NENAD ŽIDAK

Biosinteza heterocikličkih poliketida s

kisikovim i dušikovim heteroatomom

Kemijski seminar I

postdiplomski studij kemije, organska kemija

Prirodoslovno – matematičkog fakulteta Sveučilišta u Zagrebu

Zagreb

2017.

Znanstveni rad koji je osnova ovog seminara:

Hemmerling F., Hagn F., Biosynthesis of oxygen and nitrogen-containing heterocycles in

polyketides, Beilstein J. Org. Chem. 2016, 12, 1512-1550. doi:10.3762/bjoc.12.148

II

SADRŽAJ

1. UVOD ................................................................................................................................. 3

2. Poliketidi ............................................................................................................................ 4

2.1. Biosinteze heterocikličkih spojeva s kisikovim atomom ......................................................... 6

2.1.1. Pirani ................................................................................................................................ 7

2.1.2. Furani ............................................................................................................................. 14

2.2. Biosinteze heterocikličkih spojeva s dušikovim atomom ...................................................... 17

2.2.1. Piridoni .......................................................................................................................... 18

2.2.2. Pirilidoni ......................................................................................................................... 24

3. ZAKLJUČAK ................................................................................................................. 26

4. LITERATURNA VRELA .............................................................................................. 27

5. Popis SHEMA I SLIKA.................................................................................................. 31

3

1. UVOD

Heterocikli su važni građevni elementi različith prirodnih spojeva svih klasa, ali su

također i građevni elementi mnogih sintetski dobivenih biološki aktivnih spojeva. Njihov

doprinos se posebice očituje kroz njihova strukturna i fizikalna svojstva te jasno biološku

aktivnost. 2-4

Heterocikli mogu participirati pri kompleksiranju kationa, kao što je literaturno poznato

za ionofor polietera ili pak mogu potpomagati konformacijsku rigidnost molekula, što je pak

presudno kod vezanja molekula u aktivno mjesto.5

Ovisno o heteroatomu razlikujemo kisikove, dušikove i sumporove heterocikle.

Kisikovi heterocikli uglavnom su dio ugljikohidrata, poliketida, peptida i terpenoida, dok su

dušikovi heterocikli dio peptida i alkaloida. Jasno je da i kisikovi i dušikovi heterocikli mogu

biti dio odgovarajućih hibrida prirodnih spojeva. Heterocikli koji sadrže sumpor su prisutni u

manjem broju poliketida, te su zapravo dosta česti građevni elementi kada govorimo o

prirodnim peptidnim spojevima.6

Postoji jako puno biosintetičkih mehanizma za dobivanje heterocikala, i kreću se od

jednostavnih reakcija dodavanja ili kondenzacije do oksidacijskih zatvaranja prstena. Veliki

broj mehanistički različitih načina ciklizacije aktivira odgovorne enzime. Zbog važnosti

heterocikala, razumijevanje enzimologije dobivanja heterocikla iznimno je važna prekretnica

na putu korištenja enzima kao kemoalata pri sintezi prirodnih spojeva u medicinskoj kemiji.7,8

4

2. POLIKETIDI

Poliketidni prirodni spojevi dobivaju se biosintezom putem enzima poliketid sintetaze

(PKSs) tipa I-III. Tip I PKS su multimodularni megaenzimski kompleksi koji omogućavaju

biosintezu linearnih, reduciranih poliketida u procesu montažne linije koji koristi acil nositelj

proteine (engl. acyl carrier proteins, ACP), ketosintazu (engl. ketosynthase, KS) i acil

transferazu (engl. acyl transferase, AT) domene kao i ketoreduktazu (engl. ketoreductase, KR),

dehidratazu (engl. dehydratase, DH), enoil reduktaze (engl. enoyl reductase, ER) i tioesteraze

(engl. thioesterase, TE) domene.7,9

PKS intermedijeri ostaju vezani na megaenzim putem tioesterskog linkera tijekom

cijelog procesa.

Među tim domenama, samo su TE domene sudjelovale u ciklizaciji kao dio njihovog

standardnog katalitičkog puta (Shema 1).

Shema 1. Shematski prikaz reakcije ciklizacije katalizirane TE domenama. U većini slučajeva nukleofil označen s X je ili kiskov ili dušikov atom, što rezultira nastankom odgovarajućeg laktona odnosno laktama.1

Oni transaciliraju tioester s PKS-vezanog poliketida na nukleofil. Ako je nukleofil voda,

rezultat je dobivanje odgovarajuće karboksilne kiseline. Reakcijama okosnice, hidroksi grupe

ili amina, dobivaju se odgovarajući laktoni odnosno laktami. TE domene uglavnom tvore

makrocikle ili rijeđe srednje velike i male cikličke spojeve određene veličine.

