【天然產物生物合成：化學原理與酶學機制】

編輯推薦

一、關於生物合成天然產物的經典著作；

二、原著作者唐奕和克里斯多夫. 沃爾什是美國及國際知名的生物合成專家；

三、內容新穎，全面。 涵蓋了主要類型天然產物（聚酮化合物、肽、核苷、類异戊二烯/萜類化合物、生物鹼、苯丙素和糖苷）的生物合成

四、編寫管道不是百科全書式的，也不是闡明每一種亞型天然產物或有趣的化學官能團，而是將每一種天然產物結構類型所遵循的化學原理編成法典；

五、在每一類天然產物中都講述了幾種簡單的反應類型，有些在初級代謝中常見，有些在次級代謝途徑中比初級代謝途徑更頻繁。

內容簡介

《天然產物生物合成：化學原理與酶學機制》首先概述了天然產物的主要類別，然後詳細討論了六種不同類別天然產物形成的化學邏輯，並介紹了天然產物生物合成途徑中關鍵酶的結構生物學、功能和機制，最後對基因組依賴和非基因組依賴的天然產物發現的主要方法進行了總結和討論。 本書作者是國際上天然產物生物合成領域的學者，圖書內容豐富，對學科發展的把握和領悟比較準確。 本書的信息量非常大，對於那些有興趣更好地理解天然產物是如何由簡單的初級代謝合成砌塊組裝而成的高年級大學生、研究生和科研人員來說，它都是一本必不可少的教材和工具書。

作者簡介

主編：克裏斯托弗·沃爾什（Walsh）教授曾在麻省理工學院和哈佛醫學院任教，現在斯坦福大學的ChEM-H研究所工作。 唐奕（Yi Tang）是加州大學洛杉磯分校化學與生化工程系和化學系教授。 他們已經發表了三百多篇有關主要天然產物生物合成的研究論文。 他們的研究小組闡明了可用於組裝聚酮化合物，非核糖體肽和翻譯後修飾的新蛋白，氧化异戊二烯骨架，肽基核苷和真菌生物鹼的化學原理和新型酶。 通過對真菌基因組進行測序以鑒定新的生物合成基因簇，工程酵母細胞中的异源表達，過量生產，分離和結構表徵，他們在幾類天然產物中鑒定了基因，由基因編碼的酶和新穎的次級代謝產物的結構。

譯者：胡友財，中國醫學科學院藥物研究所，研究員，博士生導師，國家“”青年項目入選者，國家自然科學基金優青科學基金得主，北京協和醫學院“協和學者”特聘教授。

研究方向：天然產物化學和天然藥物生物合成研究。 在天然產物發現方面，成功利用基因組挖掘科技啟動真菌中的沉默基因簇，發現大量常規條件下難以產生的活性化合物。 在生物合成方向成功解析了潜在抗腫瘤藥細胞鬆弛素E、蛋白磷酸酶2A抑制劑Rubratoxin A以及Caspase 3抑制劑Duclauxin等重要分子的生物合成機制，發現多種功能獨特的適用於合成生物學的生物元器件。

擔任《Acta Pharmaceutica Sinica B》、《Chinese Chemical Letters》、《Chinese Journal of Natural Medicines》、《藥學學報》、《天然產物研究與開發》青年編委； 《中國中藥雜志》第十二届編委。 兼任北京藥學會第十六届理事會理事、北京藥學會天然藥物專業委員會副主任委員、中國菌物學會菌物化學專業委員會副主任委員。

