导读
2019年9月6日,Nature Communications在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心张余研究组参与的合作研究成果,该研究阐释了托品烷的生物合成途径。
►托品酮生物合成中的化学机制与100年前的托品酮全合成的比较
2019年9月6日,Nature Communications在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心张余研究组参与的合作研究成果:“Tropane alkaloids biosynthesis involves an unusual type III polyketide synthase and non-enzymatic condensation”,该研究阐释了托品烷的生物合成途径。
托品烷生物碱(tropane alkaloids)是指一类在结构上含有由吡咯环和哌啶环骈合而成的托品烷基本骨架的生物碱,是具有悠久历史和重要药用价值的植物源天然产物。现存古代医学典籍表明,以托品烷生物碱——莨菪碱和东莨菪碱为药效基础的茄科植物,如曼陀罗(Datura stramonium)和颠茄(Atropa belladonna),在全世界已经有近两千年的药用历史。目前,莨菪碱和东莨菪碱是临床上广泛使用的毒蕈碱型乙酰胆碱拮抗剂,用于镇痛、麻醉、止痉挛、抗晕动、帕金森症治疗等,具有很大市场需求。
近百年来的基于同位素标记实验的生物合成研究表明,来源于鸟氨酸的N-甲基吡咯啉阳离子(1)和两分子的乙酰单元构成了托品烷基本骨架。然而一直以来,植物体中催化N-甲基吡咯啉阳离子和乙酰单元缩合形成托品烷生物碱基本骨架的酶学机制还未见报道。托品烷生物碱的生物合成研究被相关的科学家形容为一个世纪以来还未被解决的科学问题(Nat Prod Rep 2001, 18, 494)。
►AaPYKS-COB和AaPYKS-6的晶体结构示意图
在本项研究中,中国科学院昆明植物研究所植物化学与西部植物资源持续利用国家重点实验室黄胜雄研究组与中国科学院分子植物科学卓越创新中心张余研究组合作,以茄科产莨菪碱和东莨菪碱的代表植物——山莨菪属三分三(Anisodus acutangulus)、颠茄属颠茄、曼陀罗属曼陀罗为研究材料,利用转录组种内差异表达和种间同源基因分析,发现了这三个植物中的三个III型聚酮合酶,并验证其能催化N-甲基