5

Tip II i tip III PKS su monomodularni i daju aromatske strukture. Njihovi klasteri mogu

sadržavati dodatne domene ciklaze / aromataze i faktor duljne lanca koji zajedno dovode do

određene posebne sheme preklapanja poliketonskih prekursora, a time i odgovarajućih

prstenastih sustava.10-12

Većina heterocikala kada govorimo o poliketidma je dobivena odgovarajućim PKS

domenama i enzimima. One mogu biti aktivne prilikom slaganja provbitnog PKS prekursora

(npr. dobivanje pirana / furana oksa-Michaelovom adicijom), tijekom cijepanja potpunog

izduženog prekursora iz PKS (npr. kod tetronata, tetramata i piridona), ili tijekom

prilagođavanja post-PKS preslagivanja (npr. oksidativna ciklizacija kod biosinteze aureotina).

Cilj ovog rada je dati pregled mehanizama koji su uključeni u stvaranje heterocikličkih

spojeva tijekom biosinteze poliketida. Fokus je stavljen na heterocikličke spojeve koji sadrže

kisik i dušik zbog njihove velike važnosti i velikog broja spojeva. U ovom radu fokus je

usmjeren na male heterocikličke molekule čiji prstenovi sadrže od 3 do 6 atoma.

6

2.1. Biosinteze heterocikličkih spojeva s kisikovim atomom

Postoji 7 glavnih načina za biosintetsko dobivanje heterocikličkih spojeva s kisikom

(Shema 2.). Kao što se može vidjeti na Shemi 2, oni obuhvaćaju nukleofilnu adiciju hidroksilne

skuppine na elektrofile poput epoksida (4), karobnilne skupine (6) ili pak Michaelovog

akceptora (9), pri čemu treba imati na umu da su za pojedine spojeve potrebne daljnje reakcije

kako bi se sintetizirala željena ciljna molekula (1., 2. i 3. na Shemi 2).

Laktoni (12) se formiranju transacilacijom tioestera s hidroksi grupom (4. Shema 2). Pri

čemu Michaelovom adicijom – laktonska kaskada dovodi do dobivanja odgovarajućeg piranona

sa supstituentom na položaju 4 (16, 5. Shema 2). 3-acilfuran-2-oni (19, 3-acil-tetronati)

dobivaju se acilacijom putem Dieckamnove kondenzacije 2-hidroksitioestera (18) i

β-ketotioestera (17) (6. Shema 1). Furani se dobivaju putem oksidativne ciklizacije (21)

(7. Shema 1).

Shema 2. Prikaz mehanizama reakcija dobivanja odgovarajućih heterocikličkih spojeva s kisikom.1

7

2.1.1. Pirani

Kao što je prethodno rečeno postoji nekoliko biosintetskih mehanizama priprave pirana.

Radi se o šesteročlanim, nearomatičnim prestenima koji sadrže 5 atoma ugljika i jedan atom

kisika (Slika 1.), čija je molekulska formula C5H6O, te postoje 2 izomera koja se razlikuju po

položaju dvostruke veze. Pirani sami po sebi nemaju neku značajnu ulogu, no mnogi njihovi

derivati poput npr. piranoflavonoida imaju vrlo važnu biološku ulogu.13

Slika 1. Izomeri molekule pirana a) i b).

U ovom radu će nešto više riječi biti o oksa-Michaelovoj adiciji, reakcijama poluacetala

i otvaranju epoksidnog prstena kod biosintetskog dobivanja pirana.

2.1.1.1 oksa-Michaelova adicija

Oksa-Michaelovom adicijom na α, β-nezasićeni intermedijer tioestera rezultira

nastankom odgovarajućih heterocikličkih spojeva s kisikom, pri čemu se paralelno dobiju do 2

nova stereocentra. Na temelju klaster analiza različitih biosintetskih puteva priprave poliketida

biosintetski put je bio predložen, a tek je nedavno in vitro karakterizacijom utvrđena

odgovornost pojedinih katalitičkih jedinica. Kao primjer je dan biosintetski put dobivanja

pederina (24) i ambruticina (28), gdje su karakterizirane dvije piran formirajuće domene ciklaze

(Shema 3 i Shema 4).14, 15

8

Shema 3. Biosinteza pederina (24) i formiranje piranskog prstena.14

Shema 4. Biosinteza tetrahdiropirana (27) iz domene AmbDH# ambruticina koji katalizira dehidrataciju (25) i omogućava ciklizaciju.15

