天然產物生物合成：化學原理與酶學機制（簡體書）

《天然產物生物合成：化學原理與酶學機制》首先概述了天然產物的主要類別，然後詳細討論了六種不同類別天然產物形成的化學邏輯，並介紹了天然產物生物合成途徑中關鍵酶的結構生物學、功能和機制，最後對基因組依賴和非基因組依賴的天然產物發現的主要方法進行了總結和討論。本書作者是國際上天然產物生物合成領域頂尖的學者，圖書內容豐富，對學科發展的把握和領悟比較準確。本書的信息量非常大，對於那些有興趣更好地理解天然產物是如何由簡單的初級代謝合成砌塊組裝而成的高年級本科生、研究生和科研人員來說，它都是一本必不可少的教材和工具書。

一、關於生物合成天然產物的經典著作；
二、原著作者 唐奕 和 克裡斯托弗. 沃爾什 是美國及國際知名的生物合成專家；
三、內容新穎，全面。涵蓋了主要類型天然產物（聚酮化合物、肽、核苷、類異戊二烯/萜類化合物、生物鹼、苯丙素和糖苷）的生物合成
四、編寫方式不是百科全書式的，也不是闡明每一種亞型天然產物或有趣的化學官能團，而是將每一種天然產物結構類型所遵循的化學原理編成法典；
五、在每一類天然產物中都講述了幾種簡單的反應類型，有些在初級代謝中常見，有些在次級代謝途徑中比初級代謝途徑更頻繁。