目錄

第Ⅰ部分天然產物簡介

第1章天然產物骨架的主要類型及生物合成酶學機制003

1.1引言003

1.2初級代謝和次級代謝產物006

1.3聚酮類天然產物008

1.4肽類天然產物010

1.5异戊二烯/萜類天然產物014

1.6生物鹼017

1.7含嘌呤和嘧啶的天然產物021

1.8苯丙素021

1.9糖基化的天然產物022

1.10天然產物骨架的多樣性來自有限的合成砌塊和有限的酶家族026

1.11次級代謝途徑中一些值得注意的和不尋常的轉化028

1.12廣泛存在於天然產物生物合成途徑中的加氧酶029

1.13天然產物生物合成中的碳-碳鍵030

1.14同位素標記實驗驗證生物合成假說034

1.15對天然產物檢測和表徵的方法036

1.16小結：不同類型的天然產物具有不同的組裝原理038

1.17卷尾038

參考文獻039

第Ⅱ部分六類天然產物

第2章聚酮類天然產物045

2.1引言045

2.2聚酮類化合物具有多種多樣的骨架結構和治療價值047

2.3作為脂肪酸和聚酮類化合物合成砌塊的乙醯輔酶A、丙二酸單醯輔酶A及丙二酸單醯-S-醯基載體蛋白048

2.4脂肪酸生物合成原理及酶學機制適用於聚酮合酶050

2.5聚酮合酶（PKS）053

2.6主要聚酮結構的生物合成058

2.7聚酮合酶裝配線上或線下經[4+2]環化而成的聚酮類化合物：協同進行還是逐步進行？ 065

2.8多烯亞類的聚酮化合物076

2.9源自聚酮的聚醚類代謝產物079

2.10聚酮與其他天然產物在合成途徑上的融合084

2.11裝配線下的後修飾酶087

參考文獻088

第3章多肽來源的天然產物095

3.1引言095

3.2核糖體與非核糖體胺基酸的寡聚特性098

3.3使新生蛋白具有變形緊湊骨架的翻譯後修飾：RIPPs 100

3.4非核糖體肽合成酶裝配線：形成高度變形肽骨架的替代途徑117

3.5非蛋白源胺基酸合成砌塊118

3.6 NRPS裝配線原理：啟動、起始、延伸、終止123

3.7 NRPS終止步驟中的不同鏈釋放管道126

3.8 NRPS裝配線的結構特徵130

3.9肽鏈的裝配線前、裝配線上以及裝配線下修飾132

3.10 NRP-PK雜合體：機制和實例133

3.11小結141

參考文獻142

第4章异戊二烯類/萜類147

4.1基於异戊二烯的骨架結構蘊含種類最豐富的天然產物147

4.2 2-及3-异戊二烯基焦磷酸是生物體中用於頭-尾式烷烴鏈延伸的异戊二烯合成砌塊148

4.3長鏈异戊烯基焦磷酸骨架150

4.4合成IPP異構體的兩條途徑：經典及非經典途徑152

4.5兩分子2-IPP間的自縮合形成菊醯基環丙基骨架155

4.6碳正離子引發的骨架重排及淬滅156

4.7頭-頭及頭-尾模式的烷基化偶聯：C30和C40萜類化合物164

4.8角鯊烯2,3-氧化物及環化的三萜167

4.9由八氫番茄紅素生成胡蘿蔔素和維他命A 182

4.10异戊二烯類與其他類天然產物之間的反應187

4.11由焦磷酸香葉酯生成裂環馬錢素：异胡豆苷及上千種生物鹼的前體191

參考文獻194

第5章生物鹼199

5.1引言199

5.2生物鹼家族的分類200

5.3生物鹼生物合成途徑中常見的酶促反應202

5.4三種芳香胺基酸用作生物鹼的合成砌塊207

5.5色氨酸用作生物鹼的合成砌塊218

5.6以鄰氨基苯甲酸作為起始和延伸單元用於構建真菌肽基生物鹼的複雜性226

5.7由色氨酸生成吲哚並哢唑類生物鹼233

5.8由色氨酸氧化二聚化形成terrequinone 236

5.9其他生物鹼：甾體生物鹼237

5.10小結240

參考文獻241

第6章嘌呤和嘧啶衍生的天然產物245

6.1引言245

6.2 DNA和RNA中各嘌呤和嘧啶間的配對246

6.3 RNA世界的遺跡249

6.4嘌呤和嘧啶的經典生物合成路徑250

6.5咖啡因、可哥堿和茶鹼252

6.6植物异戊烯基腺嘌呤：細胞分裂素253

6.7核糖核苷酸的成熟及嘌呤和嘧啶天然產物的修飾254