9

PedPS7 je monofunkcionalna piran sintaza (PS) domena koja katalizira formiranje

prstena iz α, β nezasićenog intermedijera u biosintezi PKS-NRPS hibridnog spoja pederina

(24).16, 17 Rekombinantna, izolirana domena transformirala je oba enantiomera strukturno

pojednostavljenog tetraketidnog prekursora surogat 22 u ciklizirane spojeve anti-23 i sin-23

(Shema 3a).14 In vitro reakcija s PedPS7 nastavlja s umjerenom stereoselektivnošću bez obzira

na konfiguraciju supstrata na C7.

Raspored je nešto drugačiji u slučaju AmbDH3 od biosintetskog puta ambruticina

(Shema 4).15 Ova bifunkcionalna domena katalizira oba koraka, dehidraciju

3-hidroksitioesterskog intermedijara 25 i ciklizaciju u tetrahidropiranski prsten 27. AmbDH3

je trenutno jedini poznati slučaj domene koja formira piran u cis-AT PKS.1

10

2.1.1.2 Reakcije poluacetala

Reakcije redukcije ili alkilacije poluacetala uz prisutnost Lewisovih kiselina su

uobičajni sintetski pristupi kod dobivanja pirana i furana. Poluacetali su također u biosintezi

međuprodukti koji daju opciju transformacije u pojedinačno funkcionalizirane heterocikličke

spojeve odnosno acetale. U jako puno slučajeva, poluacetali se mogu prikladno aktivirati kako

bi nastavili spontano reagirati u željenom smjeru. Uključivanje pojedinih enzima u takve

reakcije je relativno rijetko te je poznatno svega par slučajeva.

Piranonaftokinoni su spojevi koji se smatraju podgrupom bakterijskih i gljivičnih

poliketida s aglikonskom jerzom, a koji su građeni od naftalendiona i modificiranog piranskog

prstena (Slika 2).18. 19

Slika 2. Prikaz struktura piranonaftokinona iz kojih je vidljivo da svi sadrže nafta[2,3-c]piran-5,10-dion (32) ili nafta[2,3-c]piran-6,9-dion.21

11

Općenito njihovu biosintezu možemo podjeliti u 3 dijela: spajanje PKS atoma ugljika

kostura tipa II što uključuje i formiranje karbocikličke aromatske jezgre, post-PKS modifikacije

koje dovode do ugradnje kisikova heterocikla i na kraju njihovu modifikaciju putem djelovanja

različitih enizma. 20, 21

Aktinorodin (34) PKS je vjerojatno najbolje ispitivani tip II PKS-a i korišten je kao

modelni sustav kod istraživanja osnovnih karakteristika takvih iterativnih bakterijskih sustava.

Odgovarajući klaster biosintetskog gena je bio kloniran 1984., a geni su sekvencionirani 1992.

godine (Shema 5). 22, 23

Shema 5. Katalitičko djelovanje SalBIII na dehidrataciju spoja 29 i potom ciklizaciju u tetrahidropiran 30.24

12

2.1.1.3 Otvaranje epoksidnog prstena

Nukleofilno otvaranje epoksidnog prstena je vjerojatno najbrojnija vrsta reakcija koja

rezultira dobivanjem odgovarajućeg pirana odnosno furana. Ovdje u fokusu imamo dva

primjera kod kojih imamo dobivanje jednog piranskog prstena. Obje reakcije kao što ćemo

vidjeti odstupaju o karakteristične reakcije polieter intermolekulskog djelovanja jedne

epoksidaze i jedne ili više epoksidnih hidrolaza koje zajednički tvore nekoliko heterocikličkih

spojeva s kisikom.

Mupirocin je klinički važan antibiotik koji se koristi kod liječenja protiv Gram-

pozitivnih bakterija, a sastoji se od smjese psedomoničnih kiselina iz Pseudomonas fluorescens

NCIMB 10586 gdje je pseudomonična kiselina A glavni spoj (61), a čije biosintetsko dobivanje

je prikazano putem sheme (Shema 6).1

Shema 6. Biosinteza pseudomonične kiseline A (61).1

Iz sheme 6 vidljivo je da do formiranja piranskog prstena dolazi u spoju 57 nakon

dehidrogenacije, epoksidacije i otvaranja prstena uslijed djelovanja feredoksin dioksigenaze

MupT i dioksigenaze MupW.1

13

Drugi primjer gdje otvaranje epoksidnog pstena rezultira formiranjem odgovarajućeg

tetrahidropiranskog prstena je svakako biosinteza ambruticina (Shema 7).1

Shema 7. Biosinteza ambruticina, i dobivanje odgovarajućeg tetrahidropiranskog prstena.1

14

2.1.2. Furani

Kao što je prethodno rečeno postoji nekoliko biosintetskih mehanizama priprave pirana.

