An Efficient Chemoenzymatic Synthesis of Dihydroartemisinic Aldehyde
- 作者
- Melodi Demiray, Xiaoping Tang, Thomas Wirth, Juan A. Faraldos, Rudolf K. Allemann
- 杂志
- Angewandte Chemie International Edition（2017）
- DOI
- 10.1002/anie.201609557
- 所属领域
- 合成生物学
- 关键词
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解决的核心问题
青蒿素合成中关键中间体二氢青蒿醛（DHAAl）的高效制备问题
研究策略
利用倍半萜合酶ADS的底物混杂性，设计并合成12-羟基法尼基焦磷酸（7）作为底物，通过酶催化一步转化为DHAAl，从而跳过天然途径中先环化后氧化的步骤
研究路线图
核心内容
针对青蒿素合成中关键中间体二氢青蒿醛（DHAAl）制备步骤繁琐的问题，本研究利用倍半萜合酶ADS的底物混杂性，开发了一条高效的化学酶法合成路线。研究设计并合成了12-羟基法尼基焦磷酸作为底物，通过ADS一步酶催化直接转化为DHAAl，从而绕过了天然途径中先环化后氧化的多步反应。实验表明，ADS能将此非天然底物转化为(11S)-和(11R)-二氢青蒿醛的混合物，核磁共振显示二者比例为3:2，气相色谱-质谱联用显示为7:2，并伴有约10%的烯醇副产物；当使用13-乙酰氧基法尼基焦磷酸时，可获得(11S)-产物和烯醇，产率分别高达93%和7%，相关氧化和酯化步骤产率分别为93%和94%。这一“反向生物合成”策略首次证明羟基化法尼基焦磷酸类似物可作为倍半萜合酶底物，仅用一个酶即实现DHAAl合成，大幅简化了步骤，为青蒿素及其衍生物的绿色高效生产开辟了新途径。
创新点
首次证明羟基化的法尼基焦磷酸类似物可作为倍半萜合酶的底物；开发了一种'反向生物合成'策略，仅用一个酶实现DHAAl的合成；通过底物工程简化了合成步骤
研究对象（1）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| — | 青蒿素生物合成途径 | — | Amorphadiene synthase (ADS) | 催化 | 催化12-羟基法尼基焦磷酸(7)环化生成二氢青蒿醛(4) |
关键发现
- ADS可将12-羟基法尼基焦磷酸(7)转化为(11S)-和(11R)-二氢青蒿醛的混合物（NMR显示3:2，GC-MS显示7:2），并伴有约10%的烯醇副产物
- 从13-乙酰氧基法尼基焦磷酸(16)可获得(11S)-4和烯醇12，产率分别为93%和7%
- 氧化和酯化步骤的产率分别为93%和94%。
研究结论
开发了一种高效的化学酶法合成二氢青蒿醛的路线，该路线仅使用一个酶和预先氧化步骤，避免了天然途径中多个氧化还原步骤，为青蒿素及其衍生物的生产提供了新的可能。