浅析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
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。
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。
聚酮类化合物资料讲解
聚酮类化合物聚酮类化合物与聚酮合酶生物基地81 1038126 徐冉芳1．属于聚酮类化合物的药物抗细菌：红霉素、利福霉素、四环素抗真菌：两性霉素、灰黄霉素兽药：泰乐菌素抗寄生虫药剂：除虫菌素、南吕霉素、奈马克丁免疫抑制剂：雷帕霉素、FK506抗癌药：多柔比星、mithramycin降血脂药物：洛伐他丁、普伐他丁2．聚酮合酶的结构功能聚酮合酶（PKS）分为三种类型：Ⅰ型，又称为模件型；Ⅱ型，又称为迭代型；Ⅲ型，又称为査尔酮型。
Ⅰ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PKS是一种类似苯基苯乙烯酮合成酶的PKS。
这种类型的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。
3．聚酮合酶合成聚酮化合物的分子机制聚酮化合物是通过聚酮合酶催化形成的，其催化过程类似于脂肪酸合酶（FAS）催化的脂肪酸生物合成，即通过酰基-CoA活化的底物之间的重复脱羧缩合而合成，但两者在合成单位的选择（包括起始单位和延伸单位）、链装配过程中每个酮基还原程度的控制、以及芳香聚酮或复合聚酮链长的决定等方面也存在着明显的差异，主要体现在：（1）FAS一般以乙酸作为起始单位，而PKS往往使用不同的起始单位，最为常用的有乙酸、丙酸，此外还有丁酸，杀假丝菌素使用的对氨基苯甲酸等；（2）FAS一般只用乙酸为链延伸单位，而PKS除了利用乙酸作为链伸长单位外，还可利用丙酸或丁酸，在终产物中相应生成甲基或乙基侧链；（3）PKS可以通过酮基选择性地还原和脱水，从而在终产物的相应位置形成酮基、羟基、双键或亚甲基等功能团，同时也决定了手性中心的立体化学构型。
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。
聚酮类抗生素组合生物合成
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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
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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
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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
聚酮类化合物及其应用
聚酮类化合物及其应用摘要由微生物和植物产生的聚酮类化合物（PK）的数量庞大，是一大类结构多样化和生物活性多样性的天然产物，已经成为新药的重要来源。
综述了3种类型聚酮类化合物生物合成基因簇的特点，即以模块形式存在的I型聚酮合酶、包含一套可重复使用结构域的Ⅱ型聚酮合酶以及不需要ACP参与，以植物中的查耳酮合酶为代表的Ⅲ型聚酮合酶。
介绍了近年来组合生物合成技术的基本原理、聚酮合酶的基本作用机制以及合成途径的研究进展。
AbstractThe polyketides from microorganisms and plant which are comprise of a large and structurally diverse family of bioactive natural products，are still indispensable for drug discovery. Three types of polyketide synthase were briefly introduced，including the modular（TypeⅠ）PKS，TypeⅡpolyketides，in the synthesis of which a set of discrete monofunctional proteins were repeatedly employed and Type ⅢPKSs（chalcone synthase-like protein）that does not require acyl-carrier proteins（ACPs）.The status of