently been applied to s olve this problem.FtmPT 1,a prenyltrans ferase from Aspergillus f umigatus ,has a high specificity to dimethylallyl diphosphate (DMAPP ),and is als o flexible to tryptophan 2containing cyclic dipeptides as the substrates.H owever ,the yields of FtmPT 1react with cyclo 2L 2T rp 2L 2T yr or cyclo 2L 2T rp 2L 2Phe was not su fficient for success ful production of prenylatedcom pounds in previous studies.In this paper ,by increasing the enzyme dose to 218μm ol ΠL and extending the incubation time to 24hours ,the conversion rates of cyclo 2L 2T rp 2L 2T yr or cyclo 2L 2T rp 2L 2Phe to theirprenylated derivatives was increased to 4913%and 2113%,respectively.1H 2NMR ,1H 21H 2C OSY and ESI 2MS analyses con firmed that the products of the enzymatic reactions were cyclo 2C221′2DMA 2L 2T rp 2L 2T yr and cyclo 2C221′2DMA 2L 2T rp 2L 2Phe ,as expected.K ey w ords prenyltrans ferase FtmPT 1;prenylated indole alkaloids ;chem oenzymatic synthesis 生物碱一般指存在于生物体内的碱性含氮化合物,多数具有复杂的含氮杂环,有光学活性和显著的生理效应,广泛存在于植物、真菌、细菌中.异戊烯基化吲哚类生物碱含有芳香环和异戊烯基,主要存在于真菌的麦角菌、青霉菌和曲霉菌中[1,2],它与未异戊烯化的前体在生物活性方面具有明显的差异[3,4].异戊烯基化吲哚类生物碱具有广泛的药理学活性,例如,fumitrem orgin C 是乳腺肿瘤抗药蛋白的抑制剂,fumitrem orgin B 是一种真菌毒素[5],其生物合成前体tryprostatin B 是细胞周期的抑制剂,干扰细胞分裂G 2ΠM 期[6],tryprostatin B 和其甲氧基衍生物tryprostatin A[4,7]还能抑制微管的聚合[8,9],这类衍生物可成为新的先导化合物,用于研发抗有丝分裂及抗癌的药物.这些异戊烯基化吲哚类生物碱在曲霉菌中含量低且不易分离,不利于药理的研究.因此,对真菌代谢途径的基因工程研究是获取具有潜在药用价值药物的一条重要途径,也是提高活性成分含量的有效手段.异戊烯基转移酶是一类催化C5单位转移的蛋白质.目前,烟曲霉中的7个吲哚异戊烯基转移酶基因已被鉴定出来,其中6个异戊烯基转移酶被过量表达,表达的蛋白质具有生物化学功能,可以将异戊烯基转移到吲哚环不同的位置上[5,10~16].例如,在烟曲霉麦角碱fumigaclavine C 生物合成的第1步中,FgaPT 2催化C 24异戊烯基化反应,将L 2色氨酸转变为42异戊烯基化色氨酸[10,11].最后一步中,FgaPT 1将异戊烯基加到吲哚环的C 22上,使fumigaclavine A 转变为fumigaclavine C [12];72DMATS 催化C 27异戊烯基化反应,将L 2色氨酸转变为72异戊烯基化色氨酸[13];CdpNPT 能在环二肽色氨酸吲哚环的N 21上引入反式异戊烯基[14];FtmPT 1可使brevianamide F (cyclo 2L 2T rp 2L 2Pro )吲哚环的C 22位置异戊烯化,从而合成tryprostatin B [15];FtmPT 2将异戊烯基转移到12,132二羟基2fumitrem orgin C 的N1位生物合成fumitrem orgin B [16].这些酶对DMAPP 具有专一性,但可以接受不同的芳香族底物.在早期的研究中,FtmPT 1在接受含色氨酸的不同环二肽为底物时,其特异性有明显不同,如cyclo 2D 2T rp 2L 2Pro 和cyclo 2L 2T rp 2L 2Leu 的相对活性是其天然底物brevianamide F 的33%和22%,而cyclo 2L 2T rp 2L 2T yr 和cyclo 2L 2T rp 2L 2Phe 的相对活性仅为5%和314%[15].最近有研究报道,加入大量的酶和延长培养时间可使CdpNPT 和FtmPT 1在以L 2T rp 等为底物时的产物量提高[17].因此,本室通过优化酶反应条件对FtmPT 1催化的反应进行再研究,以cyclo 2L 2T rp 2L 2T yr 和cyclo 2L 2T rp 2L 2Phe 为底物(1mm ol ΠL ),218μm ol ΠL FtmPT 1,50mm ol ΠL T ris 2HCl (pH 715),5mm ol ΠL MgCl 2和1mm ol ΠL DMAPP (Fig 11),37℃培养24h 后,使其产物转化率达到4913%和2113%.Fig.1 The enzym atic synthesis of prenylated indole alk aloids with FtmPT 1,cyclo 2L 2T rp 2L 2Tyr (A)and cyclo 2L 2T rp 2L 2Phe (B)1 材料和方法111 材料含有ftmPT 1基因的质粒pAG 012,大肠杆菌X L12Blue ,环二肽(cyclo 2L 2T rp 2L 2T yr ,cyclo 2L 2T rp 2L 2Phe )和DMAPP 见前文[15];亲和层析填料Ni 2NT A 购自Qiagen 公司.185第6期王 璐等:异戊烯基化吲哚类生物碱的化学酶合成112 蛋白质的表达、纯化和鉴定将pAG012重组质粒转化到大肠杆菌X L12Blue中,挑取单菌落接种于含羧苄青霉素(终浓度50μgΠml)LB培养基中,37℃摇培过夜,次日以2%量接入含同样抗生素浓度的LB培养液中,37℃培养至A600为016~017,加入IPTG(终浓度为011mm olΠL) 30℃诱导表达过夜,离心收集菌体.