第Ⅰ部分 天然產物簡介

第1章 天然產物骨架的主要類型及生物合成酶學機制003

1.1 引言 003

1.2 初級代謝和次級代謝產物 006

1.3 聚酮類天然產物 008

1.4 肽類天然產物 010

1.5 異戊二烯/萜類天然產物 014

1.6 生物鹼 017

1.7 含嘌呤和嘧啶的天然產物 021

1.8 苯丙素 021

1.9 糖基化的天然產物 022

1.10 天然產物骨架的多樣性來自有限的合成砌塊和有限的酶家族 026

1.11 次級代謝途徑中一些值得注意的和不尋常的轉化 028

1.12 廣泛存在于天然產物生物合成途徑中的加氧酶 029

1.13 天然產物生物合成中的碳-碳鍵 030

1.14 同位素標記實驗驗證生物合成假說 034

1.15 對天然產物檢測和表徵的方法 036

1.16 小結：不同類型的天然產物具有不同的組裝原理 038

1.17 卷尾 038

參考文獻 039



第Ⅱ部分 六類天然產物

第2章 聚酮類天然產物045

2.1 引言 045

2.2 聚酮類化合物具有多種多樣的骨架結構和治療價值 047

2.3 作為脂肪酸和聚酮類化合物合成砌塊的乙醯輔酶A、丙二酸單醯輔酶A及丙二酸單醯-S-醯基載體蛋白 048

2.4 脂肪酸生物合成原理及酶學機制適用於聚酮合酶 050

2.5 聚酮合酶（PKS） 053

2.6 主要聚酮結構的生物合成 058

2.7 聚酮合酶裝配線上或線下經[4+2]環化而成的聚酮類化合物：協同進行還是逐步進行？ 065

2.8 多烯亞類的聚酮化合物 076

2.9 源自聚酮的聚醚類代謝產物 079

2.10 聚酮與其他天然產物在合成途徑上的融合 084

2.11 裝配線下的後修飾酶 087

參考文獻 088



第3章 多肽來源的天然產物095

3.1 引言 095

3.2 核糖體與非核糖體氨基酸的寡聚特性 098

3.3 使新生蛋白具有變形緊湊骨架的翻譯後修飾：RIPPs 100

3.4 非核糖體肽合成酶裝配線：形成高度變形肽骨架的替代途徑 117

3.5 非蛋白源氨基酸合成砌塊 118

3.6 NRPS裝配線原理：啟動、起始、延伸、終止 123

3.7 NRPS終止步驟中的不同鏈釋放方式 126

3.8 NRPS裝配線的結構特徵 130

3.9 肽鏈的裝配線前、裝配線上以及裝配線下修飾 132

3.10 NRP-PK雜合體：機制和實例 133

3.11 小結 141

參考文獻 142



第4章 異戊二烯類/萜類147

4.1 基於異戊二烯的骨架結構蘊含種類最豐富的天然產物 147

4.2 2-及3-異戊二烯基焦磷酸是生物體中用於頭-尾式烷烴鏈延伸的異戊二烯合成砌塊 148

4.3 長鏈異戊烯基焦磷酸骨架 150

4.4 合成IPP異構體的兩條途徑：經典及非經典途徑 152

4.5 兩分子2-IPP間的自縮合形成菊醯基環丙基骨架 155

4.6 碳正離子引發的骨架重排及淬滅 156

4.7 頭-頭及頭-尾模式的烷基化偶聯：C30和C40萜類化合物 164

4.8 角鯊烯2,3-氧化物及環化的三萜 167

4.9 由八氫番茄紅素生成胡蘿蔔素和維生素A 182

4.10 異戊二烯類與其他類天然產物之間的反應 187

4.11 由焦磷酸香葉酯生成裂環馬錢素：異胡豆苷及上千種生物鹼的前體 191

參考文獻 194



第5章 生物鹼199

5.1 引言 199

5.2 生物鹼家族的分類 200

5.3 生物鹼生物合成途徑中常見的酶促反應 202

5.4 三種芳香氨基酸用作生物鹼的合成砌塊 207

5.5 色氨酸用作生物鹼的合成砌塊 218

5.6 以鄰氨基苯甲酸作為起始和延伸單元用於構建真菌肽基生物鹼的複雜性 226

5.7 由色氨酸生成吲哚並哢唑類生物鹼 233

5.8 由色氨酸氧化二聚化形成terrequinone 236

5.9 其他生物鹼：甾體生物鹼 237

5.10 小結 240

參考文獻 241



第6章 嘌呤和嘧啶衍生的天然產物245

6.1 引言 245

6.2 DNA和RNA中各嘌呤和嘧啶間的配對 246

6.3 RNA世界的遺跡 249

6.4 嘌呤和嘧啶的經典生物合成路徑 250

6.5 咖啡因、可可堿和茶鹼 252

6.6 植物異戊烯基腺嘌呤：細胞分裂素 253

6.7 核糖核苷酸的成熟及嘌呤和嘧啶天然產物的修飾 254

6.8 肽基核苷 261

6.9 小結 269

參考文獻 270



第7章 苯丙素類天然產物的生物合成275

7.1 引言 275

7.2 由苯丙氨酸生成對香豆醯輔酶A 277

7.3 單木質醇、木脂素和木質素的生物合成 281

7.4 從對香豆醯輔酶A到所有其他類型苯丙素 290

7.5 從查爾酮到黃烷酮類化合物等 296

7.6 肉桂酸來源的苯丙素類 305

7.7 最後留意一種不同的苯丙素途徑：酪氨酸作為質體醌和生育酚類的前體 310

7.8 小結 313

參考文獻 314



第8章 吲哚萜類：生物鹼Ⅱ319

8.1 引言 319

8.2 由色氨酸生成三環骨架的兩條途徑：β-哢啉和吡咯並吲哚 319

8.3 以Trp-Xaa二酮呱嗪NRPS裝配線產物為底物的區域選擇性異戊烯基化 322

8.4 吲哚環上的七個親核位點：豐富的可能性 325

8.5 真菌中由DKP產生色氨酸來源的生物鹼 329

8.6 細菌中五環吲哚哢唑類化合物的形成 335

8.7 長春堿類化合物：從異胡豆苷到水甘草堿再到文多靈 337

8.8 鞘絲藻毒素：單一生物合成途徑中吲哚環上的單電子和雙電子反應模式 339

8.9 由色氨酸生成環匹阿尼酸 343

8.10 小結 346

參考文獻 346



第Ⅲ部分 天然產物生物合成途徑中的關鍵酶

第9章 天然產物碳-碳鍵形成中的碳自由基353

A.加氧酶

B.氧依賴型鹵代酶

9.1 引言 353

9.2 初級代謝與次級代謝中的加氧酶 355

9.3 氧化酶與加氧酶 358

9.4 加氧酶中的有機和無機輔因子 361

9.5 鐵依賴的加氧酶和黃素依賴的加氧酶催化的加氧反應的範疇與機制 363

9.6 特定天然產物途徑中的加氧酶 370

9.7 碳自由基與羥基自由基捕獲的解偶聯：天然產物生物合成中鐵依賴酶的次要還是核心目的？ 381

9.8 氧依賴型鹵代酶 389

9.9 底物氟化的非氧化途徑：氟化酶 397

9.10 小結：高價鐵（高價鐵氧物種）反應中間體的化學多功能性 397

參考文獻 399



第10章 S-腺苷甲硫氨酸：生物合成中單電子和雙電子反應形式407

10.1 引言 407

10.2 SAM的有氧自由基化學反應 411

10.3 SAM的厭氧自由基化學反應 415

10.4 自由基SAM酶的反應範疇 419

10.5 SAM用作輔酶 422

10.6 SAM作為可消耗的底物：無甲基轉移 425

10.7 惰性碳中心的甲基化：消耗兩分子SAM生成兩組不同的產物 433

10.8 SAM的反應性和功能總結 439

參考文獻 440



第11章 低聚糖和糖苷類天然產物445

11.1 引言 445

11.2 葡萄糖是初級代謝中主要的己糖 452

11.3 糖基化天然產物的展示 461

11.4 NDP-葡萄糖轉變為NDP-修飾己糖的化學邏輯 467

11.5 糖基轉移酶與糖苷酶的平衡：氰苷和硫代葡萄糖苷 474

11.6 氨基糖苷類：沒有苷元的寡糖 480

11.7 卡那黴素、妥布黴素、新黴素 481

11.8 鏈黴素 483

11.9 默諾黴素類 484

11.10 小結 488

參考文獻 488



第Ⅳ部分 基因組非依賴性和基因組依賴性的天然產物發現

第12章 天然產物的分離和表徵：不依賴基因的方法 493

12.1 引言 493

12.2 天然產物分離方法的歷史和現狀 493

12.3 特定天然產物的分離和表徵 496

12.4 研究實例：歷史與現狀 499

12.5 五種植物來源的天然產物 500

12.6 三種微生物代謝產物 508

12.7 天然產物庫的擴充 511

參考文獻 532



第13章 後基因組時代的天然產物539

13.1 引言 539

13.2 利用生物信息學和計算來預測生物合成基因簇 544

13.3 膦酸酯類天然產物：基因組學能定義出完整的集合嗎？ 546

13.4 異源表達系統概述 550

13.5 途徑重構的精選實例 552

13.6 細菌基因組中基於生物信息學的天然產物發現 562

13.7 大腸桿菌中的異源表達 563

13.8 利用代謝工程產生多樣化產物 566

13.9 採用即插即用的方法從細菌克隆轉錄沉默的未知功能基因簇 569

13.10 後基因組時代的比較代謝組學 571

參考文獻 574



主題詞索引 578