combinatorial biosynthesis technology in microbial medicine researches including polyketides and the machineries of three types of polyketide synthase were also mentioned in this paper.Key wordspolyketide；application；combinatorial biosynthesis；microbial medicine微生物种类繁多，其产物化学结构丰富，生物活性十分广泛，是开发各种新产品的丰富资源，但是传统的筛选方法已远不能满足社会发展的需要。
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。
利用聚酮类生物合成研发新抗生素的进展
另一个类似的实验是针对DEBS2模块4中烯酰基还 原酶结构域(ER4)的功能失活，它衍生的大环内酯中 C6-C7由单键变成了双键
四、聚酮类新抗生素研发进展
5 模块中结构域的增加
McDaniel等将红霉素PKS的模块2的KR替换为来自 于雷帕霉素PKS的模块4的DH-KR，相当于模块2比原 来多增加了一个DH结构域，使原有的羟基发生了脱水 ，形成了C=C双键，最后被修饰为羰基， 酮化的红霉 素衍生物是一类新发现的半合抗，对许多药物敏感或抗 性的细菌病原都有很强的活性。
4 模块中结构域的减少
在红霉素PKS模型提出时，为验证模型的正确性， Donadio等通过同源重组同框缺失DEBS3中模块5的 KR5结构域的80个氨基酸，正如预料的那样，突变体合 成了新的在C5位是酮基的红霉素衍生物5，6-dideoxy3a-mycarosyl-5-OXO-erythronolide B
四、聚酮类新抗生素研发进展
10 非核糖体多肽-聚酮杂合抗生素研发
非核糖体多肽-聚酮杂合抗生素是另一种形式的抗 生素。非核糖体多肽（NRP）是由细菌和真菌产生的一 大类具有生物活性的天然产物，如免疫抑制剂（环孢素 ）和抗生素（青霉素、万古霉素和杆菌肽），是由非核 糖体多肽合成酶（NRPS）将简单的氨基酸单体连接修 饰而成，非核糖体多肽和聚酮随时截然不同的2类天然 物质，但NRPS和PKS可采取非常相似的策略进行合成 。正式这种结构和催化机制的惊人相似性，可将NRPS 和PKS的模块杂合形成NRPS-PKS体系，并成功应用于 多种天然产物的合成，如抗肿瘤药物博来霉素，该药已 成为研究杂合肽/聚酮的模式系统。
药物微生物
药物微生物一.药源微生物药物的来源无外乎化学合成、生物合成，以及化学半合成。
微生物作为天然药物的资源已经完全显露出它的优势：首先，微生物种类繁多，并且生活环境条件复杂多样，从而使得微生物在生理代谢上和遗传上存在着其他生物类群无法比拟的多多样性，其生活过程中产生的代谢产物也因此多种多样，为我们寻找药物提供了充分的可能性。
其次，微生物生长快速，并且可以进行大规模的工业化生产。
第三，微生物的遗传背景简单，易于利用各种遗传突变手段，改变微生物的代谢途径和调控方式，使得各种微量的药用成分能够大量合成，开发价廉物美的药物第四，药物的疗效包括两个方面，一是治疗疾病的效果，二是药物的毒性大小。
1.微生物的多样性细菌真菌藻类植物动物2.药源微生物（1）放射菌（链霉菌庆大霉素）（2）细菌（3）真菌二.药用微生物药用微生物通常是指传统中药（汉方药）中的大型药用真菌，如灵芝、虫草等。
三.基因工程菌基因工程微生物的应用主要要求是：一个适宜外源基因操作的载体系统和一个适宜外源基因活性产物表达的宿主系统。
第二节微生物药物在医药用微生物中，最重要的是药源微生物。
一方面是由于大量的药物来自微生物的天然产物，另一方面，即使是药用微生物，其有效部位也是各种微生物的代谢产物。
一．初级代谢和次级代谢从表中可以得出次级代谢产物合成的特点：1.次级代谢产物多在细胞生长停止以后合成；2.初级代谢产物可直接或修饰后成为次级代谢产物合成的前体；3.合成反应常包括聚合作用和修饰；4.次级代谢产物分泌胞外；5.合成反应受初级代谢影响，但控制较为间接、松弛，主要受次级代谢自身系统控制。
次级代谢产物可能的合成理由是：1.食物储备；2.拮抗作用；3.次级代谢过程的重要性；4.诱导产生菌的细胞分化；5.诱导其他生物的细胞分化。
将次级代谢系统按如下方式进行分类（1）I 级反应 在这一步反应中，初级代谢物被转化为次级代谢合成的中间体。
这类反应根据其相关的初级代谢途径可以进一步划分，如氨基酸的合成和代谢、核苷酸的代谢、糖的转化或辅酶的合成。