菌体重悬于裂解缓冲液(50mm olΠL NaH2PO4,300mm olΠL NaCl,10 mm olΠL咪唑,pH810),加溶菌酶(终浓度1mgΠml)冰上放置30min,超声波破碎,将离心结合后的上清液加入Ni2NT A亲和柱中,分别用冲洗液(50mm olΠL NaH2PO4,300mm olΠL NaCl,20mm olΠL咪唑)和洗脱液(50mm olΠL NaH2PO4,300mm olΠL NaCl,250mm olΠL 咪唑)冲洗杂蛋白和收集目的蛋白,将洗脱液经PD10柱交换缓冲液(100mm olΠL T ris2HCl,pH715, 15%甘油),S DS2PAGE鉴定收集的目的蛋白.113 FtmPT1的酶活性分析小量酶反应体系(100μl)包含218μm olΠL FtmPT1,50mm olΠL T ris2HCl,pH715,5mm olΠL MgCl2, 1mm olΠL环二肽和1mm olΠL DMAPP,37℃培养24 h,100μl甲醇终止反应,离心除去变性蛋白质,取上清液进行HP LC分析(Agilent HP LC series1200, LiChrospher RP1825column,125mm×4mm,5μm). HP LC溶剂为甲醇和水1∶1混合液(溶剂A)、甲醇(溶剂B),为了分离酶反应混合物,用10%~50%溶剂B梯度洗脱15min,之后用100%溶剂B冲洗5min,最后用10%溶剂B平衡柱5min(流速1mlΠmin). 114 大量合成酶促反应产物大量酶反应体系(10ml)包含218μm olΠL FtmPT1,50mm olΠL T ris2HCl,pH715,5mm olΠL MgCl2, 1mm olΠL环二肽和2mm olΠL DMAPP,37℃培养36 h,向混合物中加10ml水,用乙酸乙酯萃取3次(每次20ml),旋转蒸发萃取液,将萃取物溶于200μl甲醇中.之后用HP LC分离并收集酶反应产物(Agilent HP LC series1200,RP182column,10mm×250mm,5μm).在分离cyclo2C221′2DMA2L2T rp2L2T yr酶反应产物时,用与分析时相同的溶剂和方法,只是流速不同,215mlΠmin;分离酶反应产物cyclo2C221′2DMA2L2 T rp2L2Phe时,溶剂相同,用30%~70%溶剂B梯度洗脱12min,用100%溶剂B冲洗8min,最后用30%溶剂B平衡柱5min.115 酶反应产物结构的鉴定将分离收集的纯酶反应产物,用旋转蒸发仪蒸干,然后用干燥器或冷冻干燥过夜,大约012~015 mg样品送样,用核磁共振法(1H2NMR,1H21H2C OSY,仪器J E O L EC A2500)鉴定其结构.另外,取纯样品,电喷雾离子化质谱(ESI2MS,仪器Qtrap Applied Biosysytems)鉴定其分子量.2 结果211 FtmPT1蛋白的表达和纯化含有ftmPT1的质粒经转化后,在大肠杆菌X L12 Blue中诱导表达,表达的蛋白质为融合蛋白质His62 FtmPT1,经纯化后通过S DS2PAGE得到单一条带(Fig12),其分子量与His62FtmPT1分子量的计算值5314kD基本一致.Fig.2 Analysis of overproduction and purification of H is62 FtmPT1 The proteins were separated on a12%S DS2 PAGE and stained with C oomassie brilliant blue R2250.1, m olecular mass standards;2,s oluble protein before induction; 3,s oluble protein after IPTG induction(011mm olΠL IPTG at 30℃for16hours);4,wash fraction of Ni2NT A agarose;5, Purified His62FtmPT1212 FtmPT1的酶活性分析小量酶反应终止后,将反应混合物通过HP LC 反相层析对其进行分析,以环二肽cyclo2L2T rp2L2T yr 为底物的酶反应,在312min和519min出现化合物峰(Fig13A),分别为底物峰和产物峰.以环二肽cyclo2L2T rp2L2Phe为底物的酶反应,在511min出现底物峰,1013min出现产物峰(Fig13B).213 酶反应产物结构的鉴定为了鉴定酶反应产物的结构,本室进行大规模制备培养,纯化的产物进行1H2NMR、1H21H2C OSY和ESI2MS分析,核磁共振光谱数据见T able1.对比产物和其底物的核磁共振光谱数据,产物中异戊烯基的信号分别出现在3144~3148(d)(H21′),5133~5136(t)(H22′),1178~1179(s)(H24′)和1179~285中国生物化学与分子生物学报25卷Fig.3 HP LC chrom atograms of incub ation mixtures of recombinant FtmPT 1with cyclo 2L 2T rp 2L 2Tyr (A),and cyclo 2L 2T rp 2L 2Phe(B) The reaction mixtures contained Mg2+(5mm ol ΠL ),substrate (1mm ol ΠL )and DM APP (1mm ol ΠL )were incubated at 37℃for 24hours.Detection was carried out using a Photo Diode Array detector T able 1 1H 2N MR d ata of the enzym atic products of FtmPT 1cyclo 2C221′2DM A 2L 2T rp 2L 2T yrcyclo 