使用前端渲染复杂生物化学合成途径 (BIA)
苄基异喹啉类生物碱(BIA)是非常复杂的一类天然产物,但它们均源自于 L-酪氨酸。今天我们将演示如何利用目前系统内置的强大图论与二维 SMILES 拓扑引擎在浏览器端秒级动态渲染这些极其精密的酶促反应!
第一步:L-酪氨酸的双分支并行代谢
在植物体内,L-酪氨酸进入了两条平行的代谢路线:
第一条支路中,它在酪氨酸羟化酶(TH)的催化下生成 L-DOPA,接着在 AADC 的脱羧作用下生成 多巴胺:
L-酪氨酸转化为多巴胺
另一条平行的支路,L-酪氨酸被脱羧甚至被氧化脱氨(通过 MAO),直接生成醛类结构 4-羟基苯乙醛 (4-HPAA):
L-酪氨酸转化为 4-HPAA
第二步:Pictet–Spengler 核心母核成环反应
一旦植物同时储备了大量的多巴胺(亲核侧)与 4-HPAA(亲电侧),好戏就开场了。
在一种叫做去甲乌药碱合成酶(NCS)的催化下,两者发生高度立体选择性的 Pictet–Spengler 缩合,精准构筑出包含了标志性异喹啉环系的母核结构——(S)-去甲乌药碱。这是一切复杂 BIA 生物碱(如黄连素、吗啡等)共同的骨架起点!
多巴胺与 4-HPAA 缩合产生 (S)-去甲乌药碱的经典反应
后续:生成明星分子机制
(S)-去甲乌药碱 经过几步经典的 S-腺苷甲硫氨酸 (SAM) 依赖型酶的修饰(被加上了 N-甲基及多个 O-甲基),最终形成枢纽中心:(S)-番荔枝碱 (Reticuline)。
从此,代谢通路走向极尽的分化。
原小檗碱途径中,植物利用自由基或者黄素蛋白通过极其精妙的方式进行氧化碳-碳偶联构建刚性芳环结构;而在阿朴啡类生物碱合成中则经历了桥环直接偶联的构图机制,比如木兰花碱等活性分子的构建。
(S)-番荔枝碱的三维拓扑展示
技术注:通过 SmilesDrawer 引擎以及我们的自适应 SVG 封装,上述图元全部都是无失真的纯前端即时渲染。相较于原来每次需要耗时数秒连向云端 LaTeX chemfig 引擎排队生成粗糙的缓存图片,现在的体验宛如行云流水!