聚酮合酶

聚酮化合物及其组合生物合成一、本文概述聚酮化合物是一类由聚酮合酶催化合成的重要天然产物，广泛存在于生物界中，并表现出多种生物活性，如抗菌、抗病毒、抗肿瘤等。

聚酮化合物的生物合成过程是一种复杂而精细的化学反应，涉及多个酶和辅因子的协同作用。

本文旨在深入探讨聚酮化合物及其组合生物合成的机制、方法与应用，以期为进一步理解和利用这类天然产物提供理论支持和实践指导。

文章首先将对聚酮化合物的结构特点、分类及生物活性进行概述，为后续研究奠定基础。

接着，将详细介绍聚酮合酶的结构与功能，以及其在聚酮化合物生物合成中的关键作用。

在此基础上，文章将重点探讨聚酮化合物组合生物合成的策略与方法，包括基因工程、代谢工程等手段在聚酮化合物合成中的应用。

文章还将对聚酮化合物及其组合生物合成的未来发展趋势进行展望，以期为推动该领域的研究与发展提供有益参考。

二、聚酮化合物的结构与性质聚酮化合物是一类具有广泛生物活性的天然产物，其结构多样性和生物活性使得它们在医药、农业、材料科学等领域具有广泛的应用前景。

聚酮化合物的结构特点主要由一系列线性或环状的酮基团组成，这些酮基团通过碳碳键连接，形成复杂的碳骨架。

在结构上，聚酮化合物可以根据其碳骨架的类型分为线性聚酮、环状聚酮以及大环内酯等。

线性聚酮通常具有长链结构，其碳骨架呈现出一定的柔性；环状聚酮则具有闭合的环状结构，具有较高的稳定性；大环内酯则是一类特殊的环状聚酮，其中包含一个或多个内酯键，使得分子呈现出独特的空间构象。

在性质上，聚酮化合物通常具有较好的热稳定性和化学稳定性，这使得它们在各种条件下都能保持稳定的生物活性。

聚酮化合物的生物活性往往与其结构中的特定官能团密切相关，如酮基、羟基、羧基等。

这些官能团的存在使得聚酮化合物能够与生物体内的靶标分子发生特异性相互作用，从而表现出抗菌、抗病毒、抗肿瘤等多种生物活性。

为了深入研究聚酮化合物的结构与性质之间的关系，科学家们采用了多种现代分析方法，如核磁共振、质谱、射线晶体衍射等。

聚酮类化合物聚酮类化合物与聚酮合酶生物基地81 1038126 徐冉芳1．属于聚酮类化合物的药物抗细菌：红霉素、利福霉素、四环素抗真菌：两性霉素、灰黄霉素兽药：泰乐菌素抗寄生虫药剂：除虫菌素、南吕霉素、奈马克丁免疫抑制剂：雷帕霉素、FK506抗癌药：多柔比星、mithramycin降血脂药物：洛伐他丁、普伐他丁2．聚酮合酶的结构功能聚酮合酶（PKS）分为三种类型：Ⅰ型，又称为模件型；Ⅱ型，又称为迭代型；Ⅲ型，又称为査尔酮型。

Ⅰ型PKS是以模块形式存在的多功能酶，每一模块含有一套独特的、非重复使用的催化功能域。

其非重复使用的催化功能域与聚酮生物合成的反应顺序呈线性对应。

主要催化合成大环内酯类、聚烯及聚醚类化合物。

.Ⅱ型PKS是一个多功能酶复合体，只包含一套可重复使用的结构域，每一结构域在重复的反应步骤中都多次地用来催化相同的反应。

Ⅲ型PKS是一种类似苯基苯乙烯酮合成酶的PKS。

这种类型的PKS 和其它两种PKS迥然不同，它在不需要ACP的情况下直接催化泛酰辅酶A间的缩合，主要负责单环或双环芳香类聚酮化合物的生物合成。

3．聚酮合酶合成聚酮化合物的分子机制聚酮化合物是通过聚酮合酶催化形成的，其催化过程类似于脂肪酸合酶（FAS）催化的脂肪酸生物合成，即通过酰基-CoA活化的底物之间的重复脱羧缩合而合成，但两者在合成单位的选择（包括起始单位和延伸单位）、链装配过程中每个酮基还原程度的控制、以及芳香聚酮或复合聚酮链长的决定等方面也存在着明显的差异，主要体现在：（1）FAS一般以乙酸作为起始单位，而PKS往往使用不同的起始单位，最为常用的有乙酸、丙酸，此外还有丁酸，杀假丝菌素使用的对氨基苯甲酸等；（2）FAS一般只用乙酸为链延伸单位，而PKS除了利用乙酸作为链伸长单位外，还可利用丙酸或丁酸，在终产物中相应生成甲基或乙基侧链；（3）PKS可以通过酮基选择性地还原和脱水，从而在终产物的相应位置形成酮基、羟基、双键或亚甲基等功能团，同时也决定了手性中心的立体化学构型。