2C221′2DM A 2L 2T rp 2L 2Phe Proton in C D 3OD in C DCl 3NH 21H 24H 25H 26H 27H 210H 211H 212H 214H 215H 217H 219H 220H 221H 222H 223H 21′H 22′H 24′H 25′-7152,d ,7137100,td ,810,1107107,td ,810,1107126,d ,7193106,dd ,1519,4143110,dd ,1519,6114118,t ,511-3179,dd ,1013,312-1121,m2155,dd ,1016,3166131,dd ,815,2136155,d ,81526155,d ,8156131,dd ,815,2133148,d ,7115136,t ,7101178,s 1179,s7194,s7129,dd ,710,1177125,t ,7137117,td ,712,1157156,dd ,617,1183101,dd ,1417,7173127,dd ,1417,3174127,m 5175,s 4105,d ,14105153,s1194,dd ,1716,13163113,dd ,1217,3127123,t ,6106179,dd ,717,1127115,td ,711,1146179,dd ,717,1127123,t ,6103144,d ,8105133,t ,7191179,s 1182,sDM A :3′,3′2dimethylallyl ;chemical shifts are given in ppm and coupling constants in H z1182ppm (s )(H 25′).相对于底物吲哚环上的2位碳上的氢消失了,说明异戊烯基加在吲哚环上的2位碳上,这些数据与G rundmann 等[15]报道的2位碳异戊烯基化的吲哚类生物碱数据完全吻合,这2个化385第6期王 璐等:异戊烯基化吲哚类生物碱的化学酶合成 合物分别命名为cyclo2C221′2DMA2L2T rp2L2T yr和cyclo2C221′2DMA2L2T rp2L2Phe.ESI2MS鉴定结果如下:对于cyclo2C221′2DMA2L2T rp2L2T yr,[M+H]+是41811,[M+NH4]+是43512,[M+Na]+是44011;对于cyclo2C221′2DMA2L2T rp2L2Phe,[M+H]+是40211, [M+NH4]+是41912,[M+Na]+是42411.这些产物的分子量比底物大68,也证明了异戊烯基的存在.3 讨论在前一个研究中,FtmPT1虽能接受含色氨酸的不同环二肽,但对某些化合物的转化率较低,不能有效用于合成化合物,如cyclo2L2T rp2L2T yr、cyclo2L2 T rp2L2Phe相对于brevianamide F的反应活性仅为5%和314%[15],产率分别为015%和0134% (G rundmann and Li,未发表结果).在本实验中通过改变酶反应条件,如增加酶量,延长培养时间,达到了有效合成化合物的目的,如:以cyclo2L2T rp2L2T yr 和cyclo2L2T rp2L2Phe为底物的酶反应产率分别为4913%和2113%,产物量提高较大.近年来的研究证明,利用芳香族异戊烯基转移酶的化学酶合成法,可获得一系列异戊烯基化的吲哚类生物碱[5,11,17,18],此途径可做为化合物修饰的新策略.与化学合成相比较,化学酶合成是在温和的条件下进行的,因此可以避免不必要的反应和重排.酶反应产物cyclo2C221′2DMA2L2T rp2L2T yr和cyclo2C22 1′2DMA2L2T rp2L2Phe是2个新化合物,其结构与有抗癌作用的tryprostatin A、tryprostatin B、cyclo2 tryprostatin A,B,C,D、fumitrem orgin C相似[5,9],因此,新合成的这两种化合物也可能具有抗癌的潜力.本室将进一步研究其药理作用,并在细胞水平上研究其对微管的影响.参考文献(R eferences)[1] W illiams R M,S tocking E M,Sanz2Cervera J F.Biosynthesis ofprenylated alkaloids derived from tryptophan[J].T op Curr Chem,2000,209:972173[2] S tocking E M,W illiams R M,Sanz2Cervera J F.Reverse prenyltrans ferases exhibit poor facial discrim ination in the biosynthesis ofparaherquam ide A,brevianam ide A,and austam ide[J].J Am ChemS oc,2000,122(38):908929098[3] Botta B,Vitali A,M enendez P,et al.Prenylated flav onoids:pharmacology and biotechnology[J].Curr M ed Chem,2005,12(6):7172739[4] Usui T,K ondoh M,Cui C B,et al.T ryprostatin A,a specific andnovel inhibitor of m icrotubule assembly[J].Biochem J,1998,333(Pt3):5432548[5] S teffan N,G rundmann A,Y in W2B,et al.Indole prenyltrans ferasesfrom fungi:a new enzyme group with high potential for the productionof prenylated indole derivatives[J].Curr M ed Chem,2009,16(2):2182231[6] Sanz2Cervera J F,S tocking E M,Usui T,et al.Synthesis andevaluation of m icrotubule assembly inhibition and cytotoxicity