放线菌中膦酸三肽K-26的生物合成研究
批准号:
31200037
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
23.0 万元
负责人:
赵昌明
依托单位:
学科分类:
C0103.微生物组学与代谢
结题年份:
2015
批准年份:
2012
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘立琼、吴双菊、陈希、朱进妹
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中文摘要
膦酸类化合物是指分子结构中含有碳磷键的化合物,在结构已知的十数种膦酸类小分子天然产物中开发成药的就有两个,磷霉素(抗感染)和双丙氨膦(除草剂)。膦酸类天然产物中碳磷键的生物合成机制迄今为止知道的只有一种,即磷酸烯醇式丙酮酸变位酶催化的磷酸烯醇式丙酮酸分子内重排反应。K-26是放线菌产生的一个膦酸三肽小分子化合物,已有的同位素标记的前体物喂养实验表明K-26的碳磷键不是通过这种已知的生物化学反应合成的。它的碳原子来源于酪氨酸,磷原子来源于什么前体物尚不知道。本研究将克隆K-26的生物合成基因簇,阐明K-26的生物合成途径,揭示一种崭新的碳磷键生物合成酶学机制。
英文摘要
Phosphonates (Phns) refer to a group of compounds containing carbon-phosphorus (C-P) bond in chemical structures. Around a dozen of naturally occurring small molecule Phns have been identified and two of them have been successfully developed as drugs.For example,Fosfomycin has been clinically used as anti-infection agent and Phosphinothricin tripeptide has been agriculturally used as herbicide. However, only one enzymological mechanism, phosphoenolpyruvate (PEP) inter-molecular rearrangement reation catalyzed by PEP mutase, has been recognized for the biosynthesis of the Phns C-P bond. Phns tripeptide K-26 is produced by certain Actinomyces strains and its C-P bond biosynthesis mechanism has been shown to be different from the known mechanism through an isotope labeled precursor feeding experiment. The carbon of K-26 C-P bond originates from tyrosine while the origin of phosphorus remains obscure. In this project, we will characterize K-26 biosynthesis gene cluster and its biosynthesis pathway. It will reveal a brand new enzymological mechanism for the biosynthesis of the C-P bond.
膦酸是指分子结构中含有碳磷键的化合物,本项目的研究对象膦酸三肽K-26是微生物产生的一种寡肽类天然产物。K-26的结构可以表述为Ac-Ile-Tyr-AHEP,AHEP简称为膦酪氨酸。迄今为止,已知的膦酸天然产物(比如磷霉素,草铵膦等)的碳磷键都是磷酸烯醇式丙酮酸变位酶催化的磷酸烯醇式丙酮酸分子内的变位反应形成的。但是,已有的研究结果表明K-26的碳磷键不是磷酸烯醇式丙酮酸变位酶催化合成的。这代表了一类全新的碳磷键生物合成机制。受本项目资助后,我们通过全基因组测序,得到了K-26产生菌株太空孢囊菌Astrosporangium hypotensionis K-26和无淀粉链孢囊菌Streptosporangium nondiastaticum的全基因组序列。通过与不产K-26的玫瑰链孢囊菌Streptosporangium roseum基因组序列比较(全基因组序列已公布),我们发现了两个潜在的天然产物生物合成基因簇。通过同源双交换介导的大片段缺失实验,我们证实其中的一个基因簇是膦酸三肽K-26的生物合成基因簇。对基因簇中可能与酰胺键合成相关的phn5基因进行同框缺失,高分辨质谱和31P NMR检测发现突变株不再产生K-26,但是可以产生膦酪氨酸AHEP。这表明K-26的合成是先形成碳磷键后形成酰胺键的。对基因簇中可能与碳磷键合成相关的phn7基因(编码依赖于S-腺苷甲硫氨酸自由基的结构域和依赖于磷酸吡哆醛脱羧酶的结构域)进行同框缺失,31P NMR检测没有发现特异性的信号峰,质谱检测既没有发现K-26也没有发现膦酪氨酸AHEP,表明突变株不再产生含有碳磷键的化合物组份。基于基因簇编码的蛋白质序列信息和基因突变实验结果,我们推导了膦酸三肽K-26的生物合成途径,提出了K-26的碳磷键是以酪氨酸为底物通过脱羧反应和一个依赖于自由基的反应形成的新机制。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Ornithine Transcarbamylase ArgK Plays a Dual role for the Self-defense of Phaseolotoxin Producing Pseudomonas syringae pv. phaseolicola.
鸟氨酸转氨甲酰酶 ArgK 在产生菜豆毒素的丁香假单胞菌的自卫中发挥双重作用。
DOI:10.1038/srep12892
发表时间:2015-08-10
期刊:Scientific reports
影响因子:4.6
作者:Chen L;Li P;Deng Z;Zhao C
通讯作者:Zhao C
Mining of the Pyrrolamide Antibiotics Analogs in Streptomyces netropsis Reveals the Amidohydrolase-Dependent ``Iterative Strategy#39;#39; Underlying the Pyrrole Polymerization
在 Netropsis 链霉菌中挖掘吡咯酰胺抗生素类似物揭示了依赖于酰胺水解酶的“迭代策略”
DOI:--
发表时间:2014
期刊:PLos One
影响因子:3.7
作者:Huang, Sheng;Deng, Zixin;Zhao, Changming;Yu, Yi
通讯作者:Yu, Yi
DOI:--
发表时间:2014
期刊:氨基酸和生物资源
影响因子:--
作者:王茜;赵昌明
通讯作者:赵昌明
DOI:--
发表时间:2014
期刊:PLos One
影响因子:--
作者:Hao, Chunlin;Huang, Sheng;Deng, Zixin;Zhao, Changming;Yu, Yi;
通讯作者:
单核非血红素铁酶PenD催化不活泼碳原子间的去饱和反应:五配位碳正离子Vs氢隧穿
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:54万元
- 批准年份:2022
- 负责人:赵昌明
- 依托单位:
以磷连氮霉素Fosfazinomycin为模型的天然产物联氨基团的生物合成机制研究
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:60万元
- 批准年份:2020
- 负责人:赵昌明
- 依托单位:
以磷酸酰胺Phaseolotoxin为模型的微生物天然产物氮磷键生物合成研究
- 批准号:31670030
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:60.0万元
- 批准年份:2016
- 负责人:赵昌明
- 依托单位:
基因信息与化学结构特性指导的膦酸类天然产物的发掘
- 批准号:81273411
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:67.0万元
- 批准年份:2012
- 负责人:赵昌明
- 依托单位:
国内基金
海外基金















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