Biosynthesis of the Sesquiterpene Antibiotic Albaflavenone in Streptomyces coelicolor. Mechanism and Stereochemistry of the Enzymatic Formation of Epi-isozizaene

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作者
Xin Lin,David E. Cane
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:131 (18): 6332-6333 被引量:87
标识
DOI:10.1021/ja901313v
摘要

Epi-isozizaene synthase from Streptomyces coelicolor catalyzes the multistep cyclization of farnesyl diphosphate (2, FPP) to the tricyclic sesquiterpene hydrocarbon (+)-epi-isozizaene (3), which is converted in turn to the antibiotic albaflavenone (1) in a two-step, cytochrome P450-catalyzed oxidation. Competitive incubation of deuterated and nondeuterated samples of (3S)-NPP and (3RS)-NPP followed by GC−MS analysis of the degree of deuteration in the resulting labeled epi-isozizaene established that (3R)-NPP is the natural cyclization intermediate. Incubation of (3RS)-(Z)-[1-2H]NPP (4b) with epi-isozizaene synthase gave [11anti-2H]epi-isozizaene (3b), indicating that the SN′ cyclization of 4 involves the predicted anti stereochemistry, consistent with the inference from earlier experiments with chirally deuterated FPP. Incubation of separate samples of [12,12,12-2H3]FPP (2d) and [13,13,13-2H3]FPP (2e) gave epi-isozizaenes 3d and 3e, thereby establishing the stereochemical course of the cyclization of the proposed intermediate acorenyl cation 6, as well as the stereochemistry of the successive 1,2-methyl migration and deprotonation that generate the final product. Further insights into the mechanism and the role of the enzyme came from site-directed mutagenesis of active site residues in two universally conserved Mg2+-binding domains and the identification of six minor sesquiterpene products 9−13 and 15 produced by the wild-type and mutant proteins. The aberrant products are believed to result from derailment and premature quenching of the normal intermediates of the cationic cyclization cascade.
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