ofprenylated derivatives of cyclo2L2T rp2L2Pro[J].Bioorg M ed Chem,2000,8(10):240722415[7] Jain H D,Zhang C,Zhou S,et al.Synthesis and structure2activityrelationship studies on tryprostatin A,a potent inhibitor of breastcancer resistance protein[J].Bioorg M ed Chem2008,16(8):462624651[8] Cui C B,K akeya H,Okada G,et al.T ryprostatins A and B,novelmammalian cell inhibitors produced by Aspergillus fumigatus[J].J Antibiot,1995,48(11):138221384[9] K ondoh M,Usui T,M ayum i T,et al.E ffects of tryprostatin derivativeson m icrotubule assembly in vitro and in situ[J].J Antibiot,1998,51(8):8012804[10] Uns ld I A,Li S M.Overproduction,purification and characterizationof FgaPT2,a dimethylallyl tryptophan synthase from Aspergillusfumigatus[J].M icrobiology,2005,151(Pt5):149921505[11] S teffan N,Uns ld I A,Li S M.Chem oenzymatic synthesis of prenylatedindole derivatives by using a42dimethylallyltryptophan synthase fromAspergillus fumigatu[J]s.Chembiochem,2007,8(11):129821307 [12] Uns ld I A,Li S M.Reverse prenyltrans ferase in the biosynthesis offum igaclavine C in Aspergillus fumigatus:gene expression,purificationand characterization of fum igaclavine C synthase FgaPT1[J].Chembiochem,2006,7(1):1582164[13] K remer A,W estrich L,Li S M.A72dimethylallyltryptophan synthasefrom Aspergillus fumigatus:overproduction,purification andbiochem ical characterization[J].M icrobiology,2007,153(Pt10):340923416[14] Y in W B,Ruan H L,W estrich L,et al.CdpNPT,an N2prenyltrans ferase from Aspergillus fumigatus:overproduction,purification and biochem ical characterisation[J].Chembiochem,2007,8(10):115421161[15] G rundmann A,Li S M.Overproduction,purification andcharacterization of FtmPT1,a brevianam ide F prenyltrans ferase fromAspergillus fumigatus[J].M icrobiology,2005,151(Pt7):219922207 [16] G rundmann A,K uznets ova T,A fiyatullov S S,et al.FtmPT2,an N2prenyltrans ferase from Aspergillus fumigatus,catalyses the last step inthe biosynthesis of fum itrem orgin B[J].Chembiochem,2008,9(13):205922063[17] Z ou H,Zheng X,Li S M.Substrate prom iscuity of the cyclic dipeptideprenyltrans ferases from Aspergillus fumigatus[J].J Nat Prod,2009,72(1):44252[18] K remer A,Li S M.P otential of a72dimethylallyltryptophan synthase asa tool for production of prenylated indole derivatives[J].ApplM icrobiol Biotechnol,2008,79(6):9512961485中国生物化学与分子生物学报25卷。
植物次生物的代谢途径
2006年第4l卷第3期生物学通报19植物次生物的代谢途径季志平苏印泉张存莉(西北农林科技大学林学院陕西杨陵712100)摘要系统地介绍了关于植物次生物代谢途径方面的研究成果.归纳了植物次生物的3个主要代射途径:酚类代谢途径、萜类代谢途径、生物碱代谢途径,并对其代谢机理进行了探讨。
关键词次生代谢物代谢途径机理植物次生代谢产物是植物体利用某些初生代谢产物,在一系列酶的催化作用下,形成的一些特殊化学物质。
这些化学物质是细胞生命活动或植物正常生长发育非必需的小分子有机化合物.其产生和分布通常有种属、器官、组织以及生长发育时期的特异性。
次生代谢产物是植物对环境适应的结果。
次生代谢物为人类提供了丰富的药物、香料和工业原料.对人类的生产和生活具有重要的作用。
