Nature子刊 | 浙江大学揭示氧化偶氮键生物合成的分子机制
叠氮键是重要的化学键，在高能量密度的材料中起着至关重要的作用。 但是，叠氮键的生物合成机制仍然是个谜。
2019年10月8日，浙江大学药物生物技术研究所李永泉教授团队在Nature Communications在线发表了题为“Molecular mechanism of azoxy bond formationfor azoxymycins biosynthesis”的研究论文。该研究解析了天然产物中氧化偶氮键生物合成分子机制，首次揭示了由N-氧化酶催化的四电子转移氧化反应以及由N-自由基偶联的非酶促反应组成的生物合成途径。
氧化偶氮键（azoxy bond）是高含能材料中一种非常重要的合成组件，但其生物合成机制迄今尚不明确。李永泉团队利用隐性基因簇激活技术，从恰塔努加链霉菌（Streptomyces chattanoogensis）中挖掘到一类全新的天然产物氧化偶氮霉素，揭示了其生物合成途径(图1)，发现其中一个关键酶AzoC是氧化偶氮键的生物合成关键元件（Org. Lett. 2015, 17, 6114-6117）。
图1. 氧化偶氮霉素的生物合成途径
以对氨基芳香化合物为模型，研究团队进一步进行体外时序及单分子转化实验，重构了氧化偶氮键生物合成过程，发现AzoC催化两步双电子氧化反应将氨基化合物转化为羟胺化合物，并继续氧化为亚硝基化合物（图2）；随后反应体系中的辅酶氧化还原对（NAD(P)+/NAD(P)H等）参与了亚硝基/羟胺化合物的快速相互转化，通过非酶促的1+1单电子转化反应生成氮原子自由基中间体，并快速缩合为氧化偶氮键（图3）。
图2. AzoC氧化氨基底物为氧化偶氮产物
该合成途径的亮点主要有：1，非血红素依赖型双铁离子N-氧化酶AzoC催化四电子氧化反应直接将氨基氧化为亚硝基；2，辅酶可以介导芳香族亚硝基/羟胺化合物的相互转变，并参与氮原子的活化和自由基的生成，进而促进氧化偶氮键的合成；3，亚硝基是氧化偶氮键合成的重要合成子。论文研究结果为偶氮类新型高含能材料的合成生物学开发奠定了重要理论基础。
图3. NAD+/NADH介导的氧化偶氮键生物合成
李永泉教授为论文的通讯作者，毛旭明教授为共同通讯作者，博士后郭远洋和博士生李珍华为论文的共同第一作者。论文得到了国家自然科学基金重点项目、自然科学基金重点国际合作项目、面上项目等项目资助。
李永泉教授简介：李永泉，教授、博导，浙江大学求是特聘教授，国务院政府特殊津贴专家，浙江大学药物生物技术研究所所长，浙江省微生物学会理事长，中国微生物学会理事，中国生物工程学会合成生物学专委会委员。以通讯作者在Nature Communications、Journal of Biological Chemistry、Molecular Microbiology、Applied and Environmental Microbiology等期刊发表SCI论文100余篇，主持863合成生物技术重大专项课题、新药创制重大专项课题、国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金重点国际合作项目等课题，授权发明ZL18项，获省部级科技奖一等奖2项。主要研究领域：微生物合成生物学，微生物制药。
参考信息：
https://www.nature.com/articles/s41467-019-12250-1