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聚酮化合物是一类特殊的有机分子，它们通过有机酰胺和羰基的叠加而形成的醛或酮基团的骨架组成，其结构和性质非常复杂，具有广泛的应用价值。
聚酮衍生物在药物开发、产品开发、精细化工及环境保护等领域具有重要的应用价值。
聚酮化合物的组合生物合成是利用晶体结构中的复杂化学反应，将一系列不同的构建块（如碳氢、氧、氮、磷等）合成一系列真正的复杂结构，从而产生一定的功能性的聚酮化合物。
聚酮化合物的组合生物合成可以归纳为以下几个步骤：首先，从其他不同的原料中构建一系列的构建块。
其次，通过选择不同的诱变剂进行构建，从而产生一系列的特殊的反应拼接，如醛活化、羰基活化，以及其它定向缩合反应，最终形成特定的多聚酮类化合物。
此外，聚酮化合物组合生物合成还可以利用特定因子（如光、电磁波、热和物理压力）来促进不同官能团之间的诱导偶联机制，以及特定的组合以产生不同的功能性材料。
最后，聚酮化合物组合生物合成利用不同的调节因子（包括助催剂、活性剂、电石、PH调节剂等）对反应加速，达到最终的生物产物（如抗生素、蛋白质衍生物、农药、功能性材料等）。
聚酮化合物的组合生物合成技术结合了复杂的有机化学反应和生物学反应，并具有许多有益的优势，例如：（1）可以通过组合合成的方法大大减少产品的合成时间；（2）可以清晰的控制反应过程，从而获得高纯度的产物；（3）能够大大提高产品的安全性和有效性；（4）大大降低产品的合成成本。
聚酮化合物的组合生物合成技术具有广泛的应用前景。
随着材料科学技术的发展，科学家逐步完善了组合生物合成技术，从而开发出新型的抗生素、多聚酮醚化合物和抗菌药物，从而大大促进了高效的药物开发。
此外，聚酮化合物组合生物合成技术还可以广泛地应用于食品、医疗保健、精细化工和环境保护等领域。
组合生物学
1）整个单元操作改变聚酮体链的长度： PKSI中结构单个ORF可以单独表达， 去掉特定的ORF可以改变链长。
2）替代LD改变生物合成起始单位： LD区域是PKS基因簇的操作靶点，用异源 LD域替代原LD域可以改变所接受的起始单元， 获得新的聚酮体。
3）前体定向生物合成： 由新的前提介导生物合成称前体定向生合 成。 4）AT域的互换 ： 这一步是操作重点，不同AT域识别不同的 延伸单位，所以相互代替或置换AT域可以产生 新的化合物
可以从理论上来推算一下通过聚酮合酶的组合生物 学所衍生的聚酮化合物的潜力(CP,combinatory potential） CP=AT*[ATE*4]M AT代表负责加载不同起始合成单位的AT结构域；ATE代 表负责加载不同延伸合成单位的AT结构域；4代表由β酮 基的经不同结构域催化形成产物的可能性；M代表基因 簇中模块的数目。这还不包括AT两种立体化学可能性、 KR结构域两种立体化学可能性、加尾酶等其它可能增加 产物数量可能性的因素。以一个像红霉素这样典型的包 含6个模块的PKS基因簇为例，若含有3种类型的AT(识 别加载丙二酰CoA，甲基丙二酰CoA，乙基丙二酰CoA)， 那么可能形成的聚酮化合物的理论值就接近10000000， 这就为聚酮库的建立奠定了坚实的理论基础。
组合生物合成的研究原理图 Figure 1 Principle and strategy of combinatorial biosynthesis
（二）、组合生物合成的特点
• 天然产物的生物合成是由一系列的酶系作介导，由低级代 谢物作为起始物，经过一系列反应最终合成末端产物。组 合生物合成是通过操纵天然化合物合成途径中的基因产生 天然的天然同系物。 • 生物合成较之传统化学合成的主要优点在于环保，化学的 选择性和分子的多样性方面，生物合成的优势是酶有足够 的精确性修饰特点的位点，而不会导致副产物的产生，可 以改变那些化学方法所不能改变的分子基因
聚酮类化合物及其制备方法与应用[发明专利]
![聚酮类化合物及其制备方法与应用[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/bce4e01b4a73f242336c1eb91a37f111f1850d9c.png)
(10)申请公布号 CN 101863865 A(43)申请公布日 2010.10.20C N 101863865 A*CN101863865A*(21)申请号 201010034355.4(22)申请日 2010.01.19CGMCC No.3576 2010.01.05C07D 307/79(2006.01)A61K 31/343(2006.01)A61P 31/06(2006.01)C12N 1/14(2006.01)C12P 17/04(2006.01)C12R 1/885(2006.01)(71)申请人中国科学院微生物研究所地址100080 北京市海淀区中关村北一条13号(72)发明人张立新 宋福行 郭徽 代焕琴任彪 童垚俊 傅成章(74)专利代理机构北京纪凯知识产权代理有限公司 11245代理人关畅(54)发明名称聚酮类化合物及其制备方法与应用(57)摘要本发明公开了一种聚酮类化合物及其制备方法与应用。
