Composite hopanoid biosynthesis in Zymomonas mobilis: N-acetyl-D-glucosamine as precursor for the cyclopentane ring linked to bacteriohopanetetrol
- 作者
- Stephane P. Vincent, Pierre Sinaij, Michel Rohmer
- 单位
- Ecole Normale Superieure, Departement de Chimie, UMR-8642 du CNRS; Universite Louis Pasteur, UMR-7123 du CNRS, Institut Le Bel
- 杂志
- Chemical Communications（2003）
- DOI
- 10.1039/b212685k
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
确定Zymomonas mobilis中复合hopanoid环戊烷环的直接前体，以及葡萄糖胺和环戊烷部分是否共享共同前体
研究策略
使用氘标记的N-乙酰-D-葡萄糖胺（GlcNAc）和葡萄糖胺（GlcNH2）进行掺入实验，通过质谱分析标记的hopanoid，确定选择性标记位置
核心内容
本研究以运动发酵单胞菌（Zymomonas mobilis）为对象，通过化学合成氘标记的[6,6-2H2]N-乙酰-D-葡萄糖胺（GlcNAc）和[6,6-2H2]葡萄糖胺（GlcNH2），结合质谱分析，探究复合hopanoid中环戊烷环的直接生物合成前体。实验结果显示，以氘代GlcNAc孵育时，糖苷和环醇醚两种产物的总氘掺入率约20%，氘主要定位于glycon部分（片段B/C），且分子离子仅出现m/z+2峰，表明CD2OH基团完整并入；而以氘代GlcNH2孵育时，糖苷掺入率约8%，环醇醚低于5%，远低于前者。例如，化合物8在FAB+模式下分子离子掺入21%，而片段A仅1%。这些结果表明，GlcNAc衍生物是环戊烷环的直接前体，且连接到bacteriohopanetetrol的葡萄糖胺部分与环戊烷部分共享同一来源于GlcNAc的生物合成途径，该途径独立于由葡萄糖构建hopane骨架和C5侧链的过程。该发现揭示了复合hopanoid组装中两个结构单元的共同代谢起源，为理解微生物膜脂质修饰的碳流分配提供了新的生化证据。
创新点
合成了[6,6-2H2]GlcNAc和[6,6-2H2]GlcNH2，并通过选择性标记证明GlcNAc是连接到bacteriohopanetetrol的葡萄糖胺和环戊烷部分的共同前体
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Zymomonas mobilis | hopanoid biosynthesis | — | — | — | 研究使用的产hopanoid细菌 |
| Zymomonas mobilis | methylerythritol phosphate (MEP) pathway | — | — | — | 背景中提及的类异戊二烯生物合成途径 |
关键发现
- 以[6,6-2H2]GlcNAc（5）进行孵育时，糖苷7和环醇醚8的总氘掺入率均约为20%
- 以[6,6-2H2]GlcNH2（6）孵育时，糖苷掺入率约为8%，环醇醚掺入率低于5%。质谱分析表明，使用5时氘主要标记在glycon部分（片段B/C），且仅观察到(m/z+2)峰，说明CD2OH基团完整掺入。具体数据：对于化合物8，FAB+模式下分子离子掺入21%，片段A为1%，片段B/C为23%
- CI-CH4模式下分子离子掺入16%，片段A为3%。对于化合物7，FAB+模式下分子离子掺入19%，片段A为2%，片段B/C为24%
- CI-CH4模式下分子离子掺入20%，片段A为2%，片段B/C为33%。
研究结论
GlcNAc衍生物是hopanoid 2环戊烷环的可能前体；糖苷1和醚2的glycon部分共享同一来源于GlcNAc的生物合成途径，该途径独立于由葡萄糖构建hopane和C5侧链的过程。