Bakterielle Diterpenbiosynthese

Abstract

Dieser Kurzaufsatz fasst die jüngsten Entwicklungen in der Biosynthese von Diterpenen durch Diterpensynthasen in Bakterien zusammen. Der Text ist nach der Klasse der am ersten Schritt zu den Diterpenen beteiligten Enzyme strukturiert und beginnt mit Diterpensynthasen des Typs I, gefolgt von Enzymen des Typs II, und schließt mit den kürzlich entdeckten, mit UbiA verwandten Diterpensynthasen. Ein Schwerpunkt liegt auf der Betrachtung der Reaktionsmechanismen von Diterpensynthasen, die einfache lineare Vorläufer über kationische Reaktionskaskaden zu strukturell komplexen, meist polycyclischen Kohlenstoffgerüsten mit multiplen Stereozentren umsetzen. Ein weiteres Hauptaugenmerk dieses Kurzaufsatzes liegt auf der Frage, wie diese Mechanismen aufgeklärt werden können. Auch nachgelagerte Modifikationen zu bioaktiven Molekülen werden behandelt.

The Biosynthetic Gene Cluster for Sestermobaraenes—Discovery of a Geranylfarnesyl Diphosphate Synthase and a Multiproduct Sesterterpene Synthase from Streptomyces mobaraensis

“…[2,3] Their often highly complex skeletons are biosynthesized from two simple universal C 5 precursors, dimethylallyl diphosphate (DMAPP) and isopentenyl diphosphate (IPP), that are assembled by prenyltransferases (PTs) into oligoprenyl diphosphates, followed by terpene synthase (TS) mediated cyclizations through cationic cascade reactions into terpene hydrocarbons or alcohols. [4,5] Tailoring enzymes such as oxidases are often required to introduce bioactivity, and the extended knowledge about whole pathways allows for biotechnological approaches for compound production. [6,7] The bacterial farnesyl diphosphate (FPP) synthases (FPPS) from Escherichia coli and Bacillus stearothermophilus were already discovered three decades ago.…”

Biosynthesegencluster für Sestermobaraene – Entdeckung einer Geranylfarnesyldiphosphatsynthase und einer Multiprodukt‐Sesterterpensynthase aus Streptomyces mobaraensis

“…[2,3] Ihre oft hochkomplexen Skelette werden aus zwei einfachen universellen C 5 -Vorläufern, dem Dimethylallyldiphosphat (DMAPP) und dem Isopentenyldiphosphat (IPP), gebildet, die durch Prenyltransferasen (PTn) zu Oligoprenyldiphosphaten zusammengefügt werden, gefolgt von durch Terpensynthasen (TSn) vermittelte Cyclisierungen über kationische Kaskadenreaktionen zu Terpenkohlenwasserstoffen oder -alkoholen. [4,5] Modifizierende Enzyme wie Oxidasen werden oft bençtigt, um Bioaktivität einzuführen, und die erweiterte Kenntnis über vollständige Biosynthesewege erlaubt die biotechnologische Herstellung interessanter Verbindungen. [6,7] Die bakteriellen Farnesyldiphosphatsynthasen (FPPS) aus Escherichia coli und Bacillus stearothermophilus wurden schon vor drei Jahrzehnten entdeckt.…”

An Unusual Skeletal Rearrangement in the Biosynthesis of the Sesquiterpene Trichobrasilenol from Trichoderma

“…These precursor molecules are converted by the action of terpene cyclases (TCs) that ionise their substrate through diphosphate abstraction or protonation. [1][2][3][4][5] The inherent reactivity of the initially formed cation usually leads to a polycyclic skeleton with several stereogenic centres. [6] In these reactions, the main tasks of the enzyme are to control the substrate conformation, to trigger the start of the reaction by the ionisation step, to provide a hydrophobic cavity essentially free of water to prevent premature cation quenchings, and to terminate the reaction through a strictly controlled deprotonation or addition of water to the latest cationic intermediate.…”