Two Diterpene Synthases for Spiroalbatene and Cembrene A from Allokutzneria albata

Abstract

Two bacterial diterpene synthases from the actinomycete Allokutzneria albata were investigated, resulting in the identification of the structurally unprecedented compound spiroalbatene from the first and cembrene A from the second enzyme. Both enzymes were thoroughly investigated in terms of their mechanisms by isotope labeling experiments, site-directed mutagenesis, and variation of the metal cofactors and pH value. For spiroalbatene synthase, the pH- and Mn -dependent formation of the side product thunbergol was observed, which is biosynthetically linked to spiroalbatene.

Zwei bakterielle Diterpensynthasen aus Allokutzneria albata für Bonnadien sowie für Phomopsen und Allokutzneren

“…Die GC/MS‐Analyse von Duftstoffextrakten von A. albata zeigte die Emission von Diterpenen durch dieses Bakterium (Abbildung S1 der Hintergrundinformationen (SI)). Zwei andere jüngst identifizierte DTSs aus A. albata waren für ihre Produktion nicht verantwortlich, was die Frage nach ihrem biosynthetischen Ursprung aufwarf. Die Gene für zwei uncharakterisierte TSs wurden in den Expressionsvektor pYE‐Express kloniert (für Zugangscodes siehe SI) .…”

“…Das erste Enzym konvertierte GGPP in einen Diterpen‐Kohlenwasserstoff ( 1 ; Schema ) mit einem neuen 6‐7‐5‐spirotricyclischen Gerüst, dessen Struktur durch NMR‐Spektroskopie aufgeklärt wurde (Tabelle S2, Abbildungen S3–S9). Die Struktur wurde weiter durch 13 C, 13 C‐COSY von ( 13 C 20 )‐ 1 gestützt, das aus ( 13 C 15 )FPP und ( 13 C 5 )DMAPP mit der Isopentenyldiphosphat‐Isomerase (IDI) aus Serratia plymuthica und der GGPP‐Synthase (GGPPS) aus Streptomyces cyaneofuscatus erhalten wurde (Abbildung S10). In Anlehnung an den historischen Namen der Stadt Bonn (Bonna, gegründet 12 v. Chr.…”

Diterpenbiosynthese in Actinomyceten: Studien an Cattleyensynthase und Phomopsensynthase

“…Die Inkubation des ersten Enzyms aus S. cattleya mit Geranylgeranyl‐PP (GGPP) ergab ein Diterpen 1 als Hauptprodukt und wenige Nebenprodukte (Abbildung S4), aber Geranyl‐PP (GPP), Farnesyl‐PP (FPP) und Geranylfarnesyl‐PP (GFPP) wurden nicht umgesetzt. Das Hauptprodukt aus GGPP wurde isoliert und die Struktur durch NMR‐Spektroskopie aufgeklärt, inklusive 13 C, 13 C‐COSY mit einer Probe von voll markiertem ( 13 C 20 )‐ 1 , das enzymatisch aus ( 13 C 15 )FPP und ( 13 C 5 )DMAPP mit Isopentenyl‐PP‐Isomerase aus Serratia plymuthica und GGPPS aus Streptomyces cyaneofuscatus erhalten wurde (Tabelle S3 und Abbildungen S5–S13). Diese Daten lieferten die relative Konfiguration von 1 (Schema ), für das wir den Namen Cattleyen vorschlagen.…”

Mechanistic Studies on Trichoacorenol Synthase from Amycolatopsis benzoatilytica

“…Regarding the cyclization mechanism toward 1 , the 1,2‐hydride shift of the bisabolyl cation A toward B was followed by incubation of (3‐ 13 C,2‐ 2 H)GPP with IPP, FPPS and TaS, resulting in a triplet in the 13 C NMR spectrum for C7 of 1 (Figure S15). To investigate the final hydride shift sequence toward 1 (path A or B, Scheme ), the stereochemical identity of the shifting hydrogen atom from C4 was evident by 13 C NMR analysis of the products obtained from ( Z )‐ and ( E )‐(4‐ 13 C,4‐ 2 H)IPP, DMAPP, FPPS and TaS.…”

“…Whereas a triplet was observed for C4 in case of the Z sample, a singlet appeared in the E case (Figure B, C), demonstrating a selective movement of H E . Its destination was targeted using (7‐ 13 C)GPP and ( Z )‐ or ( E )‐(4‐ 2 H)IPP with FPPS and TaS resulting in a complementary outcome (Figure D, E). In conclusion, these results clearly show a 1,5‐hydride shift occurring in the cyclization toward 1 (path A).…”