Radi se o peteročlanim prestenovima koji sadrže 4 atoma ugljika i jedan atom kisika (Slika 3.),

čija je molekulska formula C4H4O.

Slika 3. Molekula furana.

2.1.2.1 oksa-Michaelova adicija

Slično ranije opisanim PS domenama furanski prstenovi se također mogu biosintetizirati

putem oksa-Michaelove adicije. Kao primjer imamo nonactin (70) koji je najmanji homolog iz

grupe makrotetrolida, klaste cikličkih polietera koji imaju aktivnost kao ionoforni antibiotici

(Shema 11 a). Nonactin je produkt Streptomyces griseus, griceus ETH A7796 kao i

Streptomyces fulvissimus i sastoji se od 4 jedinice s neaktivnim kiselinama, koje tvore C2-

simetričnu (-)-(+)-(-)-(+) makrocikličku molekulu.25

Biosinteza nonactina (70) je ospežno proučavana i pokazuje više neobičnih značajki.

Geni ACP-manje, neiterativni tip II PKS su uključeni u nastanak nonacetoil-koenzima A (69a

i 69b). Biosintetski put počinje od sukcinil-koenzima A (65) i malonil-koenzima A (66), koji

su kondenizrani na 3-oksotioester i dalje prevedni u 4,6-dioksotioester (68) (Shema 11a).26

Nastali akiralni međuprodukt je preteča za 2 enantiospecifična puta.27

15

Shema 8. Biosinteza nonactina (70) koji je građen od 2 heterodimera nonactične kiseline.25, 28, 29

16

2.1.2.2 Oksidativna ciklizacija

Furanski prstenovi se mogu pripraviti izravno putem reakcije oksidacijske ciklizacije.

Najbolje istraženi primjer je biosinteza (+)-aureotina (79), koji je reducirani poliketid sa

snažnim antitumorskim, antifungalnim, antiparazitskim, pesticidnim i antitripanosomatskim

djelovanjem (Shema 9).

Kod biosinteze aureotina, formacija furanskog prstena dolazi u kasnom stupnju koji je

kataliziran citokrom P450 oksidazom AurH.13 Ovaj enzim omogućava dvije uzastopne CH

aktivacije na pozicijama 7 i 9a biosintetskog prekursora deoksi-aureotina (77), što u konačnici

rezultira oksidativnom ciklizacijom. Enzimski učinak je rekonstruiran in vitro i pokazano je da

se radi o sterespecifičnoj oksidaciji. Ova reakcija je iskorištena kod kemijsko-enzimske sinteze

(+)-aureotina (79). 31, 32

Shema 9. Homolog PS domene u oocidin A (76) katalizira biosintezu furana putem Michaelove adicije.33

Shema 10. Mehanizam oksidativne ciklizacije furana s AurH, gdje iz (+)-deoksiaureotina (77) dobivamo (+)-aureotin (79).30

Osim pirana i furana u heterocikličke spojeve s kisikom svakako se ubrajaju još i

policiklički sustavi, oksetani, epoksidi, piranoni, furanoni, te oksetanoni. Svi navedeni spojevi

se mogu prirediti određenim biosintetskim reakcijama koje poput prethodno navedenh

uključuju djelovanje pojedinih enzima, oksidativnu ciklizaciju, laktonizaciju, pregrađivanje

Favorskog, te Michaelovu reakciju.

17

2.2. Biosinteze heterocikličkih spojeva s dušikovim atomom

Heterociklički spojevi koji sadrže dušik se mogu pripremiti na 4 glavna načina

prikazana na shemi (Shema 11.).

Shema 11. Prikaz mehanizama za pripravu heterocikličkih spojeva s dušikom.1

Biosinteza piridona (203, 207, 211 ili 213) je mehanistički vrlo raznolika, a odvija se

putem reakcija kondenzacije između karbonilnih grupa i funkcijskih skupina koje sadrže dušik,

Michaelovom reakcijom adicije putem laktaminacijske kaskade (koja je slična mehanizmu koji

je prikazan u ovom radu za pripravu 4-supstituiranih piran-2-ona). Dieckmanonova

kondenzacija kao i oksidativna ekspanzija prstena tetramata (212, a-d u shemi 11). Tetramati

(209) se dobivaju putem Dieckmannove kondenzacije prikazane na Shemi 11, c.