植物次生代谢物种类繁多,结构迥异,一般分为酚类、萜类、含氮有机物三大类,每一类已知化合物都有数千种甚至数万种以上,如黄酮类、酚类、香豆素、木脂素、生物碱、萜类、甾类、皂苷和多炔类等。
这些次生代谢产物在植物体内主要通过苯丙烷代谢途径、异戊二烯代谢途径、生物碱合成途径形成。
莽草酸途径主要能提供合成一些次生代谢物的前体。
1酚类合成途径酚类主要包括黄酮类、简单酚类和醌类等。
黄酮类化合物系色原烷(chromane)或色原酮(chmmane)的2一或3一苯基衍生物,泛指由两个芳香环(A和B)通过中央三碳链相互连接而成一系列化合物.可以分为14种主要类型.酚类化合物主要是通过苯丙基类生物合成途径合成的(图1)。
植物次生代谢物的合成途径通常是以不同类别的次生代谢物合成途径为单位即代谢频道(metabolicchannel)的形成存在。
不同代谢频道分布在植物不同的器官、组织、细胞或细胞内不同的细胞器即分隔(com.partrnent)内,不同代谢频道QTL(quantitativetraitloci)可能分布在不同的染色体上.次生代谢物生物合成“代谢频道”的存在,有效地隔绝了次生代谢物合成过程中间产物在细胞内扩散,有利于底物与酶的有效结合和酶促反应的顺利进行,减少次生代谢途径中不同支路之间争夺底物的现象及有毒中间产物对细胞的伤害,并使细胞内多种类型次生代谢物的合成途径得以同时存在。
吲哚合成方法
吲哚一词来源于印度的英文单词(India ):在十六世纪从印度进口的蓝色染料被称作靛篮。
将此染料化学降解可得到氧化的吲哚-吲哚酚和羟基吲哚。
吲哚在1866年通过在锌粉作用下蒸馏羟基吲哚第一次被制备出来。
吲哚可能是自然界中分布最广的杂环化合物。
色氨酸是必需的氨基酸,也是大多数蛋白质的组成部分。
它还可作为各种色胺、吲哚和2,3-二氢吲哚的生物合成前体。
2N H NH 2在动物中,存在于血液中的5-羟基色胺(5-HT )是中枢神经系统中非常重要的神经递质,在心血管和胃肠道中也起很大作用。
结构类似的激素褪黑素被认为能控制生理功能的昼夜节律。
NNH 2OH N H NHAcCH 3O植物王国中色胺酸衍生物包括3-吲哚基乙酸,它是一种有效的植物生长调节激素;以及大量不同结构的二级代谢产物-吲哚类生物碱,这一类化合物由于其有效的生理活性被广泛作为药物使用。
吲哚的结构单元也大量出现在许多人工合成的药物中,如具有消炎镇痛作用的环氧酶抑制剂吲哚美辛,止吐作用的5-HT 3受体拮抗剂昂丹司琼等。
NCH 3CH 3OOClCOOHNHON NMe由于吲哚在天然产物全合成和药物合成中的重要性,有机合成领域不断有大量关于吲哚环的全新合成方法和改进方法出现,已经形成了一个相当系统的合成框架,以下是一些目前可行的最重要的合成方法及示例。
1.通过醛和酮的苯腙的制备方法 (1) Fischer 合成法Fischer吲哚合成法发明于1883年,利用苯腙在酸或Lewis酸催化下通过重排反应,亲核关环,再消除氨而形成吲哚环N H NCH3NHPh1事实上,有时将醛或酮与苯肼在乙酸中一起加热即可发生“一锅煮”的反应2,生成的苯腙可不经分离直接发生重排反应。
甲基苯磺酸、阳离子交换树脂及三氯化磷都可有效地催化环化反应,有时在室温或更低的温度下反应也可进行3。
苯环上的供电基能提高Fischer环化反应的速率,而吸电基则降低反应速率。
但带有硝基的苯腙在合适的酸和反应条件下也可较好地发生反应,如甲苯与多聚磷酸的两相混合物4或三氟化硼的乙酸溶液5。
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ISS N 100727626C N 1123870ΠQ中国生物化学与分子生物学报Chinese Journal of Biochemistry and M olecular Biology2009年6月25(6):580~584收稿日期:2008211205;接受日期:2009203210国家自然科学基金资助(N o 130670019)3联系人 T el :010*********;E 2mail :liuxq @Received :N ovember 5,2008;Accepted :M arch 10,2009Supported by National Natural Science F oundation of China (N o.30670019)3C orresponding author T el :010*********;E 2mail :liuxq @异戊烯基化吲哚类生物碱的化学酶合成王 璐1), 尹文兵2), 李书明2), 刘晓晴1)3(1)首都师范大学生命科学学院,北京 100048;2)马尔堡大学药物生物研究所,马尔堡 35037,德国)摘要 异戊烯基化吲哚类生物碱广泛存在于麦角菌、青霉菌和曲霉菌中,具有一定的药理学活性,与未异戊烯基化的前体在生物活性方面具有明显的差异.曲霉菌中的某些异戊烯基化吲哚类生物碱具有抗癌活性,如烟曲霉毒素C (fumitrem orgin C )、tryprostatin B ,但其天然产量低且不易分离,利用化学酶合成法可很容易地将前体转化为异戊烯基化吲哚类生物碱.异戊烯基转移酶FtmPT 1对二甲丙烯基二磷酸(dimethylallyl diphosphate ,DMAPP )具有专一性,但可以接受不同的芳香族底物.早期研究发现,FtmPT 1能接受含色氨酸的不同环二肽为底物,但以cyclo 2L 2T rp 2L 2T yr 和cyclo 2L 2T rp 2L 2Phe 为底物时,酶的相对活性很低,其产物量少,无法用于合成产物.本实验通过优化酶反应条件来提高其产量.将已构建的含ftmPT 1的质粒在大肠杆菌中诱导表达,经Ni 2NT A 亲和柱纯化后用于酶反应.实验结果表明,通过增加酶量(终浓度218μm ol ΠL )、延长培养时间(37℃,24h ),以cyclo 2L 2T rp 2L 2T yr 和cyclo 2L 2T rp 2L 2Phe 为底物的酶反应产率分别达到4913%和2113%,产物经1H 2NMR 、1H 21H 2C OSY 和ESI 2MS 鉴定,其结果与预期吻合.据检索,这2个化合物均为新化合物,分别命名为cyclo 2C221′2DMA 2L 2T rp 2L 2T yr 和cyclo 2C221′2DMA 2L 2T rp 2L 2Phe.