Nature子刊|浙江大學揭示氧化偶氮鍵生物合成的分子機制

　　疊氮鍵是重要的化學鍵，在高能量密度的材料中起著至關重要的作用。 但是，疊氮鍵的生物合成機制仍然是個謎。

　　2019年10月8日，浙江大學藥物生物技術研究所李永泉教授團隊在Nature Communications在線發表了題為“Molecular mechanism of azoxy bond formationfor azoxymycins biosynthesis”的研究論文。該研究解析了天然產物中氧化偶氮鍵生物合成分子機制，首次揭示了由N-氧化酶催化的四電子轉移氧化反應以及由N-自由基偶聯的非酶促反應組成的生物合成途徑。

　　氧化偶氮鍵（azoxy bond）是高含能材料中一種非常重要的合成組件，但其生物合成機制迄今尚不明確。李永泉團隊利用隱性基因簇激活技術，從恰塔努加鏈霉菌（Streptomyces chattanoogensis）中挖掘到一類全新的天然產物氧化偶氮霉素，揭示了其生物合成途徑(圖1)，發現其中一個關鍵酶AzoC是氧化偶氮鍵的生物合成關鍵元件（Org. Lett. 2015, 17, 6114-6117）。

圖1. 氧化偶氮霉素的生物合成途徑

　　以對氨基芳香化合物為模型，研究團隊進一步進行體外時序及單分子轉化實驗，重構了氧化偶氮鍵生物合成過程，發現AzoC催化兩步雙電子氧化反應將氨基化合物轉化為羥胺化合物，并繼續氧化為亞硝基化合物（圖2）；隨后反應體系中的輔酶氧化還原對（NAD(P)+/NAD(P)H等）參與了亞硝基/羥胺化合物的快速相互轉化，通過非酶促的1+1單電子轉化反應生成氮原子自由基中間體，并快速縮合為氧化偶氮鍵（圖3）。

圖2. AzoC氧化氨基底物為氧化偶氮產物

　　該合成途徑的亮點主要有：1，非血紅素依賴型雙鐵離子N-氧化酶AzoC催化四電子氧化反應直接將氨基氧化為亞硝基；2，輔酶可以介導芳香族亞硝基/羥胺化合物的相互轉變，并參與氮原子的活化和自由基的生成，進而促進氧化偶氮鍵的合成；3，亞硝基是氧化偶氮鍵合成的重要合成子。論文研究結果為偶氮類新型高含能材料的合成生物學開發奠定了重要理論基礎。

圖3. NAD+/NADH介導的氧化偶氮鍵生物合成

　　李永泉教授為論文的通訊作者，毛旭明教授為共同通訊作者，博士后郭遠洋和博士生李珍華為論文的共同第一作者。論文得到了國家自然科學基金重點項目、自然科學基金重點國際合作項目、面上項目等項目資助。

　　李永泉教授簡介：李永泉，教授、博導，浙江大學求是特聘教授，國務院政府特殊津貼專家，浙江大學藥物生物技術研究所所長，浙江省微生物學會理事長，中國微生物學會理事，中國生物工程學會合成生物學專委會委員。以通訊作者在Nature Communications、Journal of Biological Chemistry、Molecular Microbiology、Applied and Environmental Microbiology等期刊發表SCI論文100余篇，主持863合成生物技術重大專項課題、新藥創制重大專項課題、國家自然科學基金重點項目、國家自然科學基金重點國際合作項目等課題，授權發明ZL18項，獲省部級科技獎一等獎2項。主要研究領域：微生物合成生物學，微生物制藥。

　　參考信息：

　　https://www.nature.com/articles/s41467-019-12250-1