18

2.2.1. Piridoni

Piridoni su spojevi koji su građeni u obliku šesteročlanih prstenova, općenite forumle

C5H4NH(O), koji se sastoje od 5 ugljikovih atoma, vodikovih atoma, jednog dušikovog i jednog

kisikovog atoma. Ovisno o položaju skupina razlikujemo 2-piridon (Slika 4.) i 4-piridon

(Slika 5.) koji oba imaju odgovarajući tautomer.

Slika 4. Prikaz molekule 2-piridona i njenog tautomera.

Slika 5. Prikaz molekule 4-piridona i njenog tautomera.

a) b)

19

2.2.1.1 Reakcije kondnzacije između karbonilne grupe i dušikova nukleofila

Visoko supstituirani α-piridoni koji imaju poliketidni lanac u položaju 6 su dobiveni uz

djelovanje PKS tipa I. Godine 2007. Grond i suradnici su izolirali iromicin 214 iz Streptomyces

bottropensis i dobili inicijalne informacije za biosintezu (Shema 12. a).34 Ti eksperimenti su

otkrili da svi ugljikovi atomi u heterocikličkom spoju su dobiveni iz acetatnih ili propionatnih

jedinica te da aminokiseline nisu uključene u taj proces. Također je utvrđeno da dušik potječe

iz transaminacije.

Shema 12. Biosinteza visoko supstituiranih α-piridona. a) Eksperimentalno je utvrđeno da poliketid dolazi iz iromicina A (214). b) Heterociklički spoj unutar piericidina A1 (221) je dobiven reakcijom kondenzacije između funkcijskih skupina

amida i ketona.1

20

2.2.1.2 Michaelova adicija

Biosinteza glutarimida je potpuno analogna biosintezi δ-laktona, kako je prikazano na

shemi (Shema 13).

Shema 13. a) Strukture rizoksina (130) i ciklohekisimida (131). Prikaz modela za dobivanje željenih δ-laktona 8b) ili glutarimida (c).35

21

2.2.1.3 Dieckmanova kondenzacija

Prirodno dobiven piridon iz aktinomicetala se mogu dobiti na analogan način kao i

tetramati.36 Razrađeni poliketidni međuprodukti su kondenzirani na amino skupinu PCP veze

β-alanina na terminalnom modulu sklopa PKS-NRPS (Shema 14). Dobiveni N-β-ketoacil-β-

alanil-S-PCP (3-(3-oksoalkilamido)propanoil-S-PCP, 225) je potom putem Dieckmannove

ciklizacije obrađen u odgovarajući heterociklički spoj 226 koji tautomerijom daje 4-hidroksi-

3-acilpiridin-2-on (227).36

Shema 14. Dieckmanova kondenzacija koja rezultira dobivanjem 3-acil-4-hidroksipiridin-2-ona (227), i koja miče biosintetski prekursor s PKS-NRPS hibrida tijekom biosinteze kiromicina (228).36

22

2.2.1.4 Oksidativna ekspanzija prstena

Oksidativna ekspanzija prstena je alternativna biosintetička strategija koja rezultira

nastankom piridonskih prstenova kod gljivičnih sustava. Prekursori tih reakcija su tetraminske

kiseline. Analizom insektrong patogena Beauveria bassiana vidimo da je stastavljen od strane

iPKS-NRPS hibrida i željenih N-β-ketoacil-β-tirosinil-S-PCP intermedijera (231) koji su

ciklizirani putem R* domene da bi se dobila odgovarajuća tetramična kiselina pretenelin A

(232, Shema 15. a). Dvije citokrom P450 monooksigenaze zatim kataliziraju uzastopnu

ekspanziju prstena u piridinon i N-hidroksilaciju. TenA je označen kao proširenje prstena

odgovorno za formiranje piridinona. Mehanizam ove neobične reakcije ekspanzije prstena

ostaje nejasan. Autori su ipak predstavili preliminarne indikacije da to upućuje na radikalni

mehanizam bez intermedijera koji bi se mogli izolirati (Shema 15. b).37 To je podržano

prisustvom protutenelina D (240) u soju divljeg tipa i u nekoliko nokautnih transformanata.