关键词 异戊烯基转移酶FtmPT 1;异戊烯基化吲哚类生物碱;化学酶合成中图分类号 Q81Chemoenzymatic Synthesis of Prenylated I ndole AlkaloidsW ANGLu 1),YI N Wen 2Bing 2),LI Shu 2Ming 2),LI U X iao 2Qing1)3(1)College o f Life Science ,Capital Normal Univer sity ,Beijing 100048,China ;2)Institut f ür Pharmazeutische Biologie ,Univer sity o f Marburg ,Marburg 35037,G ermany )Abstract Different from the non 2prenylated precurs ors ,prenylated indole alkaloids produced by Claviceps ,Penicillium and Aspergillus strains exert diverse biological and pharmacological activities ,for exam ples ,fumitrem orgin C and tryprostatin B inhibit the growth of a number of tum or cell lines.H owever ,these com pounds are usually produced at low concentrations in the natural hosts ,thus limits their use in research and development.Chem oenzymatic synthesis has recently been applied to s olve this problem.FtmPT 1,a prenyltrans ferase from Aspergillus f umigatus ,has a high specificity to dimethylallyl diphosphate (DMAPP ),and is als o flexible to tryptophan 2containing cyclic dipeptides as the substrates.H owever ,the yields of FtmPT 1react with cyclo 2L 2T rp 2L 2T yr or cyclo 2L 2T rp 2L 2Phe was not su fficient for success ful production of prenylatedcom pounds in previous studies.In this paper ,by increasing the enzyme dose to 218μm ol ΠL and extending the incubation time to 24hours ,the conversion rates of cyclo 2L 2T rp 2L 2T yr or cyclo 2L 2T rp 2L 2Phe to theirprenylated derivatives was increased to 4913%and 2113%,respectively.1H 2NMR ,1H 21H 2C OSY and ESI 2MS analyses con firmed that the products of the enzymatic reactions were cyclo 2C221′2DMA 2L 2T rp 2L 2T yr and cyclo 2C221′2DMA 2L 2T rp 2L 2Phe ,as expected.K ey w ords prenyltrans ferase FtmPT 1;prenylated indole alkaloids ;chem oenzymatic synthesis 生物碱一般指存在于生物体内的碱性含氮化合物,多数具有复杂的含氮杂环,有光学活性和显著的生理效应,广泛存在于植物、真菌、细菌中.异戊烯基化吲哚类生物碱含有芳香环和异戊烯基,主要存在于真菌的麦角菌、青霉菌和曲霉菌中[1,2],它与未异戊烯化的前体在生物活性方面具有明显的差异[3,4].异戊烯基化吲哚类生物碱具有广泛的药理学活性,例如,fumitrem orgin C 是乳腺肿瘤抗药蛋白的抑制剂,fumitrem orgin B 是一种真菌毒素[5],其生物合成前体tryprostatin B 是细胞周期的抑制剂,干扰细胞分裂G 2ΠM 期[6],tryprostatin B 和其甲氧基衍生物tryprostatin A[4,7]还能抑制微管的聚合[8,9],这类衍生物可成为新的先导化合物,用于研发抗有丝分裂及抗癌的药物.这些异戊烯基化吲哚类生物碱在曲霉菌中含量低且不易分离,不利于药理的研究.因此,对真菌代谢途径的基因工程研究是获取具有潜在药用价值药物的一条重要途径,也是提高活性成分含量的有效手段.异戊烯基转移酶是一类催化C5单位转移的蛋白质.目前,烟曲霉中的7个吲哚异戊烯基转移酶基因已被鉴定出来,其中6个异戊烯基转移酶被过量表达,表达的蛋白质具有生物化学功能,可以将异戊烯基转移到吲哚环不同的位置上[5,10~16].例如,在烟曲霉麦角碱fumigaclavine C 生物合成的第1步中,FgaPT 2催化C 24异戊烯基化反应,将L 2色氨酸转变为42异戊烯基化色氨酸[10,11].最后一步中,FgaPT 1将异戊烯基加到吲哚环的C 22上,使fumigaclavine A 转变为fumigaclavine C [12];72DMATS 催化C 27异戊烯基化反应,将L 2色氨酸转变为72异戊烯基化色氨酸[13];CdpNPT 能在环二肽色氨酸吲哚环的N 21上引入反式异戊烯基[14];FtmPT 1可使brevianamide F (cyclo 2L 2T rp 2L 2Pro )吲哚环的C 22位置异戊烯化,从而合成tryprostatin B [15];FtmPT 2将异戊烯基转移到12,132二羟基2fumitrem orgin C 的N1位生物合成fumitrem orgin B [16].这些酶对DMAPP 具有专一性,但可以接受不同的芳香族底物.