Production of epoxydammaranes by the enzymatic reactions of (3R)- and (3S)-2,3-squalene diols and those of 2,3:22,23-dioxidosqualenes with recombinant squalene cyclase and the mechanistic insight into the polycyclization reactions
- 作者
- Tsutomu Hoshino, Yukie Yonemura, Takamasa Abe, Yumi Sugino
- 杂志
- Organic & Biomolecular Chemistry（2007）
- DOI
- 10.1039/b615897h
- 所属领域
- 天然产物生物合成
- 关键词
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解决的核心问题
阐明角鲨烯环化酶催化多环化反应的机理，通过底物类似物捕获碳正离子中间体，揭示环化途径和立体化学控制机制。
研究策略
设计含羟基或环氧基的角鲨烯类似物作为亲核捕捉剂，与重组角鲨烯环化酶反应，利用GC、HPLC、NMR和MS鉴定产物结构，推断环化路径和构象变化。
核心内容
本研究利用重组角鲨烯-藿烯环化酶（SHC）催化含有羟基或环氧基的角鲨烯类似物，通过底物中的亲核基团捕获多环化反应中的碳正离子中间体，从而阐明环化机理并合成新型环氧达玛烷化合物。研究者设计了(3R)-和(3S)-2,3-角鲨烯二醇及2,3:22,23-双环氧角鲨烯等底物类似物，经酶促反应后，通过GC、HPLC、NMR和MS鉴定产物结构。结果表明，(3S)-二醇产生四个主要产物，总产率约73%；(3R)-二醇产生四个产物，总产率约78%；双环氧底物转化率达88%，生成多种环氧达玛烷。除38外，所有产物均为17R,20R构型，与天然产物的17S,20S构型相反，其中38为3-脱氧奥克梯隆。值得注意的是，含THP环的产物34产率比含THF环的33高5倍，产物41和42的产率分别约为39和40的两倍。该研究成功捕获了四环碳正离子中间体，证实了环化途径，并证明SHC具有通过一锅法底物类似物反应创制非天然萜类化合物的潜力，为萜类多样性合成提供了新思路。
创新点
首次利用(3R)-和(3S)-2,3-角鲨烯二醇及2,3:22,23-双环氧角鲨烯捕获四环碳正离子中间体9；获得一系列17R,20R构型的环氧达玛烷新化合物，与天然产物立体化学相反；证明酶反应腔对底物全椅式构象的刚性约束；揭示了亲核基团旋转角度与产物产率的关系。
研究对象（1）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Escherichia coli | 三萜生物合成（角鲨烯环化） | shc | 角鲨烯-藿烯环化酶 (SHC) | 催化 | 来自Alicyclobacillus acidocaldarius，重组表达用于催化角鲨烯类似物的多环化反应 |
关键发现
- (3S)-二醇18产生四个产物31-34，产率分别约为22%、21%、5%和25%，底物回收27%
- (3R)-二醇19产生35-38，产率分别约为33%、15%、18%和12%，回收22%。双环氧20-22转化率88%，回收12%，产物39-42产率分别为13%、13%、23%和24%，副产物总量15%。二醇底物生成双环化合物与环氧达玛烷的比例约为3:2。34（THP环）比33（THF环）产率高5倍
- 41比39产率约高2倍，42比40约高2倍。所有环氧达玛烷除38外均为17R,20R构型，与天然产物相反
- 38为3-脱氧奥克梯隆（17S,20S,24R）。产物34的20,25-环氧达玛烷骨架在自然界极为罕见。
研究结论
成功捕获了多环化反应中的四环碳正离子中间体9，证实了环化机理。除38外所有环氧达玛烷均为新化合物，具有17R,20R构型，与天然产物相反。角鲨烯环化酶具有通过底物类似物一锅法创建非天然萜类化合物的潜力。