Konverzijski eksperimenti s ekstraktima bez stanica pokazali su da 240 nije kompetentni

supstrat enzima u klasteru.1

23

Shema 15. a) Biosinteza piridona tenelina (234). b) Radikalski mehanizam koji je predložen za opis oksidacijske ekspanzije

prstena u reakciji koja je katalizirana s TenA. c) Neki od fungalnih piridona koji sadrže hibrid iPKS-NPRS prirodnh spojeva.37, 38

24

2.2.2. Pirilidoni

2.2.2.1 Dickmanova kondenzacija

Tetramati, prirodni spojevi koji sadrže dio tetraminske kiseline (pirolidin-2,4-dion 251,

Shema 16) su izolirani iz kopnenih i morskih organizama, uključujući gljive, bakterije i

spuževe. Zbog različitih oksidacijskih stanja peteročlane heterocikličke jezgre i procesa

dobivanja, tetramati su strukturno vrlo složeni. Ova kemijski bogata raznolikost rezultira

širokim spektrom bioloških aktivnosti, uključujući antimikrobnu, antitumorsku i antivirusnu

aktivnost.1 Farmakološki najznačajniji tetramati su oni s 3-acil ograncima. Tetraminske kiseline

su obično prisutne u njihovu 2,4-diketo obliku (251) i 3-acetiltetraminske kiseline koja u načelu

ima 9 različitih tautomera, od kojih se obično 4 mogu detektirati u otopinama (252a-d, Shema

16. b).

Shema 16. a) Strukture tetraminske kiseline (251). b) Glavni tautomeri 3-acetiltetramične kiseline 252a-d.39

25

Shema 17. Katalizirana Dieckmannova ciklizacija tetramata ili 2-piridona dobivenog u biosintezi, npr. tirandamicina B (201), streptolildigin (282), α-lipomicin (283) i kiromicin (228).36

26

3. ZAKLJUČAK

Zbog atraktivne biološke aktivnosti i velikog broja spojeva, poliketidi koji sadrže

kisikove i dušikove heterocikle su vrlo važni i zanimljivi. Posljednjih godina vidljiv je stalni

napredak u razumijevanju njihove biosinteze uz obilje nove enzimologije. Sada je jasno kako

formiranje heterocikala nastaje iznimno širokim rasponom mehanizama. Ipak, još uvijek ima

dosta prostora za buduća istraživanja biosinteze drugih vrsta heterocikala kao i na katalitičkim

mehanizmima i strukturama ciklizacijskih enzima. U principu, svi ti enzimi također

predstavljaju buduće kandidate za razvoj novih vrsta biokatalizatora za kemijsko-enzimsku

sintezu.

27

4. LITERATURNA VRELA

[1] Hemmerling F., Hagn F., Biosynthesis of oxygen and nitrogen-containing heterocycles in

polyketides, Beilstein J. Org. Chem. 2016, 12, 1512-1550.

[2] Taylor, R. D.; MacCoss, M.; Lawson, A. D. G. J. Med. Chem. 2014, 57, 5845–5859.

doi:10.1021/jm401762

[3] Pozharskii, A. F.; Soldatenkov, A. T.; Katritzky, A. R. Heterocycles in Life and Society: An

Introduction to Heterocyclic Chemistry, Biochemistry and Applications, 2nd ed.; Wiley-VCH:

Weinheim, 2011. doi:10.1002/9781119998372

[4] Dua, R.; Shrivastava, S.; Sonwane, S. K.; Shrivastava, S. K. Adv. Biol. Res. 2011, 5, 120–

144.

[5] Liu, T.; Cane, D. E.; Deng, Z. The Enzymology of Polyether Biosynthesis. In Complex

Enzymes in Microbial Natural Product Biosynthesis, Part B: Polyketides, Aminocoumarins and

Carbohydrates; Hopwood, D. A., Ed.; Methods in Enzymology, Vol. 459; Academic Press,

2009; pp 187–214.

[6] Fischbach, M. A.; Walsh, C. T. Chem. Rev. 2006, 106, 3468–3496. doi:10.1021/cr0503097

[7] Friedrich, S.; Hahn, F. Tetrahedron 2015, 71, 1473–1508. doi:10.1016/j.tet.2014.12.026

[8] Lechner, H.; Pressnitz, D.; Kroutil, W. Biotechnol. Adv. 2015, 33, 457–480.

doi:10.1016/j.biotechadv.2015.01.012

[9] Hertweck, C. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 4688–4716. doi:10.1002/anie.200806121

[10] Tang, Y.; Tsai, S.-C.; Khosla, C. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 12708–12709.

doi:10.1021/ja0378759

[11] Weissman, K. J.; Leadlay, P. F. Nat. Rev. Microbiol. 2005, 3, 925–936.

