Ein funktioneller Wechsel zwischen Asperfumen‐ und Fusicoccadien‐Synthase und Eintritt in die Asperfumen‐Biosynthese durch einen vicinalen Deprotonierungs‐Reprotonierungsprozess

• Published in: Angewandte Chemie 2024-09, Vol.136 (38), p.n/a
• Main Authors: Liu, Jing‐Yuan, Lin, Fu‐Long, Taizoumbe, Kizerbo A., Lv, Jian‐Ming, Wang, Yong‐Heng, Wang, Gao‐Qian, Chen, Guo‐Dong, Yao, Xin‐Sheng, Hu, Dan, Gao, Hao, Dickschat, Jeroen S.
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: Biosynthese; Enzymmechanismen; Isotope; Terpenoide; Wasser-vermittelter Protonentransfer
• ISSN: 0044-8249; 1521-3757
• DOI: 10.1002/ange.202407895

Die Diterpensynthase AfAS wurde aus Aspergillus fumigatiaffinis identifiziert. Ihre Aminosäuresequenz und – einem Strukturmodell zufolge – die Architektur des aktiven Zentrums sind denen der Fusicocca‐2,10(14)‐dien‐Synthase PaFS sehr ähnlich, AfAS produziert jedoch ein strukturell viel komplexeres Diterpen mit einem neuartigen 6–5–5–5 tetracyclischen Gerüst namens Asperfumen. Der Cyclisierungsmechanismus von AfAS wurde durch Isotopenmarkierungsexperimente und DFT‐Rechnungen aufgeklärt. Die Reaktionskaskade verläuft in ihren ersten Schritten über ähnliche Intermediate wie die PaFS‐Kaskade, divergiert dann aber durch einen ungewöhnlichen vicinalen Deprotonierungs‐Reprotonierungsprozess, der eine Skelettumlagerung am Startpunkt der Stufen auslöst, die zum einzigartigen Asperfumen‐Gerüst führen. Das Strukturmodell zeigte nur einen wesentlichen Unterschied zwischen den aktiven Zentren: Der PaFS‐Rest F65 ist in AfAS durch I65 ersetzt. Interessanterweise zeigten ortsspezifische Mutageneseexperimente mit beiden Diterpensynthasen, dass Position 65 als bidirektionaler funktioneller Schalter für die Biosynthese von tetracyclischem Asperfumen im Vergleich zu strukturell weniger komplexen Diterpenen dient. Die Diterpensynthase AfAS aus Aspergillus fumigatiaffinis produziert Asperfumen mit einem neuartigen 6–5–5–5 tetracyclischen Gerüst. Dessen Cyclisierungsmechanismus wurde durch Isotopenmarkierungsexperimente und DFT‐Rechnungen untersucht. Durch ortsspezifische Mutageneseexperimente wurde der Rest 65 als entscheidender Schalter für die Bildung von Asperfumen oder strukturell einfacheren Diterpenen mit einem tricyclischen 5–8–5‐Gerüst entdeckt.