本发明提供的聚酮类化合物，其结构式如式I 所示。
其制备方法是利用康氏木霉(Trichoderma koningii)MF349进行制备的。
本发明提供的聚酮类化合物，适宜于制备抑制结核分枝杆菌的产品。
本发明提供的制备上述聚酮类化合物的方法，工艺简便，所得产物产率高，经核磁检测，其结构正确。
(式I)(83)生物保藏信息(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 2 页 说明书 8 页 附图 9 页1.式I所示聚酮类化合物，(式I)。
2.根据权利要求1所述的化合物，其特征在于：所述式I所示聚酮类化合物为式II所示，(式II)。
3.根据权利要求1所述的化合物，其特征在于：所述式I所示聚酮类化合物为式III所示，(式III)。
4.一种制备权利要求2和3所述化合物的方法，包括如下步骤：1)在固体培养基中培养康氏木霉(Trichoderma koningii)MF349至形成孢子；2)用无菌水冲洗收集所述孢子，将所收集的孢子接种到由灭菌大米和水组成的培养基中进行培养，得到康氏木霉发酵物；3)利用乙酸乙酯浸提所述康氏木霉发酵物，将所述浸提步骤得到的提取液进行浓缩得到浓缩物a，加水混合后，用等体积的乙酸乙酯进行萃取，合并乙酸乙酯萃取液后浓缩，得到粗浸膏；4)将所述步骤3)得到的粗浸膏用乙酸乙酯溶解后与硅胶混合，待乙酸乙酯挥发后，进行吸附层析分离，先用二氯甲烷洗脱两次，再用二氯甲烷与甲醇的混合液洗脱两次，依次得到4个馏分；5)将所述步骤4)得到的4个馏分中第4个馏分用体积比为5∶5∶1的石油醚、二氯甲烷和甲醇的混合液作为洗脱液进行吸附层析分离，得到3个馏分，将所述3个馏分中第3个馏分纯化后，得到权利要求2和3所述化合物。
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PKS
Ⅱ型聚酮合酶亚单位中还包括KR、环化酶（cyclase，CYC）和 芳香化酶（aromatases，ARO）
这些酶类决定了初始聚酮化合物的折叠模式。
乙酰辅酶A 通常作为Ⅱ型聚酮化合物的起始单位， 丙二酰辅酶A 则作为延伸单位。 KSα和KSβ亚单位中，两者显示出高度序列相似 性。
然而，与KSα相比，KSβ结构中缺乏一个半胱氨酸 活性位点，该位点在聚酮化合物装配过程中起关键 作用；
但KSβ在碳链长度方面起着重要的作用，因此 被称为链长因子（chain length factor，CLF）
PKSⅢ
Ⅲ型聚酮合酶是一种重复使用的亚基分子大小为 40×10^3~47×10^3的同源二聚体自主式合酶 （图D），能直接催化泛酞辅酶A间的缩合， 形成单环或双环芳香类聚酮化合物。
尽管Ⅲ型聚酮合酶的结构简单， 但能合成种类广泛的酮类化合物， 如查尔酮类、吡喃酮类、丫啶酮类等
红曲色素广泛应用于腌制品和肉制品的 着色防腐，具有保健功效和药用价值， 在世界各地都有巨大的市场，在东南亚 国家的应用尤为广泛. G
首先由1 mol丁烯酰辅酶A (coenzyme A， CoA)和4 mol丙二酰CoA在聚酮合酶的作用 下生成六聚酮化合物，随后由脂肪酸生物合 成途径产生的己酸与六酮聚酮化合物经醛醇 缩合。最后，经脱水反应生成红曲玉红素。
2.2四环素类
四环素类（tetracycline）药物 是抑制细菌蛋白合成的一大类广谱抗生素， 广泛用于多种细菌及立克次体、衣原体、 支原体等感染所致疾病。 四环素类药物由Ⅱ型聚酮合酶途径合成， 该类化合物的结构多样性主要源于聚酮合成后的修饰。
2.3蒽环类
蒽环类（anthracycine） 化合物由Ⅱ型聚酮合酶合成。 该类化合物在肿瘤治疗方面发挥 重要作用，例如在治疗急性非淋 巴细胞性白血病、恶性淋巴瘤、
