Chemoenzymatic preparation of germacrene analogues
- 作者
- Oscar Cascón, Sabrina Touchet, David J. Miller, Veronica Gonzalez, Juan A. Faraldos, Rudolf K. Allemann
- 单位
- Cardiff University
- 杂志
- Chemical Communications（2012）
- DOI
- 10.1039/c2cc35542f
- 所属领域
- 生物催化
- 关键词
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解决的核心问题
利用化学酶法组合生成非天然的germacrene类似物，以克服其化学合成不稳定和合成生物学难以制备非天然萜类的问题。
研究策略
采用化学合成修饰的法尼基焦磷酸（FDP）类似物作为底物，利用来自Solidago canadensis的germacrene A合酶（GAS）和germacrene D合酶（GDS）进行体外酶催化反应，通过优化反应条件（金属离子、底物浓度、酶浓度、溶剂等）制备新的germacrene类化合物。
核心内容
该研究采用化学酶法策略制备非天然的germacrene类似物，将化学合成的氟代或甲基修饰的法尼基焦磷酸（FDP）类似物作为底物，利用来自加拿大一枝黄花的germacrene A合酶（GAS）和germacrene D合酶（GDS）进行体外催化。通过系统优化金属离子、底物浓度、酶浓度及溶剂等反应条件，天然底物的转化率分别达到40%（GAS）和76%（GDS），并成功获得包括14-甲基germacrene A、15-氟germacrene D在内的多种新型萜类化合物。其中GAS催化14Me-FDP生成至少七个烃类，主要产物14-甲基germacrene A占比超过50%；GDS催化6F-FDP和14Me-FDP则生成单一产物。此外，10F-FDP与GAS反应产生α-10F-humulene，相对转化率30%，而GDS催化同一底物则生成(E)-β-10F-farnesene和α-10F-humulene，比例为3:1，揭示了不同酶对底物修饰的差异化催化行为。该工作证明GAS和GDS能接受多种FDP类似物并生成产量足以用于生物活性测试的产物，为传统化学和合成生物学难以获取的萜类衍生物提供了一条通用制备途径。
创新点
（1）首次报道GAS和GDS对多种氟代或甲基修饰的FDP类似物的催化活性，生成了一系列新型germacrene类似物；（2）系统优化了酶催化反应条件，使天然底物转化率分别达到76%（GDS）和40%（GAS）；（3）通过酶法合成了包括14-甲基germacrene A、15-氟germacrene D等在内的高价值萜类化合物，并阐明了构象变化。
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Escherichia coli | 倍半萜生物合成 | gas | germacrene A synthase (GAS) | 催化 | 来自Solidago canadensis，重组表达后用于催化修饰的FDP类似物生成germacrene A类似物 |
| Escherichia coli | 倍半萜生物合成 | gds | germacrene D synthase (GDS) | 催化 | 来自Solidago canadensis，催化修饰的FDP类似物生成germacrene D类似物 |
关键发现
- GDS催化天然FDP（1a）转化为germacrene D的转化率为76%，GAS催化天然FDP转化为germacrene A的转化率为40%
- 10F-FDP与GAS反应产生一个氟化烃，相对转化率30%，经确认是α-10F-humulene
- 14Me-FDP与GAS反应生成至少七个烃类，主要产物（>50%）经确认是14-甲基germacrene A，其构象分布为UU 39%，DU+UD 61%
- GDS催化6F-FDP和14Me-FDP生成单一产物，具有germacrene D的特征[M-43]碎片
- GDS催化10F-FDP生成两个产物，比例3:1，主要产物是(E)-β-10F-farnesene，次要产物是α-10F-humulene
- 15F-FDP和14F-FDP被GDS转化，15F-germacrene D以两种几何异构体混合物存在。
研究结论
研究表明GAS和GDS能够催化多种修饰的FDP类似物生成非天然germacrene A和D类似物，转化率在合成可接受范围内，产物量足以用于生物活性测试。这种化学酶法为合成难以通过传统化学或合成生物学获得的萜类衍生物提供了通用途径。