D-A反應(yīng)酶生物催化研究獲重大突破

    近日，中國科學院上海有機化學研究所生命有機化學國家重點實驗室研究員劉文領(lǐng)導的團隊，經(jīng)過長達12年的努力，在螺環(huán)乙酰乙酸內(nèi)酯/內(nèi)酰胺抗感染抗生素的生物合成中發(fā)現(xiàn)了兩種不同的酶，可以極大地促進[4+2]D-A環(huán)化反應(yīng)（狄爾斯-阿爾德反應(yīng)，Diels-Alder反應(yīng)）的發(fā)生。該發(fā)現(xiàn)為證實D-A反應(yīng)酶的天然存在提供了有力的證據(jù)。相關(guān)成果已于3月3日在線發(fā)表在《自然-化學生物學》雜志上。
   
    文章點評中預(yù)期，以兩個酶催化的串聯(lián)[4+2]環(huán)加成反應(yīng)為中心的合成策略如能有效運用，將極大地促進以多樣性為導向的生物和化學合成手段的發(fā)展，通過建立相應(yīng)天然產(chǎn)物的類似物分子庫，可以應(yīng)對藥物化學研究中對于分子結(jié)構(gòu)多樣性的要求和化學生物學研究中對于特異性分子探針的制備需求。
   
    據(jù)了解，合成化學中的D-A反應(yīng)屢見不鮮，但自然界中是否存在能夠催化D-A反應(yīng)的酶，多年來一直是生物學家和化學家爭論和懸而未決的焦點科學問題。
   
    據(jù)團隊負責人劉文介紹，作為一種碳碳鍵構(gòu)建極為有效的手段，科學家們早已預(yù)言D-A反應(yīng)可能參與了具有環(huán)己烯單元的大量天然產(chǎn)物的生物合成，并且通過人為手段創(chuàng)造了能夠催化簡單D-A反應(yīng)的抗體酶或核酶。但是，目前自然界中發(fā)現(xiàn)的能夠促進[4+2]D-A環(huán)化反應(yīng)的天然酶蛋白僅有5例。而且，它們在此類轉(zhuǎn)化中是否存在催化功能的爭論依舊。原因是這些酶或者具有多種功能，或者催化效率很低，或者相應(yīng)的反應(yīng)根本不需酶就可以自發(fā)進行，使相關(guān)的機制研究尤為困難，導致數(shù)十年來人們無法確切地判斷D-A反應(yīng)酶是否天然存在。劉文團隊最近的發(fā)現(xiàn)為回答這一科學難題創(chuàng)造了有利的契機。
   
    事實上，自然界中螺環(huán)乙酰乙酸內(nèi)酯/內(nèi)酰胺抗生素產(chǎn)生于各種來源的微生物，目前該家族已有數(shù)十個成員的化學結(jié)構(gòu)得以確證。這些抗生素具有強烈的抗感染、腫瘤抑制等重要的生物活性，長期以來一直是生物學、藥學和化學領(lǐng)域共同關(guān)注的研究熱點。然而由于結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，化學合成或修飾往往面臨產(chǎn)率和效率方面的嚴峻挑戰(zhàn)。
   
    劉文團隊的研究發(fā)現(xiàn)，所有螺環(huán)乙酰乙酸內(nèi)酯/內(nèi)酰胺成員均采用了相似的生物合成策略，即通過酶促的[4+2]環(huán)加成反應(yīng)完成線性中間體的剛性交聯(lián)；兩個不同酶催化的環(huán)化反應(yīng)可以偶聯(lián)也可以去偶聯(lián)，從而解釋了自然界中如何創(chuàng)造核心骨架相似、但整體結(jié)構(gòu)不同的抗生素分子。