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ABSTRACT Polyketide compounds and their biosynthesis by combinatorial approaches had received great attention as a crossdisciplinary subject in a new filed of chemical biology for its importance and great potential to create brand new drug in future. In this review, we hope to summarize methods and technologies which had been developed over past ten years or so for the imaginative discovery of novel polyketide compounds by combinatorial biosynthesis, which incorporate genetic, chemical and biochemical, bioinformatic and biotechnological approaches.KEY WORDS Polyketide; Polyketide synthase; Combinatorial biosynthesis
浅析聚酮化合物及其组合生,,组合生物合成
摘要摘要： 聚酮化合物的组合生物合成是当前国际化学和生物学交叉学科探究的热点之一，也正在发展成为药物创新超常规的重要手段。本文对近十年来聚酮化合物，非凡是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回顾和展望。
1 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摘要：(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探究酶催化的分子机制、分子识别和蛋白质的相互功能提供了空前的契机；(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［1］。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、或者和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摘要：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。复合聚酮化合物比芳香族聚酮化合物在结构变化上大的多，其构成单位有乙酸、丙酸和丁酸等，而且由于和芳香族聚酮化合物在合成化学、β酮基还原过程、侧链的空间位阻上的本质差别，许多不经过折叠和芳香化，而是通过内酯化成环，还有一部分仍保持酰基链，如大环内酯抗生素红霉素和螺旋霉素、抗真菌抗生素雷帕霉素和两性霉素、聚醚类抗生素莫能霉素和南昌霉素、抗寄生虫抗生素avermectin等。聚酮化合物是通过聚酮合酶(polyketide synthase,PKS)催化形成的，其催化过程类似于脂肪酸合酶(fatty acid synthase,FAS)催化的脂肪酸生物合成，即通过酰基CoA活化的底物之间的重复脱羧缩合而合成［2，3］，但两者在合成单位的选择(包括起始单位和延伸单位)、链装配过程中每个酮基还原程度的控制、以及芳香聚酮或复合聚酮链长的决定等方面也存在着明显的差异，主要体现在摘要：(1)FAS一般以乙酸作为起始单位，而PKS往往使用不同的起始单位，最为常用的有乙酸、丙酸，此外还有丁酸，杀假丝菌素使用的对氨基苯甲酸等，而avermectin所利用的起始单位可多达40余种；(2)FAS一般只用乙酸为链延伸单位，而PKS除了利用乙酸作为链伸长单位外，还可利用丙酸或丁酸，在终产物中相应生成甲基或乙基侧链；(3)PKS可以通过酮基选择性地还原和脱水，从而在终产物的相应位置形成酮基、羟基、双键或亚甲基等功能团，同时也决定了手性中心的立体化学构型。目前已经揭示的聚酮合酶可以分为三类摘要：Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型［4］。探究和报道最多和较为透彻的是Ⅰ型PKS，它是由几个多功能的多肽组成，每一个多肽上都分别携带有参和聚酮生物合成所必需的各种酶的结构域(domain)，每个结构域只参和整个聚酮碳链构建中的一步生化反应(noninterative)，而参和一轮聚酮生物合成反应的所有结构域称为一个合成酶单位(SU,synthase unit)，编码这个合成酶单位的DNA称为一个模块(module)。Ⅰ型模块结构的PKS就如同在轨道上行驶的一列火车，在起点由特定的“搬运工”――酰基转移酶(acyl transferase,AT)把不同的起始单位装车后，通过“装配工”――酮脂酰ACP合成酶(ketoacylACP synthase,KS)经过缩合反应将不同的“原料”――羧酸起始或延伸单位进行组装，随着火车的运行，不断地从一个“停靠装配站”――酰基载体蛋白(acyl carrier protein,ACP)到下一个，聚酮链也不断地得到延伸，中途根据模块组成的不同和指令要求，在其它不同的“非凡工种装配工”――脱水酶(dehydratase,DH)、烯醇还原酶(enoyl reductase,ER)的功能下相应地进行还原(形成β羟酯键)或脱水(形成α,β烯醇酯键)或进一步还原(形成饱和的亚甲基)，直至到达终点，在“装卸工”硫酯酶(thioesterase,TE)的帮助下，完成最后的工序并将聚酮前体产物从PKS上卸载下来。