次级代谢-20140228.ppt

次级代谢 构造单元与组装机制 SecondaryMetabolism theBuildingBlocksandConstructionMechanisms 本章内容 intermediarymetabolism 中间代谢metabolicpathway 代谢途径primarymetabolism 初级代谢primarymetabolites 初级代谢物secondarymetabolism 次级代谢secondarymetabolites 次级代谢物 2 1初级代谢与次级代谢 术语学习 中间代谢与代谢途径 糖 蛋白质 核酸和脂类是生物体中最重要的分子组成 多糖 糖单元 蛋白质 氨基酸 核酸 核苷酸 PrimaryMetabolite Primarymetabolism 初级代谢 初级代谢过程是对维持植物生命活动不可缺少的过程 几乎所有绿色植物中都存在 包括葡萄糖 蛋白质 脂质 核酸等 涉及到的化合物为初级代谢物 Primarymetabolites 降解多糖和单糖途径 糖酵解和Krebs循环途径 同时通过有机物氧化释放能量脂肪酸经b 氧化释放能量 Secondarymetabolites 次级代谢 二次代谢过程是指并非在所有植物中都能发生 对维持植物生命活动来说又不起重要作用的过程 涉及到自然界中有限分布的化合物代谢 常见二代产物 生物碱 萜类化合物产生大量的药理活性物质次级和初级代谢界限区分并不严格 SecondaryMetabolite 构造单元 BuildingBlock 次级代谢产物的构造单元来自初级代谢过程 光合作用 糖酵解途径 Krebs循环提供生物合成中间体 除以上途径 氨基酸也是常见的构造单元 可构造肽类 蛋白质 生物碱以及抗生素等 更重要的是 次级代谢物不仅可由同一类型单元合成 也可由不同类型的构造单元合成 从而导致了天然产物结构多样性 当然 也复杂化了生物合成途径的分类 常见天然产物碳骨架和氮骨架 C1 一碳结构单元 通常是指甲基 来源于L 甲硫氨酸 L methionine 此外 二氧亚甲基也属于一碳结构单元C2 二碳结构单元包括乙酰基或者链烃及芳香环中的一部分 来源于乙酰辅酶A acetyl CoA 不过转变成二碳结构单元之前 乙酰辅酶A先转变成活性更高的丙二酰辅酶A malonyl CoA 常见天然产物碳骨架和氮骨架 C5 支链的C5异戊二烯结构单元来源于甲羟戊酸 mevalonate 和磷酸脱氧木糖 deoxyxylu losephosphate 常见天然产物碳骨架和氮骨架 C6C3 苯丙素结构单元来源于 莽草酸途径产生的芳香族氨基酸L 苯丙氨酸或L 酪氨酸 它们脱去氨基形成苯丙素 C3还可裂解 产生C6C2和C6C1 常见天然产物碳骨架和氮骨架 C6C2N 该结构单元同样来源于L 苯丙氨酸或L 酪氨酸 它们脱去羧基形成该结构 吲哚C2N L 色氨酸脱羧基而成 常见天然产物碳骨架和氮骨架 C4N C4N结构单元通常出现在杂环吡咯环中 经非蛋白质氨基酸L 鸟氨酸脱去羧基和 氨基N而成 C5N 通常C5N出现于吡啶环中 来自于L 赖氨酸 常见天然产物碳骨架和氮骨架 部分结构单元组装的化合物 组装机制 绝大多数天然产物一均由一系列酶催化反应而来 通常反应会涉及一些辅助因子 如NAD PLP HSCoA 酶催化反应优点 特异性好高效温和酶 催化剂 具有高度的立体选择性 组装机制 烃化反应 亲核取代L 蛋氨酸经亲核取代提供C1结构单元活性更高的S 腺苷甲硫氨酸 SAM 的形成 硫阳离子 组装机制 烃化反应 亲核取代2 SAM作用下的O 烃化 N 烃化和C 烃化 组装机制 烃化反应 亲核取代二甲基烯丙基焦磷酸酯 DMAPP 作用下的烃化 C5结构单元异戊二烯 组装机制 烃化反应 亲电加成 组装机制 烃化反应 亲电加成1 碳正离子的产生 