在早期的研究中,FtmPT 1在接受含色氨酸的不同环二肽为底物时,其特异性有明显不同,如cyclo 2D 2T rp 2L 2Pro 和cyclo 2L 2T rp 2L 2Leu 的相对活性是其天然底物brevianamide F 的33%和22%,而cyclo 2L 2T rp 2L 2T yr 和cyclo 2L 2T rp 2L 2Phe 的相对活性仅为5%和314%[15].最近有研究报道,加入大量的酶和延长培养时间可使CdpNPT 和FtmPT 1在以L 2T rp 等为底物时的产物量提高[17].因此,本室通过优化酶反应条件对FtmPT 1催化的反应进行再研究,以cyclo 2L 2T rp 2L 2T yr 和cyclo 2L 2T rp 2L 2Phe 为底物(1mm ol ΠL ),218μm ol ΠL FtmPT 1,50mm ol ΠL T ris 2HCl (pH 715),5mm ol ΠL MgCl 2和1mm ol ΠL DMAPP (Fig 11),37℃培养24h 后,使其产物转化率达到4913%和2113%.Fig.1 The enzym atic synthesis of prenylated indole alk aloids with FtmPT 1,cyclo 2L 2T rp 2L 2Tyr (A)and cyclo 2L 2T rp 2L 2Phe (B)1 材料和方法111 材料含有ftmPT 1基因的质粒pAG 012,大肠杆菌X L12Blue ,环二肽(cyclo 2L 2T rp 2L 2T yr ,cyclo 2L 2T rp 2L 2Phe )和DMAPP 见前文[15];亲和层析填料Ni 2NT A 购自Qiagen 公司.185第6期王 璐等:异戊烯基化吲哚类生物碱的化学酶合成112 蛋白质的表达、纯化和鉴定将pAG012重组质粒转化到大肠杆菌X L12Blue中,挑取单菌落接种于含羧苄青霉素(终浓度50μgΠml)LB培养基中,37℃摇培过夜,次日以2%量接入含同样抗生素浓度的LB培养液中,37℃培养至A600为016~017,加入IPTG(终浓度为011mm olΠL) 30℃诱导表达过夜,离心收集菌体.菌体重悬于裂解缓冲液(50mm olΠL NaH2PO4,300mm olΠL NaCl,10 mm olΠL咪唑,pH810),加溶菌酶(终浓度1mgΠml)冰上放置30min,超声波破碎,将离心结合后的上清液加入Ni2NT A亲和柱中,分别用冲洗液(50mm olΠL NaH2PO4,300mm olΠL NaCl,20mm olΠL咪唑)和洗脱液(50mm olΠL NaH2PO4,300mm olΠL NaCl,250mm olΠL 咪唑)冲洗杂蛋白和收集目的蛋白,将洗脱液经PD10柱交换缓冲液(100mm olΠL T ris2HCl,pH715, 15%甘油),S DS2PAGE鉴定收集的目的蛋白.113 FtmPT1的酶活性分析小量酶反应体系(100μl)包含218μm olΠL FtmPT1,50mm olΠL T ris2HCl,pH715,5mm olΠL MgCl2, 1mm olΠL环二肽和1mm olΠL DMAPP,37℃培养24 h,100μl甲醇终止反应,离心除去变性蛋白质,取上清液进行HP LC分析(Agilent HP LC series1200, LiChrospher RP1825column,125mm×4mm,5μm). HP LC溶剂为甲醇和水1∶1混合液(溶剂A)、甲醇(溶剂B),为了分离酶反应混合物,用10%~50%溶剂B梯度洗脱15min,之后用100%溶剂B冲洗5min,最后用10%溶剂B平衡柱5min(流速1mlΠmin). 114 大量合成酶促反应产物大量酶反应体系(10ml)包含218μm olΠL FtmPT1,50mm olΠL T ris2HCl,pH715,5mm olΠL MgCl2, 1mm olΠL环二肽和2mm olΠL DMAPP,37℃培养36 h,向混合物中加10ml水,用乙酸乙酯萃取3次(每次20ml),旋转蒸发萃取液,将萃取物溶于200μl甲醇中.之后用HP LC分离并收集酶反应产物(Agilent HP LC series1200,RP182column,10mm×250mm,5μm).在分离cyclo2C221′2DMA2L2T rp2L2T yr酶反应产物时,用与分析时相同的溶剂和方法,只是流速不同,215mlΠmin;分离酶反应产物cyclo2C221′2DMA2L2 T rp2L2Phe时,溶剂相同,用30%~70%溶剂B梯度洗脱12min,用100%溶剂B冲洗8min,最后用30%溶剂B平衡柱5min.115 酶反应产物结构的鉴定将分离收集的纯酶反应产物,用旋转蒸发仪蒸干,然后用干燥器或冷冻干燥过夜,大约012~015 mg样品送样,用核磁共振法(1H2NMR,1H21H2C OSY,仪器J E O L EC A2500)鉴定其结构.另外,取纯样品,电喷雾离子化质谱(ESI2MS,仪器Qtrap Applied Biosysytems)鉴定其分子量.2 结果211 FtmPT1蛋白的表达和纯化含有ftmPT1的质粒经转化后,在大肠杆菌X L12 Blue中诱导表达,表达的蛋白质为融合蛋白质His62 FtmPT1,经纯化后通过S DS2PAGE得到单一条带(Fig12),其分子量与His62FtmPT1分子量的计算值5314kD基本一致.Fig.2 Analysis of overproduction and purification of H is62 FtmPT1 The proteins were separated on a12%S DS2 PAGE and stained with C oomassie brilliant blue R2250.1, m olecular mass standards;2,s oluble protein before induction; 3,s oluble protein after IPTG induction(011mm olΠL IPTG at 30℃for16hours);4,wash fraction of Ni2NT A agarose;5, Purified His62FtmPT1212 FtmPT1的酶活性分析小量酶反应终止后,将反应混合物通过HP LC 反相层析对其进行分析,以环二肽cyclo2L2T rp2L2T yr 为底物的酶反应,在312min和519min出现化合物峰(Fig13A),分别为底物峰和产物峰.