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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:
32070038
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
赵昌明
依托单位:
学科分类:
微生物生理与生化
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
赵昌明

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
含有氮氮键的天然产物,如腙、酰肼、氧化偶氮、重氮和含氮杂环化合物等,大都表现出良好的生物活性。磷连氮霉素是链霉菌产生的寡肽类小分子化合物,能够有效抑制真菌,含有奇特的“碳-氮-氮-磷-碳”(C-N-N-P-C)杂原子骨架单元。N-N单键连接的部分是联氨基团,分子从氨基端往羧基端形成精氨酰肼,从羧基端往氨基端形成膦酰肼。现有的研究已经证实磷连氮霉素的精氨酰肼部分和膦酸部分(含有P-C键)先分别合成,然后再通过N-P键连接起来,但是磷连氮霉素联氨基团的合成途径却从未被揭示。本研究将通过基因敲除、化合物喂养和中间体鉴定,确定与联氨基团合成直接相关的基因。然后,我们将通过体外生化反应重构联氨基团的形成过程,借助有机化学手段捕捉和确证酶学反应中间体,从而揭示一例全新的天然产物联氨基团生物合成机制。这既能完善我们对磷连氮霉素生物合成的理解,也能丰富我们对涉氮生物化学反应的认识。
英文摘要
The nitrogen-nitrogen bond-containing natural products, including hydrazone, hydrazide, azoxy, diazo and heterocyclic compound, show fascinating biological activities. Fosfazinomycin, an oligopeptide natural product produced by Streptomyces, exhibits notable anti-fungi activity. It harbors a unique C-N-N-P-C heteroatom moiety, which forms an argininyl hydrazide from the amino-terminal to carboxyl terminal, and a phosphonic hydrazide in the reverse direction. All of the documented research results demonstrated that the biosynthesis of fosfazinomycin is a convergent process, in which the argininyl hydrazide part and the phosphonate part (harbors P-C bond) was synthesized independently and then conjugated by a N-P bond. However, enzymatic formation of the N-N bond remains obscure until now. In this study, gene knock-out, feeding experiments and biosynthetic intermediates identification will be employed to narrow down the genes directly related to the formation of N-N bond in fosfazinomycin biosynthesis. To reveal the biosynthetic pathway of hydrazine functional group, we will reconstitute the N-N bond in vitro by biochemical reactions and characterize the enzymatic intermediates by organic chemical approaches. It will deepen our understanding about the fosfazinomycin biosynthesis and expand our knowledge about nitrogen-involved biochemical reactions.
本研究通过基因组挖掘,获得了高产磷连氮霉素的链霉菌(Streptomyces sp. WDZ2747);对功能未知的 fzmP 基因进行敲除后,ΔfzmP 突变株不再产生磷连氮霉素,也不再产生中间体 2-联氨基琥珀酸;经乙酰肼喂养后的 ΔfzmP 突变株,能重新产生磷连氮霉素以及精氨酰肼中间体。这表明fzmP 基因与磷连氮霉素的联氨基团形成直接相关,并且不影响乙酰肼以后的合成步骤。当用N-羟基-天冬氨酸作为底物,Diethylamine NONOate(一氧化氮生成剂)提供一氧化氮作为氮原子供体时,两者可以自发形成亚硝基氮中间体,但中间体不能被FzmP还原形成联氨终产物。以天冬氨酸和一氧化氮为底物时,FzmP可以催化两者在厌氧条件下生成联氨产物Asp-NH-NH2;以15N同位素标记的L-Asp 为底物反应,质谱检测结果显示一氧化氮的氮原子连接到了天冬氨酸-氨基氮原子上。FzmP 催化天冬氨酸和一氧化氮形成联氨产物Asp-NH-NH2,体外反应效率较低,推测这是因为电子传递链铁氧还蛋白Fdx同FzmP的适配性不好。FzmP 蛋白属于 B 型血红素依赖的铁酶,FzmP 与 NADPH 的分子对接结果显示,NADPH 可以结合至 FzmP 蛋白活性中心附近,NADPH 与卟啉铁的距离非常有利于电子传递。因此,我们在波长为 380-400 nm 的光照条件下激发 NADPH 为FzmP反应提供电子,联氨产物生成效率显著提升。本研究表明磷连氮霉素的联氨基团,以天冬氨酸和一氧化氮为氮原子供体,在血红素铁酶 FzmP 的催化下,组装形成氮氮键后接受外来的质子和电子还原形成联氨。FzmP血红素中心的卟啉铁传递电子,催化氧化还原反应的发生,形成铁-氮氧化物或铁-羟胺复合体,极化氮氧键,促进氨基的亲核进攻。
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:
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
  • 批准年份:
    2012
  • 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