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深海微生物来源β-咔啉生物碱的生物合成机制被解析
2013-11-28 | 编辑:鞠建华研究团队 | 【  】【打印】【关闭

  近日获悉,国际著名期刊《应用化学》刊发了鞠建华研究团队成功解析深海微生物来源的β-咔啉生物碱的生物合成机制的论文(Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 9980-9984)。这一成果随后被Faculty of 1000推荐评论认为:阐明了McbB是一个催化形成β-咔啉骨架形成的新颖的Pictet-Spengler反应酶,这对阐明其它β-咔啉生物碱的生物合成途径具有重要指导意义。 

  据介绍,陈奇等一株南海深海放线菌Marinactinospora thermotolerans SCSIO 00652中分离得到5海洋β-咔啉生物碱类化合物1-5)入手,利用基因组挖掘、生物信息学分析和在变铅链霉菌中的异源表达技术成功定位了基因组上的一段DNA序列编码合成海洋β-咔啉生物碱1-5),分别为编码酰胺键合成酶的基因mcbA, 未知功能基因mcbB,和编码脱羧酶的基因mcbC 

  研究人员采用组合方式将mcbABC, mcbABmcbB基因分别克隆到大肠杆菌Escherichia coli BL21并分析其表达产物。结果表明,携带mcbABC mcbAB的基因组合均成功在E. coli BL21中表达海洋咔啉生物碱1-5,而未知功能基因mcbBE. coli BL21中单独表达时,产生一个β-咔啉生物碱母核主产物6和两个中间体结构衍生物58,证明McbB蛋白负责β-咔啉骨架的形成,是一个催化该类母核形成的新颖的Pictet-Spengler 反应酶。 

  通过前体和同位素标记(5-F-Trp 1-13C, 2-13C, 1, 2-13C NaAc喂养试验,研究人员揭示β-咔啉母核6的形成以色氨酸和三酸酸循环途径中的草酰乙酸作为前体,其形成机制包括Pictet-Spengler 环化、脱羧和脱氢过程, 是一个初级代谢和次级代谢有效结合的范例 

  研究人员进一步对McbB蛋白进行同源序列分析,发现其在真菌和细菌中均有分布,对其中42个高度保守的氨基酸进行单点突变并分析产物6的产生,证实Glu97 McbB唯一的催化活性中心。 

  该成果获得了科技部863重点课题、973项目、国家自然科学基金、中国科学院知识创新工程项目等资助。 

β-咔啉生物碱(1-5)的生物合成途径




























 
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