Biotransformation of Quinovic Acid Glycosides by Microbes: Direct Conversion of the Ursane to the Oleanane Triterpene Skeleton by Nocardia sp. NRRL 5646
- 作者
- Zhi-Hong Cheng, Bo-Yang Yu, Geoffrey A. Cordell, Sheng-Xiang Qiu
- 单位
- Department of Complex Prescription of TCM, China Pharmaceutical University, Nanjing 210038, People's Republic of China; Department of Medicinal Chemistry and Pharmacognosy, University of Illinois at Chicago, 833 South Wood Street, Chicago, Illinois 60612; Department of Chemistry, Box 1134, Washington University, One Brookings Drive, St. Louis, Missouri 63130
- 杂志
- Organic Letters（2005）
- DOI
- 10.1021/ol048787b
- 所属领域
- 发酵工程
- 关键词
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解决的核心问题
利用微生物Nocardia sp.对奎诺酸糖苷进行生物转化，实现糖基水解及三萜骨架的甲基迁移重排，将熊果烷型结构直接转化为齐墩果烷型结构。
研究策略
以Nocardia sp. NRRL 5646为生物催化剂，对奎诺酸糖苷及其类似物进行两阶段发酵生物转化；通过制备规模分离、ESI-LC/MS和2D-NMR鉴定产物结构；利用不同糖苷底物考察糖基水解和甲基迁移的底物特异性。
核心内容
利用Nocardia sp. NRRL 5646作为生物催化剂，研究对奎诺酸糖苷类化合物进行了两阶段发酵转化，并通过ESI-LC/MS和2D-NMR对产物进行结构鉴定。研究发现该菌株可在120小时内将底物1转化为熊果烷型产物2（产率40%）和齐墩果烷型产物3（产率20%），首次实现了微生物介导的三萜骨架甲基迁移重排，将熊果烷型直接转化为齐墩果烷型，该转化在有机合成中难以实现。实验表明该菌对D-葡萄糖和6-脱氧-D-葡萄糖糖基无选择性，但对含L-鼠李糖的底物仅能部分脱糖；C-28酯糖苷裂解相对较慢，且单独的2在240小时内不转化为3，提示脱糖与甲基迁移可能是连续且具有糖基特异性的过程。该发现揭示了Nocardia兼具糖苷酶与异构酶活性，为拓展三萜糖苷化学多样性及糖苷结构鉴定提供了新途径。
创新点
首次发现Nocardia sp.可以将熊果烷型三萜骨架通过甲基迁移直接转化为齐墩果烷型骨架，这是有机合成难以实现的反应；首次报道Nocardia对三萜糖苷的生物转化；揭示该菌对糖基类型的选择性，为糖苷结构鉴定提供新方法。
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Nocardia sp. NRRL 5646 | 三萜糖苷去糖基化 | — | 糖苷酶（推测） | 催化 | 负责裂解糖苷键，对D-葡萄糖和6-脱氧-D-葡萄糖具有活性，对L-鼠李糖无活性 |
| Nocardia sp. NRRL 5646 | 三萜骨架异构化 | — | 异构酶（推测） | 催化 | 负责甲基迁移，将熊果烷型转化为齐墩果烷型，且该反应需在脱糖后连续进行 |
关键发现
- Nocardia sp. NRRL 5646可将化合物1在120 h内转化为2（产率40%）和3（产率20%）
- 化合物6同样被转化，表明对D-葡萄糖和6-脱氧-D-葡萄糖无选择性
- 化合物4和5在240 h时也转化为2和3，但C-28酯糖苷裂解较慢
- 含L-鼠李糖的7和8不能被完全脱糖，仅产生部分脱糖产物（如m/z 655 [M+Na-162]+等）
- 单独的2在240 h内不转化为3。
研究结论
Nocardia sp.具有糖苷酶和异构酶活性，能够裂解三萜糖苷的糖链并诱导甲基迁移，将熊果烷型转化为齐墩果烷型。脱糖和甲基迁移可能是连续过程，且糖基特异性。该发现有望用于拓展三萜糖苷的化学多样性。