关于NRPs及其主要结构域的研究现状【文献综述】.docVIP

毕业论文文献综述 生物工程 关于NRPs及其主要结构域的研究现状 摘要:许多微生物能利用非核糖体肽合成酶(NRPSs)合成结构复杂、种类繁多的的生物活性肽。非核糖体肽因其独特的理化特性和药理学特性已被广泛关注,极具商业开发潜力。NRPSs由多个模块组成,模块的不同空间排列顺序决定其多肽产物的氨基酸序列特异性。本文综述了NRPS主要结构域相关研究进展及应用前景展望。 关键词：非核糖体肽 非核糖体合成酶 作用机理 结构域 正文：在自然界,细菌[1]、蓝细菌[2]、放线菌[3]和真菌[4]等微生物,甚至果蝇[5]、小鼠[6]等动物,能通过非核糖体途径合成一系列低分子量的具有药用价值的多肽类次生代谢产物。这些多肽类物质结构复杂、种类繁多,统称为非核糖体肽(nonribosomal peptides,NRPs)。NRPs的生物合成是由非核糖体肽合成酶(nonribosomal peptide synthetases,NRPSs)、聚酮合成酶(polyketide synthases,PKSs)、NRPSs/PKSs杂合酶等多功能蛋白复合体完成。其中,NRPSs是NRPs生物合成的主要酶也是研究最多最深入的酶,由多个模块(module)组成,各模块的特定结构域具有特定的酶活性。虽然科学家们认识这个酶系已有几十年了,但直到最近才了解NRPSs的工作原理,并且开始尝试改变酶的结构,利用生物工程技术合成更多种类的药物[7]。 1非核糖体合成酶的抗菌物质功能、研究现状 1.1NRPs的抗菌物质及其应用 除了20种蛋白质源的氨基酸外,NRPs含有大量的稀有氨基酸,目前已经鉴定出300多种,包括D-氨基酸、α-羟酸、N-/O-甲基氨基酸、犬尿氨酸(kynurenine)等。有些NRPs形成环化或杂合环化的分子;有些还被糖基化、酰基化、脂质化等修饰,这些特点赋予了NRPs生理功能和生物活性的独特性和多样性[8]。 NRPs具有多种对微生物生存、生长繁殖等所必需的生理功能,概括起来主要有以下几方面:①抗生素(antibiotics),抑制他种竞争者生长,这是微生物界普遍存在的现象;②铁载体(siderophores),细菌、蓝细菌、真菌等在铁元素成为限制性生长因子时,作为铁离子强敖合剂的铁载体被大量诱导产生,而从环境或(特别是)宿主的铁结合蛋白中获得充足的铁离子[9];③毒素(toxins),作为选择性侵染特异宿主的毒力因子,突出的例子是:烟曲霉(Aspergillus fumigatus)产生的毒素gliotoxin可降低机体防御能力,能引起侵染性曲霉病(invasive aspergillosis, IA),烟曲霉已成为临床上仅次于白色念珠菌的一种重要的条件致病真菌[10];④含氮物质的储存场所,如某些蓝细菌肽(cyanophycin)[11];⑤作为调节生长、繁殖和分化的信号分子等。 1.2NRPs的研究现状 大量具有独特生物活性的非核糖体肽已经得到广泛应用或正处于研发中。应用最多的是多肽类抗生素,如杆菌肽、万古霉素、短杆菌肽等,在临床上具有高效的抗多种已产生抗生素抗性的革兰氏阳性病原菌的能力。此外,NRPs可作为免疫抑制剂药物,如环孢霉素(cyclosporine)[12];抗真菌药物,如fengycin[13];生物表面活性剂,如surfactinA[14];以及抗癌药物、细胞生长抑制剂和抗病毒药物等[15]。 多年来,人们积极探索如何利用NRPSs来生产有药用价值的活性肽,并取得了一些重大进展,例如:利用具有NRPSs的微生物通过发酵获得相应的多肽;利用NRPSs的某些特定结构域进行多肽的人工合成或半合成;对单个NRPSs模块或完整NRPSs的基因进行改造,或构建杂合的NRPSs,引入到受体菌,使之能合成我们需要的新的多肽等。 2非核糖体肽合成酶主要结构域、表达及其研究 非核糖体肽合成酶(NRPS)由多个模块组成,模块的特异结构域具有特定的酶活,催化相应单体结合到新生链肽中。(module)按特定的空间顺序排列而成,一个典型的模块由腺苷酰化(adenylation, A)结构域、肽酰载体蛋白(peptidyl carrprotein, PCP)结构域和缩合(condensation,C)结构域3个核心结构域组成。大多数NRPSs的模块数为3~15个,最高可达50个,模块的数量、种类和排列顺序决定了其最终的产物[16]。 2.1模块的主要结构域 2.1.1腺苷酰化结构域(adenylation结构域,简称A结构域) 在模块中,A结构域(约550氨基酸残基)是特异性的“守门者”。它们和4-香豆酸-CoA连接酶,酰基CoA-连接酶,及氧化还原酶组成了酰苷酸形成酶超家族,这些酶的界定依据是保守的腺苷酸结合基序。结构域和氨基酰-tRNA合成