这种PKS模块结构的发现有其非同平常的意义。尽管各种聚酮化合物结构各异，PKS模块的底物特异性决定了I型PKS对起始单位和延长单位的选择，而PKS每个模块上还原结构域的种类则使聚酮产物得到不同程度的还原。复合聚酮化合物结构的多样性来自聚酮骨架组成单位的多样性和每个碳单位的不同还原程度，这意味着聚酮抗生素的结构具有相当大的可塑性，故可通过模块内或模块间的合理重组，设计出新基因(簇)组成或新的生物合成途径，这也是I型PKS作为组合生物学主要探究对象的重要原因之一。Ⅱ型PKS是一个多功能酶复合体，只包含一套可重复使用(interative)的结构域，每一结构域在重复的反应步骤中被多次地用来催化相同的反应，其首次报道是在1984年［5］。以来自S.glaucescens的芳香族聚酮化合物tetracenomycin C探究的较多［6］，尽管已经发现了影响链长的两个链长决定因子(CLF)KSα和KSβ，但确切机制仍然不是十分清楚。对Ⅱ型PKS的探究近年来也取得了一些进展，如Bao等［7］对柔红霉素产生菌S.peucetius的探究结果显示，dpsC基因决定了生物合成的起始单位，DpsC专一性地使用丙酰CoA为起始单位，一般来说，Ⅱ型PKS的起始单位均为乙酰CoA。另外，Bisang等［8］找到了Ⅰ型PKS和Ⅱ型PKS的链长因子之间的共同点，这是Ⅰ型和Ⅱ型PKS有机联系的一个切入点。他们发现Ⅰ型PKS的KSQ(被认为可能是Ⅰ类PKS的链长因子)及Ⅱ型PKS的CLF和Ⅰ型PKS的KS结构域类似，惟一的区别是KS的活性中心残基半胱氨酸被高度保守的谷氨酰胺代替，这个氨基酸对这一结构域的脱羧酶活性以及聚酮化合物的合成具有重要的功能。和Ⅰ型PKS相比较，Ⅱ型PKS在起始单位和延长单位的选择方面变化不大，所以它的结构多样性主要是来自于聚酮合成后的修饰步骤。 ，日本东京大学的Funa等［9］发现了一种类似苯基苯乙烯酮合成酶的PKS(chalcone synthaselike PKS)――RppA，后来被称为Ⅲ型PKS。RppA是一个在链霉菌中发现的和芳香族聚酮化合物苯基苯乙烯酮合成相关的酶，它是一种同二聚体酶并可重复进行缩合反应(interative)，催化芳香族聚酮化合物淡黄霉素(flavolin)生物合成。催化苯基苯乙烯酮(许多黄酮类化合物的前体物)形成的苯基苯乙烯酮合成酶被认为是植物所特有的，然而来自S.griseus的rppA基因所编码的一个372个氨基酸的蛋白却和苯基苯乙烯酮有着很大的同源性，它以丙酰CoA作为起始物，进行4个延伸反应将五肽释放和环化成为1，3，6，8四羟基萘(THN)，THN将会被氧化成淡黄霉素，然后聚合成各种有色的化合物。由RppA催化合成的THN不仅是黑色素还是各种含萘醌环的次级代谢产物的中间产物。Ⅲ型PKS和其它两种PKS迥然不同，它们不依靠于作为酰基载体的ACP及其上的4′磷酸泛酰巯基乙胺。Ⅰ型和Ⅱ型PKS经常通过ACP活化酰基CoA的底物，而Ⅲ型PKS直接功能于酰基CoA活化的简单羧酸。尽管结构和机制不相同，但所有类型的PKS都是通过酰基CoA的脱羧缩合和KS结构域或亚基催化CC键的形成。在进化关系上Ⅲ型PKS和其它PKS及已知的FAS也相距甚远。在过去的十年里，随着生物合成基因簇克隆方法学的创新以及DNA测序技术和生物信息学的不断发展和探究成果的不断积累，人们对于PKS的熟悉越来越全面，也越来越深入，但人们不禁还是想知道我们究竟对PKS了解多少？如今越来越多的报道显示Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型PKS并不能完全囊括不断涌现出的新的聚酮合酶［4］。从结构的角度来看，有些Ⅰ型PKS的结构域也可以是被重复使用的，如AviM、CalO5、NcsB、SgcE和CalE8等；有些Ⅱ型PKS的结构域也可以是不能被重复使用的，如NonJKPQU；有些PKS似乎是Ⅰ型PKS和Ⅱ型PKS的杂合体，如LnmIJ/LnmG和PedFG/PedCD。从机制的角度来看，有些PKS依靠ACP，而有些PKS不依靠ACP。从合成的角度来看，有些PKS即可以催化形成CC键，也可以催化形成CO键，如NonJK。也许，我们眼前所发现和利用的PKS只是整个PKS庞大家族中的小小一员，更多更出色的内容正等待人们去揭示。