聚酮化合物及其生物合成摘要：聚酮化合物的生物合成是当前国际化学与生物学交叉学科研究的热点之一，也正在发展成为药物创新超常规的重要手段。

合成聚酮类化合物的方法有很多，但应用最多的是组合生物合成方法，因而本文主要是对这种方法的介绍，特别是I型聚酮化合物的组合生物合成的常用技术和方法学发展进行了详细解说。

关键词：聚酮化合物；聚酮合酶；生物合成一、聚酮化合物及其聚酮合酶聚酮化合物是一大类由细菌、真菌和植物将低级羧酸通过连续的缩合反应产生的天然产物，它包括许许多多具有抑制细菌(如红霉素、四环素)、真菌(如灰黄霉素、两性霉素)、寄生虫(如avermectin、奈马克丁)、癌症(如多柔比星、enediynes)等活性的化合物，有些抗真菌聚酮化合物同时还具有免疫抑制剂的活性(如雷帕霉素、FK506)，它被广泛地应用于医药、畜牧和农业。

如今，这一化合物越来越为人们所重视，这主要是由于该化合物具有：(1)无可比拟的生物学活性使之具有巨大的新药物开发潜力和商业价值，聚酮化合物所形成的药物已用于几乎所有重要的疾病治疗，每年的销售额超过了100亿美元；(2)独特的结构和合成机制为人们研究酶催化的分子机制、分子识别和蛋白质的相互作用提供了空前的契机；(3)聚酮合酶所具有的可塑性可以使人们方便地通过组合生物合成手段来获得新的化合物。

目前已发现了不少于10000种聚酮化合物，而由之衍生出的新产物更是难以记数。

聚酮化合物是功能和结构最多样化的天然产物之一，它们的合成包括酰基辅酶A活化羧酸的一系列重复的醇醛缩合而形成有一定长度的聚酮链骨架，然后经过环化或者芳香化、或者与脱氧糖等结构单位连接等过程。

尽管聚酮化合物的结构和特性千差万别，总的来说它可以分为两大类：芳香族聚酮化合物和复合聚酮化合物。

前者是乙酸通过缩合(起始单位除外)形成的大部分β-酮基在酰基链的延伸和完成后都一直保持非还原状态，经过折叠和醇醛缩合形成六元环，芳香环随后被脱水还原，如放线紫红素、柔红霉素、四环素。

聚酮类化合物与聚酮合酶生物基地81 1038126 徐冉芳1．属于聚酮类化合物的药物抗细菌：红霉素、利福霉素、四环素抗真菌：两性霉素、灰黄霉素兽药：泰乐菌素抗寄生虫药剂：除虫菌素、南吕霉素、奈马克丁免疫抑制剂：雷帕霉素、FK506抗癌药：多柔比星、mithramycin降血脂药物：洛伐他丁、普伐他丁2．聚酮合酶的结构功能聚酮合酶（PKS）分为三种类型：Ⅰ型，又称为模件型；Ⅱ型，又称为迭代型；Ⅲ型，又称为査尔酮型。

Ⅰ型PKS是以模块形式存在的多功能酶，每一模块含有一套独特的、非重复使用的催化功能域。

其非重复使用的催化功能域与聚酮生物合成的反应顺序呈线性对应。

主要催化合成大环内酯类、聚烯及聚醚类化合物。

.Ⅱ型PKS是一个多功能酶复合体，只包含一套可重复使用的结构域，每一结构域在重复的反应步骤中都多次地用来催化相同的反应。

Ⅲ型PKS是一种类似苯基苯乙烯酮合成酶的PKS。

这种类型的PKS和其它两种PKS迥然不同，它在不需要ACP的情况下直接催化泛酰辅酶A间的缩合，主要负责单环或双环芳香类聚酮化合物的生物合成。

3．聚酮合酶合成聚酮化合物的分子机制聚酮化合物是通过聚酮合酶催化形成的，其催化过程类似于脂肪酸合酶（FAS）催化的脂肪酸生物合成，即通过酰基-CoA活化的底物之间的重复脱羧缩合而合成，但两者在合成单位的选择（包括起始单位和延伸单位）、链装配过程中每个酮基还原程度的控制、以及芳香聚酮或复合聚酮链长的决定等方面也存在着明显的差异，主要体现在：（1）FAS一般以乙酸作为起始单位，而PKS往往使用不同的起始单位，最为常用的有乙酸、丙酸，此外还有丁酸，杀假丝菌素使用的对氨基苯甲酸等；（2）FAS一般只用乙酸为链延伸单位，而PKS除了利用乙酸作为链伸长单位外，还可利用丙酸或丁酸，在终产物中相应生成甲基或乙基侧链；（3）PKS可以通过酮基选择性地还原和脱水，从而在终产物的相应位置形成酮基、羟基、双键或亚甲基等功能团，同时也决定了手性中心的立体化学构型。