《分解木质素合成药物新途径》

  • 来源专题:生物科技领域知识集成服务
  • 编译者: 陈方
  • 发布时间:2020-04-08
  • 木质素由交联的酚类化合物组成,其作用是赋予木材以强度。在造纸过程中,为了防止制成的纸张泛黄,工人们会将木质素从木材中去除,这个过程会产生大量木质素废弃物,因此多年以来科学家们一直在研究如何重新利用这些木质素材料。虽然最近有几个研究小组提出了分解木质素的策略,但此类研究存在重大的方向性问题,也就是从木质素中可以得到哪些有用的产物?
    2019年10月11日的ACS Central Science期刊报道,荷兰格罗宁根大学的研究者提出了木质素平台化合物利用的新思路——合成药物活性分子。研究者发现,木质素衍生物与许多复杂药物具有结构相似性,可能是合成潜在候选药物的理想原料。通过开发利用木质素资源,可以使这些药物生产过程摆脱对石油化工产品的依赖,同时减少污染性废物的生产。
    该研究团队重点研究了苯扎西平类药物,其中包括抗焦虑药物安定(diazepam)。传统合成苯扎西平的过程需要使用可燃溶剂,合成步骤多,最终产生的废物几乎与苯并西平产物一样多。
    研究者利用他们之前提出的LignoFlex降解法得到了高产率的木质素单体,所得到的木质素单体利用均相钌催化剂进行官能化合成了一系列含氮中间体。这一类含氮中间体在低共熔溶剂体系中与甲醛作用生成了多种苯并氮杂卓类化合物。
    该研究的每一步合成,研究者都尽量选取绿色的溶剂并尽量减少有害副产物的产生,对将来药物分子的绿色合成提供很大的指导和借鉴意义。对于合成的一系列化合物,研究者进行了详细的细胞活性抑制作用测试,发现其中许多具有抗癌抗菌潜力的分子。

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  • 《我国学者在木质素选择性转化领域获进展》

    • 来源专题:中国科学院病毒学领域知识资源中心
    • 编译者:wuyw
    • 发布时间:2019-06-26
    • 近日,记者从华南理工大学获悉,该校李雪辉课题组与牛津大学教授Shik Chi Edman Tsang以及中国科学院过程工程所副研究员何宏艳等人联合攻关,在木质素选择性转化研究领域取得重要进展。相关研究成果以选择性氧化断裂木质素芳香环制备马来酸二乙酯为题,发表在Chem期刊上。 目前,绝大多数含碳的大宗化学品,均是以石油、煤等不可再生的化石资源为原料,通过复杂转化过程获得,由此也不可避免地带来温室效应、气候变迁及环境污染等系列问题。比如,马来酸酯是一类重要的大宗化学品,传统方法是通过苯或丁烷等石油基原料的氧化来生产,就存在诸多安全、环境等问题。 生物质资源具有来源广泛、产量巨大、可再生及其组成元素与当前大宗有机化学品接近等特点,将其高效转化为平台化合物或化学品,被认为是解决上述问题的一个重要途径。 据了解,生物质的重要组分木质素,是世界上储量最为丰富的可再生芳香聚合物,将木质素解聚制备高附加值芳香化合物的技术,备受关注。但由于木质素结构复杂,导致其解聚产物收率和选择性偏低,因此如何实现木质素的选择性转化是高效利用木质素及生物质的关键。 为了突破这一技术瓶颈,不同于常规解聚木质素获得芳香化合物的途径,李雪辉课题组提出选择性断裂木质素的苯环结构并通过原位酯化等强化模式,来实现木质素高值化转化的新策略。在温和条件下(160℃,5 h),马来酸二乙酯达到404.8 mg/g的产率以及72.7%的选择性。 随后,研究人员进一步深入分析发现,磷钨酸铜离子液体中五配位的Cu+结构是该过程的催化活性中心。 此外,课题组及其合作者还创新性地设计了一类新型微乳液反应器体系,基于木质素分子双亲性的结构特点,利用木质素的自表面活性作用模式,通过界面强化效应,实现了木质素的高效选择性解聚及自破乳过程,展示出了良好的工业应用前景。 在此基础上,研究人员进一步通过对木质素主要连接方式的解析,基于木质素主要结构单元和化学键的差异性并结合DFT计算等,设计并构建了系列木质素高效选择性解聚体系,实现了木质素特征化学键和结构单元的选择性断裂与裁剪。例如,设计并构建的Fe基功能化离子液体体系,可对木质素分子中的H结构单元实现高选择性裁剪,制备具有高附加值且用途广泛的肉桂酸甲酯(MPC)。
  • 《微生物所发现真菌合成黄酮柚皮素的新途径》

    • 来源专题:转基因生物新品种培育
    • 编译者:姜丽华
    • 发布时间:2022-12-07
    •   黄酮是一类主要由植物产生的多酚类化合物,在工业、食品和制药行业应用广泛。柚皮素作为一种平台化合物,是合成黄酮类化合物的关键步骤。在植物和细菌中,以对香豆酸(p-CA)为前体,经对香豆酰辅酶A连接酶(4CL)和III型聚酮合酶查尔酮合酶(CHS)催化生成柚皮素查尔酮,而后在查尔酮异构酶催化或pH改变自发异构化生成柚皮素。真菌中曾报道黄酮类化合物的产生,但其合成酶和途径鲜有报道。   近日,中国科学院微生物研究所尹文兵研究组利用靶向基因组挖掘策略,在植物内生真菌中发现了一个不同于常规途径黄酮柚皮素合成酶。该酶具有独特结构域组成(A-T-KS-AT-DH-KR-ACP-TE),是一个NPRS-PKS杂合酶,被鉴定为FnsA。研究通过异源表达、底物饲喂实验和体外酶促反应,证实了FnsA以游离的芳香酸(对香豆酸和对羟基苯甲酸)为底物,直接催化形成柚皮素。FnsA KS结构域系统进化分析表明,FnsAPKS属于I型PKS,不同于传统的III型PKS(CHS)。   鉴于FnsA催化柚皮素合成的新颖性,科研人员利用fnsA一个酶在酿酒酵母合成柚皮素,并以此基础从头构建了植物黄酮异鼠李素和金合欢素的生物合成途径。该研究证实了FnsA是一种新型的真菌柚皮素合酶,不同于传统的柚皮素合成途径,FnsA能催化对香豆酸或对羟基苯甲酸直接合成柚皮素。该研究通过工程fnsA从头合成植物黄酮异鼠李素和金合欢素,为微生物高效生产黄酮类化合物提供新策略。   相关研究成果以A fungal NRPS-PKS enzyme catalyses the formation of the flavonoid naringenin为题,发表在《自然-通讯》(Nature Communications)上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院基础前沿科学研究计划“从0到1”原始创新项目、中国科学院战略生物资源计划及中国博士后科学基金的支持。   尹文兵研究组长期致力于次级代谢产物产生的机理和合成调控机制研究,揭示真核微生物次级代谢产物产生的分子机理、生物合成途径和基因调控机制,为新活性化合物的发现提供新技术和新策略。