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我科学家实现植物药可卡因的从头生物合成

2022/11/30 10:21:11 来源:科技日报

记者11月29日从中国科学院昆明植物所获悉,该所在植物药可卡因的生物合成研究方面取得重要进展。相关研究成果以封面文章形式发表在国际期刊《美国化学学会杂志》上。

托品烷生物碱是一类具有吡咯环和哌啶环骈合而成的托品烷基本骨架的生物碱,其代表性成员莨菪碱和可卡因具有悠久的药用历史,而且是目前仍在临床上广泛应用的重要天然药物,由于其不可替代性被FDA批准为口腔和鼻腔外科手术的局麻药。

近年来,昆明植物研究所黄胜雄研究员带领的天然产物生物合成及药用植物资源攻关团队,长期聚焦托品烷生物碱的生物合成研究,取得了一系列重要突破。今年,研究团队又从古柯科植物中鉴定了参与可卡因托品烷骨架构建的相关聚酮合酶,并揭示了古柯科和茄科聚酮合酶独立进化但功能趋同的独特现象。

近期,研究团队综合利用转录组分析、分子生物学以及有机化学合成等手段,解决了长期遗留的可卡因托品烷骨架构建的世纪难题,并在烟草中实现了可卡因合成路径的从头构建。此项研究,鉴定了负责可卡因托品烷骨架构建的氧化酶和甲基转移酶相关物质,明确了可卡因托品烷骨架的形成过程,纠正了长期存在但不正确的MPOA先甲基化后再氧化的猜想,也再次阐明了经典托品酮化学全合成的仿生合成之美。

在此基础上,研究人员进一步利用体外酶促实验表征了相关氧化酶和甲基转移酶的底物手性选择性,解决了可卡因生物合成路径中如何从消旋的MPOA生成手性托品烷骨架的疑惑,最终利用氧化酶CYP81AN15和甲基转移酶MT4,以及四个已鉴定的功能酶在烟草中组建最简生物合成路径,实现了可卡因的从头合成,这标志着一条接近完整的可卡因生物合成途径已阐明。


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