以环二肽cyclo2L2T rp2L2Phe为底物的酶反应,在511min出现底物峰,1013min出现产物峰(Fig13B).213 酶反应产物结构的鉴定为了鉴定酶反应产物的结构,本室进行大规模制备培养,纯化的产物进行1H2NMR、1H21H2C OSY和ESI2MS分析,核磁共振光谱数据见T able1.对比产物和其底物的核磁共振光谱数据,产物中异戊烯基的信号分别出现在3144~3148(d)(H21′),5133~5136(t)(H22′),1178~1179(s)(H24′)和1179~285中国生物化学与分子生物学报25卷Fig.3 HP LC chrom atograms of incub ation mixtures of recombinant FtmPT 1with cyclo 2L 2T rp 2L 2Tyr (A),and cyclo 2L 2T rp 2L 2Phe(B) The reaction mixtures contained Mg2+(5mm ol ΠL ),substrate (1mm ol ΠL )and DM APP (1mm ol ΠL )were incubated at 37℃for 24hours.Detection was carried out using a Photo Diode Array detector T able 1 1H 2N MR d ata of the enzym atic products of FtmPT 1cyclo 2C221′2DM A 2L 2T rp 2L 2T yrcyclo 2C221′2DM A 2L 2T rp 2L 2Phe Proton in C D 3OD in C DCl 3NH 21H 24H 25H 26H 27H 210H 211H 212H 214H 215H 217H 219H 220H 221H 222H 223H 21′H 22′H 24′H 25′-7152,d ,7137100,td ,810,1107107,td ,810,1107126,d ,7193106,dd ,1519,4143110,dd ,1519,6114118,t ,511-3179,dd ,1013,312-1121,m2155,dd ,1016,3166131,dd ,815,2136155,d ,81526155,d ,8156131,dd ,815,2133148,d ,7115136,t ,7101178,s 1179,s7194,s7129,dd ,710,1177125,t ,7137117,td ,712,1157156,dd ,617,1183101,dd ,1417,7173127,dd ,1417,3174127,m 5175,s 4105,d ,14105153,s1194,dd ,1716,13163113,dd ,1217,3127123,t ,6106179,dd ,717,1127115,td ,711,1146179,dd ,717,1127123,t ,6103144,d ,8105133,t ,7191179,s 1182,sDM A :3′,3′2dimethylallyl ;chemical shifts are given in ppm and coupling constants in H z1182ppm (s )(H 25′).相对于底物吲哚环上的2位碳上的氢消失了,说明异戊烯基加在吲哚环上的2位碳上,这些数据与G rundmann 等[15]报道的2位碳异戊烯基化的吲哚类生物碱数据完全吻合,这2个化385第6期王 璐等:异戊烯基化吲哚类生物碱的化学酶合成 合物分别命名为cyclo2C221′2DMA2L2T rp2L2T yr和cyclo2C221′2DMA2L2T rp2L2Phe.ESI2MS鉴定结果如下:对于cyclo2C221′2DMA2L2T rp2L2T yr,[M+H]+是41811,[M+NH4]+是43512,[M+Na]+是44011;对于cyclo2C221′2DMA2L2T rp2L2Phe,[M+H]+是40211, [M+NH4]+是41912,[M+Na]+是42411.这些产物的分子量比底物大68,也证明了异戊烯基的存在.3 讨论在前一个研究中,FtmPT1虽能接受含色氨酸的不同环二肽,但对某些化合物的转化率较低,不能有效用于合成化合物,如cyclo2L2T rp2L2T yr、cyclo2L2 T rp2L2Phe相对于brevianamide F的反应活性仅为5%和314%[15],产率分别为015%和0134% (G rundmann and Li,未发表结果).在本实验中通过改变酶反应条件,如增加酶量,延长培养时间,达到了有效合成化合物的目的,如:以cyclo2L2T rp2L2T yr 和cyclo2L2T rp2L2Phe为底物的酶反应产率分别为4913%和2113%,产物量提高较大.近年来的研究证明,利用芳香族异戊烯基转移酶的化学酶合成法,可获得一系列异戊烯基化的吲哚类生物碱[5,11,17,18],此途径可做为化合物修饰的新策略.与化学合成相比较,化学酶合成是在温和的条件下进行的,因此可以避免不必要的反应和重排.酶反应产物cyclo2C221′2DMA2L2T rp2L2T yr和cyclo2C22 1′2DMA2L2T rp2L2Phe是2个新化合物,其结构与有抗癌作用的tryprostatin A、tryprostatin B、cyclo2 tryprostatin A,B,C,D、fumitrem orgin C相似[5,9],因此,新合成的这两种化合物也可能具有抗癌的潜力.本室将进一步研究其药理作用,并在细胞水平上研究其对微管的影响.参考文献(R eferences)[1] W illiams R M,S tocking E M,Sanz2Cervera J F.Biosynthesis ofprenylated alkaloids derived from tryptophan[J].T op Curr Chem,2000,209:972173[2] S tocking 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