doi:10.1038/nrmicro1287

28

[12] Staunton, J.; Weissman, K. J. Nat. Prod. Rep. 2001, 18, 380–416. doi:10.1039/a909079g

[13] Masamune, S.; Castellucci, N. T. (1962). "γ-Pyran". Journal of the American Chemical

Society. 1962, 84, (12): 2452–2453. doi:10.1021/ja00871a037

[14] Pöplau, P.; Frank, S.; Morinaka, B. I.; Piel, J. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 13215–

13218. doi:10.1002/anie.201307406

[15] Berkhan, G.; Hahn, F. Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 14240–14244.

doi:10.1002/anie.201407979

[16] Sudek, S.; Lopanik, N. B.; Waggoner, L. E.; Hildebrand, M.; Anderson, C.; Liu, H.; Patel,

A.; Sherman, D. H.; Haygood, M. G. J. Nat. Prod. 2007, 70, 67–74. doi:10.1021/np060361d

[17] Piel, J. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2002, 99, 14002–14007.

doi:10.1073/pnas.222481399

[18] Bieber, B.; Nüske, J.; Ritzau, M.; Gräfe, U. J. Antibiot. 1998, 51, 381–382.

doi:10.7164/antibiotics.51.381

[19] Naruse, N.; Goto, M.; Watanabe, Y.; Terasawa, T.; Dobashi, K. J. Antibiot. 1998, 51, 545–

552. doi:10.7164/antibiotics.51.545

[20] Metsä-Ketelä, M.; Oja, T.; Taguchi, T.; Okamoto, S.; Ichinose, K. Curr. Opin. Chem. Biol.

2013, 17, 562–570. doi:10.1016/j.cbpa.2013.06.032

[21] Das, A.; Khosla, C. Acc. Chem. Res. 2009, 42, 631–639. doi:10.1021/ar8002249

[22] Malpartida, F.; Hopwood, D. A. Nature 1984, 309, 462–464. doi:10.1038/309462a0

[23] Fernández-Moreno, M. A.; Martínez, E.; Boto, L.; Hopwood, D. A.; Malpartida, F. J. Biol.

Chem. 1992, 267, 19278–19290.

29

[24] Luhavaya, H.; Dias, M. V. B.; Williams, S. R.; Hong, H.; de Oliveira, L. G.; Leadlay, P.

F. Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 13622–13625. doi:10.1002/anie.201507090

[25] Shen, B.; Kwon, H.-J. Chem. Rec. 2002, 2, 389–396. doi:10.1002/tcr.10042

[26] Nelson, M. E.; Priestley, N. D. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 2894–2902.

doi:10.1021/ja016965f

[27] Ashworth, D. M.; Robinson, J. A.; Turner, D. L. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1 1988,

1719–1727. doi:10.1039/p19880001719

[28] Woo, A. J.; Strohl, W. R.; Priestley, N. D. Antimicrob. Agents Chemother. 1999, 43, 1662–

1668.

[29] Rong, J.; Nelson, M. E.; Kusche, B.; Priestley, N. D. J. Nat. Prod. 2010, 73, 2009–2012.

doi:10.1021/np100421v

[30] Richter, M. E. A.; Traitcheva, N.; Knüpfer, U.; Hertweck, C. Angew. Chem., Int. Ed. 2008,

47, 8872–8875. doi:10.1002/anie.200803714

[31] Werneburg, M.; Hertweck, C. ChemBioChem 2008, 9, 2064–2066.

doi:10.1002/cbic.200800301

[32] Henrot, M.; Richter, M. E. A.; Maddaluno, J.; Hertweck, C.; De Paolis, M. Angew. Chem.,

Int. Ed. 2012, 51, 9587–9591. doi:10.1002/anie.201204259

[33] Matilla, M. A.; Stöckmann, H.; Leeper, F. J.; Salmond, G. P. C. J. Biol. Chem. 2012, 287,

39125–39138. doi:10.1074/jbc.M112.401026

[34] Surup, F.; Wagner, O.; von Frieling, J.; Schleicher, M.; Oess, S.; Müller, P.; Grond, S. J.