6.8肽基核苷261

6.9小結269

參考文獻270

第7章苯丙素類天然產物的生物合成275

7.1引言275

7.2由苯丙氨酸生成對香豆醯輔酶A 277

7.3單木質醇、木脂素和木質素的生物合成281

7.4從對香豆醯輔酶A到所有其他類型苯丙素290

7.5從查爾酮到黃烷酮類化合物等296

7.6肉桂酸來源的苯丙素類305

7.7最後留意一種不同的苯丙素途徑：酪氨酸作為質體醌和生育酚類的前體310

7.8小結313

參考文獻314

第8章吲哚萜類：生物鹼Ⅱ319

8.1引言319

8.2由色氨酸生成三環骨架的兩條途徑： β- 哢啉和吡咯並吲哚319

8.3以Trp-Xaa二酮呱嗪NRPS裝配線產物為底物的區域選擇性异戊烯基化322

8.4吲哚環上的七個親核位點：豐富的可能性325

8.5真菌中由DKP產生色氨酸來源的生物鹼329

8.6細菌中五環吲哚哢唑類化合物的形成335

8.7長春堿類化合物：從异胡豆苷到水甘草堿再到文多靈337

8.8鞘絲藻毒素：單一生物合成途徑中吲哚環上的單電子和雙電子反應模式339

8.9由色氨酸生成環匹阿尼酸343

8.10小結346

參考文獻346

第Ⅲ部分天然產物生物合成途徑中的關鍵酶

第9章天然產物碳-碳鍵形成中的碳自由基353

A.加氧酶

B.氧依賴型鹵代酶

9.1引言353

9.2初級代謝與次級代謝中的加氧酶355

9.3氧化酶與加氧酶358

9.4加氧酶中的有機和無機輔因數361

9.5鐵依賴的加氧酶和黃素依賴的加氧酶催化的加氧反應的範疇與機制363

9.6特定天然產物途徑中的加氧酶370

9.7碳自由基與羥基自由基捕獲的解偶聯：天然產物生物合成中鐵依賴酶的次要還是覈心目的？ 381

9.8氧依賴型鹵代酶389

9.9底物氟化的非氧化途徑：氟化酶397

9.10小結：高價鐵（高價鐵氧物種）反應中間體的化學多功能性397

參考文獻399

第10章S-腺苷甲硫氨酸：生物合成中單電子和雙電子反應形式407

10.1引言407

10.2 SAM的有氧自由基化學反應411

10.3 SAM的厭氧自由基化學反應415

10.4自由基SAM酶的反應範疇419

10.5 SAM用作輔酶422

10.6 SAM作為可消耗的底物：無甲基轉移425

10.7惰性碳中心的甲基化：消耗兩分子SAM生成兩組不同的產物433

10.8 SAM的反應性和功能總結439

參考文獻440

第11章低聚糖和糖苷類天然產物445

11.1引言445

11.2葡萄糖是初級代謝中主要的己糖452

11.3糖基化天然產物的展示461

11.4 NDP-葡萄糖轉變為NDP-修飾己糖的化學邏輯467

11.5糖基轉移酶與糖苷酶的平衡：氰苷和硫代葡萄糖苷474

11.6氨基糖苷類：沒有苷元的寡糖480

11.7卡那黴素、妥布黴素、新黴素481

11.8鏈黴素483

11.9默諾黴素類484

11.10小結488

參考文獻488

第Ⅳ部分基因組非依賴性和基因組依賴性的天然產物發現

第12章天然產物的分離和表徵：不依賴基因的方法493

12.1引言493

12.2天然產物分離方法的歷史和現狀493

12.3特定天然產物的分離和表徵496

12.4研究實例：歷史與現狀499

12.5五種植物來源的天然產物500

12.6三種微生物代謝產物508

12.7天然產物庫的擴充511

參考文獻532

第13章後基因組時代的天然產物539

13.1引言539

13.2利用生物資訊學和計算來預測生物合成基因簇544

13.3膦酸酯類天然產物：基因組學能定義出完整的集合嗎？ 546

13.4异源表達系統概述550

13.5途徑重構的精選實例552

13.6細菌基因組中基於生物資訊學的天然產物發現562

13.7大腸桿菌中的异源表達563

13.8利用代謝工程產生多樣化產物566

13.9採用隨插即用的方法從細菌尅隆轉錄沉默的未知功能基因簇569

13.10後基因組時代的比較代謝組學571

參考文獻574

主題詞索引578