Investigation of Unusual Cyclization Reactions in Biocatalysis

摘要： -- 天然香料产品已经被开发，并将继续成为世界上最重要的治疗和研究项目的先导化合物的丰富来源。 人类疾病。这些化合物中的许多都有不寻常的环状骨架，这影响了它们的生物学特性。 依赖于蛋白质和蛋白质经常需要同样不寻常的酶催化的蛋白质反应来完成它们的结构。这是通过绘制地图来实现的。 介绍了这些天然产物的生物合成途径，并阐明了这些反应的主要化学作用机制。 其中，我们的目标是进一步丰富可供天然药物产品化学家和合成动物生物学家使用的各种工具。 他们的努力是为了更好地为人类健康创造更大的利益，开发和设计新的技术和药物。 然而，为了充分实现天然产物生物合成的巨大潜力，必须从以下几个方面入手。 我们对其背后的化学成分有了透彻的了解。本着这一精神，我们已经确定了三种。 主要制度是在下一个融资阶段进行研究的。因此，第一个具体的目标是要对其进行探索。 史无前例的环丁烷和脂类的生物合成新途径。世界上最大的顺式融合环丁烷和环丁烷环状系统。 长期以来，梯状杆菌一直以来都是科学家们感兴趣的话题，因为它们在金黄色葡萄球菌中的重要性，以及它们对细菌的影响。 全球最新的氮素循环，以及它们作为生物燃料的潜在潜力。然而，它们的生物合成仍然是一个谜。 必要的酶和转化本质上是一种未知的变化，它可能很好地涉及到大量的自由基。 介导的反应是由自由基SAM和酶催化的。第二个特定的目标是寻求更好地理解这些反应。 两种独特的多肽和核苷类抗生素(PNAS)的生物起源。多酮和糖类。 传统上，生物合成一直被认为是次生代谢中的两种不同的生物范式。 最近对阿米普霉素和米哈拉霉素的生物合成研究也表明，这是最高碳的。 这些PNAS中的糖和核心很可能是生物合成的多酮。我们的目标是严格测试这一假说。 通过在体外重建主要的生物合成途径，我们将无法确定这些生物合成途径的主要核心糖的来源。 化合物1和3建立了它们的结构中所涉及的所有反应的序列和性质。 具体的目的是为了阐明这些反应的主要途径和反应，即他们对吡唑类药物在体内的形成负有责任。 福尔霉素、A类和吡唑呋喃类。在这些C-核苷类抗生素类药物中，吡唑类药物的部分含量因其N-N减少而引人注目。 这种联系可能不需要形成一种新的有机肼中间体。然而，这一生物过程。 基础的N-N债券形成过程的转换和循环过程目前几乎完全是投机性的。 对这些假设的彻底调查将不需要我们在分子生物学方面的专业知识的集体应用。 生物学、化学和合成学以及酶学共同建立了生物合成途径和酶促反应途径。 催化作用的机理。这些新系统一直是在充分考虑它们的新颖性、对未来的影响和影响的基础上挑选出来的。 在生物医学研究中心的基础研究和翻译研究中，研究机械酶、蛋白质和潜在的生物实用价值的领域。 我们相信，这项新的工作将继续解决生物和化学研究中的一些长期存在的问题，并开启一项新的研究。 在次生代谢研究和药物研究中寻找新的发现途径。

ABSTRACT     Natural products have been and continue to be a rich source of lead compounds for the treatment and study of  human diseases. Many of these compounds have unusual cyclic skeletons on which their biological properties  depend  and  often  require  equally  unusual  enzyme-­catalyzed  reactions  for  their  construction.  By  mapping  the  biosynthetic  pathways  of  these  natural  products  and  elucidating  the  chemical  mechanisms  of  the  reactions  therein, we aim to enrich the repertoire of tools available to natural product chemists and synthetic biologists in  their  efforts  to  develop  and  engineer  new  technologies  and  pharmaceuticals  for  the  benefit  of  human  health.  However,  in  order  to  fully  realize  the  potential  of  natural  product  biosynthesis,  the  pathways  must  be  characterized,  and  the  underlying  chemistry  thoroughly  understood.  In  this  spirit,  we  have  identified  three  principal  systems  for  study  in  the  next  funding  period.  Thus,  the  first  specific  aim  is  to  explore  the  unprecedented  biosynthetic  pathway  of  ladderane  lipids.  The  cis-­fused  cyclobutane  ring  systems  of  the  ladderanes have long been of interest to scientists given their importance in anammox bacteria, their impact on  the  global  nitrogen  cycle  and  their  potential  as  biofuels.  However,  their  biosynthesis  remains  enigmatic  as  the  necessary  enzyme  transformations  are  essentially  unknown  and  may  very  well  involve  a  number  of  radical-­ mediated  reactions  catalyzed  by  radical  SAM  enzymes.  The  second  specific  aim  seeks  to  understand  the  biological  origin  of  two  unique  peptidyl  nucleoside  antibiotics  (PNAs).  Polyketide  and  carbohydrate  biosynthesis  have  traditionally  been  considered  two  separate  paradigms  in  secondary  metabolism.  However,  recent  biosynthetic  investigations  of  amipurimycin  and  miharamycins  have  suggested  that  the  high-­carbon  sugar  cores  of  these  PNAs  are  likely  biosynthesized  as  polyketides.  We  aim  to  rigorously  test  this  hypothesis  by  reconstituting  the  biosynthetic  pathways  in  vitro.  We  will  determine  the  origin  of  the  sugar  cores  in  these  compounds  and  establish  the  sequence  and  nature  of  the  reactions  involved  in  their  construction.  The  third  specific  aim  is  to  elucidate  the  pathway  and  reactions  that  are  responsible  for  pyrazole  ring  formation  in  formycin  A  and  pyrazofurin.  The  pyrazole  moieties  in  these  C-­nucleoside  antibiotics  are  notable  for  their  N–N  linkage  that  may  require  formation  of  an  organohydrazine  intermediate.  However,  the  biological  transformations  underlying  N–N  bond  formation  and  cyclization  are  presently  almost  entirely  speculative.  Thorough  investigation  of  these hypotheses  will  require  the  collective application  of  our  expertise  in  molecular  biology,  chemical  synthesis  and  enzymology  to  establish  the  biosynthetic  pathways  and  enzymatic  mechanisms of catalysis. These systems have been selected on the basis of their novelty, implications for the  field  of  mechanistic  enzymology,  and  potential  utility  in  biomedical  research  at  the  basic  and  translational  levels.  We  believe  this  work  will  continue  to  address  standing  questions  in  biological  chemistry  and  open  new  avenues of discovery in secondary metabolism and pharmaceutical research.