Org. Chem. 2007, 72, 5085–5090. doi:10.1021/jo0703303

[35] Sundaram, S.; Heine, D.; Hertweck, C. Nat. Chem. Biol. 2015, 11, 949–951.

doi:10.1038/nchembio.1932

30

[36] Gui, C.; Li, Q.; Mo, X.; Qin, X.; Ma, J.; Ju, J. Org. Lett. 2015, 17, 628–631.

doi:10.1021/ol5036497

[37] Halo, L. M.; Heneghan, M. N.; Yakasai, A. A.; Song, Z.; Williams, K.; Bailey, A. M.; Cox,

R. J.; Lazarus, C. M.; Simpson, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 17988–17996.

doi:10.1021/ja807052c

[38] Schmidt, K.; Riese, U.; Li, Z.; Hamburger, M. J. Nat. Prod. 2003, 66, 378–383.

doi:10.1021/np020430y

[39] Schobert, R.; Schlenk, A. Bioorg. Med. Chem. 2008, 16, 4203–4221.

doi:10.1016/j.bmc.2008.02.069

31

5. POPIS SHEMA I SLIKA

Shema 1. Shematski prikaz reakcije ciklizacije katalizirane TE domenama. U većini slučajeva nukleofil

označen s X je ili kiskov ili dušikov atom, što rezultira nastankom odgovarajućeg laktona odnosno

laktama.1 .................................................................................................................................................. 4

Shema 2. Prikaz mehanizama reakcija dobivanja odgovarajućih heterocikličkih spojeva s kisikom.1 .... 6

Shema 3. Biosinteza pederina (24) i formiranje piranskog prstena.14 .................................................... 8

Shema 4. Biosinteza tetrahdiropirana (27) iz domene AmbDH# ambruticina koji katalizira

dehidrataciju (25) i omogućava ciklizaciju.15 ........................................................................................... 8

Shema 5. Katalitičko djelovanje SalBIII na dehidrataciju spoja 29 i potom ciklizaciju u tetrahidropiran

30.24 ....................................................................................................................................................... 11

Shema 6. Biosinteza pseudomonične kiseline A (61).1 .......................................................................... 12

Shema 7. Biosinteza ambruticina, i dobivanje odgovarajućeg tetrahidropiranskog prstena.1 ............. 13

Shema 8. Biosinteza nonactina (70) koji je građen od 2 heterodimera nonactične kiseline.25, 28, 29 ..... 15

Shema 9. Homolog PS domene u oocidin A (76) katalizira biosintezu furana putem Michaelove

adicije.33 ................................................................................................................................................. 16

Shema 10. Mehanizam oksidativne ciklizacije furana s AurH, gdje iz (+)-deoksiaureotina (77)

dobivamo (+)-aureotin (79).30 ............................................................................................................... 16

Shema 11. Prikaz mehanizama za pripravu heterocikličkih spojeva s dušikom.1 ................................. 17

Shema 12. Biosinteza visoko supstituiranih α-piridona. a) Eksperimentalno je utvrđeno da poliketid

dolazi iz iromicina A (214). b) Heterociklički spoj unutar piericidina A1 (221) je dobiven reakcijom

kondenzacije između funkcijskih skupina amida i ketona.1 .................................................................. 19

Shema 13. a) Strukture rizoksina (130) i ciklohekisimida (131). Prikaz modela za dobivanje željenih δ-

laktona 8b) ili glutarimida (c).35 ............................................................................................................. 20

Shema 14. Dieckmanova kondenzacija koja rezultira dobivanjem 3-acil-4-hidroksipiridin-2-ona (227), i

koja miče biosintetski prekursor s PKS-NRPS hibrida tijekom biosinteze kiromicina (228).36 .............. 21

Shema 15. a) Biosinteza piridona tenelina (234). b) Radikalski mehanizam koji je predložen za opis

oksidacijske ekspanzije prstena u reakciji koja je katalizirana s TenA. c) Neki od fungalnih piridona koji

sadrže hibrid iPKS-NPRS prirodnh spojeva.37, 38 ..................................................................................... 23

Shema 16. a) Strukture tetraminske kiseline (251). b) Glavni tautomeri 3-acetiltetramične kiseline

252a-d.39 ................................................................................................................................................ 24

Shema 17. Katalizirana Dieckmannova ciklizacija tetramata ili 2-piridona dobivenog u biosintezi, npr.

tirandamicina B (201), streptolildigin (282), α-lipomicin (283) i kiromicin (228).36 .............................. 25

Slika 1. Izomeri molekule pirana a) i b). .................................................................................................. 7

Slika 2. Prikaz struktura piranonaftokinona iz kojih je vidljivo da svi sadrže nafta[2,3-c]piran-5,10-dion

(32) ili nafta[2,3-c]piran-6,9-dion.21 ...................................................................................................... 10

Slika 3. Molekula furana. ....................................................................................................................... 14

Slika 4. Prikaz molekule 2-piridona i njenog tautomera. ...................................................................... 18

Slika 5. Prikaz molekule 4-piridona i njenog tautomera. ...................................................................... 18