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綠色化學的新途徑:新穎催化酶合成生物鹼天然物

        在自然界中,生物體以結構簡單的一次代謝物作為起始物,利用酶(enzyme)催化有效率且多樣化的化學反應,經由生合成(biosynthesis)途徑,製造出廣大數量的複雜天然物(natural product)。這些天然物為有機化合物,通常具生物或藥理活性,在藥物及化學發展的過程中,扮演重要角色。

        生物鹼(alkaloids)為一種含氮化合物,是非常重要的天然物種類,如嗎啡、咖啡因等都屬於生物鹼,然而,目前為止,對其生合成相關的催化酶,已知的種類和數目仍非常有限。中央研究院生物化學研究所林曉青助研究員團隊,進一步從真菌發現新穎催化酶參與生物鹼生合成,掀開其生合成的神秘面紗。此項研究結果,於2017年7月6日發表於國際期刊

        Okaramines生物鹼是由真菌Penicillium 和Aspergillus屬生產,化學特徵上,okaramines D具有八個相互連結的多環結構,其中包括一個八環azocine基團,以及一個前所未見的2-dimethyl-3-methyl-azetidine四環(圖A),其複雜的結構骨架,吸引了眾多化學合成的研究,但至今仍未有完整的化學合成方法。

        林曉青研究團隊解析其生合成途徑,並尋找參與生合成途徑中的酶與編碼基因,利用基因剔除(gene deletion),異源性表達(heterologous expression)、化學結構解析、以及研究酶生化功能等方法,找到了參與okaramines生合成的基因群,證明至少有五個酶參與此類化合物結構骨架的形成,並解析生合成途徑,以及每步驟參與之酶及其功能。值得注意的是,本研究發現了一個新穎的α-ketoglutarate-dependent non-heme FeII dioxygenase (α-KGD, OkaE),將酶成功表達,並在含有受質、輔因子的水溶液中,可以有效率地催化2-dimethyl-3-methyl-azetidine四環的形成(圖B)。

        未來將更進一步發掘並了解,大自然催化各種化學反應所運用的新穎酶,及其化學機轉。藉由對各種酶化學催化反應知識之累積,將有助於利用生物技術的方式,操作大自然使用的化學工具,開發並應用酶催化劑,達到綠色化學的目標。

論文參考網站 : http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201705501/full

作者群 : Lai CY, Lo IW, Hewage RT, Chen YC, Chen CT, Lee CF, Lin S, Tang MC, Lin HC

更新時間 : 2017.09.12


Updated 2017.09.12

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