2 碳正离子中质子的脱去 组装机制 重排 Wagner Meerwein重排瓦格纳 梅尔外因重排反应是醇失水反应中 中间体碳正离子发生1 2 重排反应 并伴随有氢 烷基或芳基迁移的一类反应 这个反应普遍存在于很多萜类化合物中 其首次发现就是从异冰片转化为莰烯的反应得到的 反应的推动力是由较不稳定的碳正离子重排为较稳定的碳正离子 碳正离子的稳定性顺序为 3 2 1 这个反应普遍存在于很多萜类化合物中 其首次发现就是从异冰片转化为莰烯的反应得到的 9 参见 反应的推动力是由较不稳定的碳正离子重排为较稳定的碳正离子 碳正离子的稳定性顺序为 3 2 1 Wagner Meerwein重排 Aldolreaction 羟醛反应 Claisenreaction 克莱森酯缩合反应 Aldolreaction 羟醛反应 Claisenreaction 克莱森酯缩合反应 生物过程常有辅酶参与aldolreaction和Claisenreaction Acetyl CoA 乙酸硫酯 介导的反应 活性更好 丙二酰辅酶A的合成 丙二酰辅酶A的生物合成作用 逆羟醛反应 reversealdolreaction 和逆克莱森反应 reverseClaisenreaction SchiffBaseandMannichRx 希夫碱 SchiffBase 或译为席夫碱 偶氮甲碱 Azomethine 是一类在氮原子上连有烷基或芳基的较稳定的亚胺 来源于化学家雨果 希夫 通式为R1R2C N R3 R3为芳基或烷基 而不是氢 希夫碱的生成也是酶与底物结合的常见形式 SchiffBaseandMannichRx ShiffBaseandMannichRx 席夫碱 Schiffbase 的水解 曼尼希反应 MannichRx 曼尼希反应 Mannich反应 简称曼氏反应 也称作胺甲基化反应 是含有活泼氢的化合物 通常为羰基化合物 与甲醛和二级胺或氨缩合 生成 氨基 羰基 化合物的有机化学反应 一般醛亚胺与 亚甲基羰基化合物的反应也被看做曼尼希反应 反应的产物 氨基 羰基 化合物称为 曼尼希碱 Mannich碱 简称曼氏碱 托品酮的合成是曼尼希反应的经典例子 被认为是全合成中的经典反应之一 1901年 Willst tter首先合成了这个化合物 用的是环庚酮作原料 通过14步反应 总产率仅为0 75 1917年 罗伯特 鲁宾逊以丁二醛 甲胺和3 氧代戊二酸为原料 在仿生条件下 利用了曼尼希反应 仅通过一步反应便得到了托品酮 反应的初始产率为17 后经改进可增至90 曼尼希反应 MannichRx 曼尼希反应 MannichRx 很多生物碱都是通过曼尼希反应合成的 指的是一种氨基酸 aminoacid 的 氨基转移到一种 酮酸上的过程 转氨基作用是氨基酸脱氨基作用的一种途径 其实可以看成是氨基酸的氨基与 酮酸的酮基进行了交换 结果是生成了一种非必需氨基酸和一种新的 酮酸 转氨基作用 Transamination 转氨基作用 Transamination 反应由转氨酶和其辅酶磷酸吡哆醛 PLP 催化 磷酸吡哆醛是维生素B6 VitaminB6 的衍生物 人体内最重要的转氨酶为谷丙转氨酶和谷草转氨酶 它们是肝炎诊断和预后的指标之一 转氨基作用 Transamination 脱羧反应 Decarboxylation 氨基酸的脱羧 酮酸的脱羧 脱羧反应 Decarboxylation 脱氢酶 dehydrogenases 氧化还原反应 氧化还原反应 脱氢酶 氧化还原反应 脱氢酶 氧化酶 Oxidase 氧化还原反应 氧化酶 氧化还原反应 加单氧酶 氧化还原反应 加单氧酶 氧化还原反应 加双氧酶 氧化还原反应 加双氧酶 糖基化反应 GlycosylationRx 又称糖苷化作用 单糖的半缩醛羟基与醇或酚的羟基反应 失水而形成缩醛或衍生物 通称糖苷