Overview

Authored by leading experts in the enzymology of natural product biosynthesis, this textbook provides a thorough description of the types of natural products, the biosynthetic pathways that enable the production of these molecules, and an update on the discovery of novel products in the post-genomic era. Although some 500-600,000 natural products have been isolated and characterized over the past two centuries, there may be a 10-fold greater inventory awaiting immediate exploration based on biosynthetic gene cluster predictions. The approach of this book is to codify the chemical logic that underlies each natural product structural class as they are assembled from building blocks of primary metabolism. This text will serve as a reference point for chemists of every subdiscipline, including synthetic organic chemists and medicinal chemists. It will also be valuable to bioinformatic and computational biologists, to pharmacognocists and chemical ecologists, to bioengineers and synthetic biologists.

Full Product Details

9781788010764

Table of Contents

Reviews

In diesem Jahr ist das Buch Natural Product Biosynthesis von Christopher T. Walsh und Ti Yang erschienen, das wahrlich Freude beim Studium macht. Wenn man mit vielen Kollegen uber Naturstoffe redet, dann begleiten das Thema oft ein grosser Respekt vor der schieren Mannigfaltigkeit der Metabolite und eine scheinbare Unubersichtlichkeit. Das vorliegende Buch verliert sich aber nicht in den zahllosen und teils artifiziellen Naturstoffklassen, sondern geht das Thema sehr systematisch an, was sich bereits im Untertitel Chemical Logic and Enzymatic Machinery zeigt. Die Naturstoffe werden hier also als das, was sie sind, aufgefasst, namlich chemische Verbindungen, die durch eine Biosynthese generiert werden. Klar wird hier aufgezeigt, dass die verschiedenen Naturstoff-bildenden Organismen das Rad nicht jedes Mal neu erfunden haben, sondern dass es ein paar wenige Biosynthesewege gibt, deren Schritte rekombiniert und leicht modifiziert werden, um eben scheinbar neue Naturstoffe zu generieren. Beim Studium des Buches wird also wirklich die chemische Logik, die im Untertitel versprochen wird, deutlich. Der zweite Teil des Untertitels, namlich die enzymatische Maschinerie, wird ebenfalls einleuchtend illustriert. Das durchgehend farbig gestaltete Buch veranschaulicht enzymatische Mechanismen nicht nur mit abstrakten Strukturformeln, sondern bedient sich auch der faszinierenden molekularen Strukturen von Enzymen. Optisch ist das Werk sehr ansprechend gestaltet und geizt nicht mit Abbildungen. Obwohl der Fokus ganz klar auf den Stoffwechselwegen und deren molekularen Mechanismen liegt, kann sich das Buch naturlich nicht der biologischen Funktion der Naturstoffe und deren pharmakologischen Nutzung entziehen. Die einzelnen Kapitelwerden durch Vignetten aufgewertet. Dem Leser werden in diesen Exkursen interessante Nutzungen, Wirkungen oder Geschichten zu ausgewahlten Naturstoffen prasentiert. Und so funktioniert der Spagat zwischen der immensen Anzahl der Naturstoffe, die hier auf eine chemische Logik kondensiert werden, und den wenigen prominenten Vertretern, die sonst oft nur lexikalisch verarbeitet werden, didaktisch sehr gut. Die abschliessenden Kapitel uber die Naturstoffforschung in der Postgenomik-AEra zeigen eindringlich, dass hier kein Stoff einer abgeschlossenen Disziplin rekapituliert wird, sondern eine lebendige Forschung im Gange ist. Das bringt mich auch schon zu meinem Fazit, fur wen sich das Buch eignet: Auch wenn die Autoren oder der Verlag das Buch als Referenzbuch fur Fachleute charakterisieren, wurde ich es ganz klar als Lehrbuch fur das fortgeschrittene Studium oder das fachmannische Selbststudium einstufen; didaktisch gut aufgearbeitet, optisch sehr ansprechend, exemplarisch und dennoch umfassend. Fur mich bleibt da die Hoffnung, dass das Buch - obwohl es ein Orchideenfach adressiert - einen so grossen Absatz findet, dass auch eine erschwinglichere Softcover-Version fur Studierende auf den Markt kommt. Nichtsdestotrotz wird hier ein ausgesprochen gutes Preis-Leistungsverhaltnis geboten. -- Thomas Classen * Biospektrum *

In diesem Jahr ist das Buch Natural Product Biosynthesis von Christopher T. Walsh und Ti Yang erschienen, das wahrlich Freude beim Studium macht. Wenn man mit vielen Kollegen uber Naturstoffe redet, dann begleiten das Thema oft ein grosser Respekt vor der schieren Mannigfaltigkeit der Metabolite und eine scheinbare Unubersichtlichkeit. Das vorliegende Buch verliert sich aber nicht in den zahllosen und teils artifiziellen Naturstoffklassen, sondern geht das Thema sehr systematisch an, was sich bereits im Untertitel Chemical Logic and Enzymatic Machinery zeigt. Die Naturstoffe werden hier also als das, was sie sind, aufgefasst, namlich chemische Verbindungen, die durch eine Biosynthese generiert werden. Klar wird hier aufgezeigt, dass die verschiedenen Naturstoff-bildenden Organismen das Rad nicht jedes Mal neu erfunden haben, sondern dass es ein paar wenige Biosynthesewege gibt, deren Schritte rekombiniert und leicht modifiziert werden, um eben scheinbar neue Naturstoffe zu generieren. Beim Studium des Buches wird also wirklich die chemische Logik, die im Untertitel versprochen wird, deutlich. Der zweite Teil des Untertitels, namlich die enzymatische Maschinerie, wird ebenfalls einleuchtend illustriert. Das durchgehend farbig gestaltete Buch veranschaulicht enzymatische Mechanismen nicht nur mit abstrakten Strukturformeln, sondern bedient sich auch der faszinierenden molekularen Strukturen von Enzymen. Optisch ist das Werk sehr ansprechend gestaltet und geizt nicht mit Abbildungen. Obwohl der Fokus ganz klar auf den Stoffwechselwegen und deren molekularen Mechanismen liegt, kann sich das Buch naturlich nicht der biologischen Funktion der Naturstoffe und deren pharmakologischen Nutzung entziehen. Die einzelnen Kapitel werden durch Vignetten aufgewertet. Dem Leser werden in diesen Exkursen interessante Nutzungen, Wirkungen oder Geschichten zu ausgewahlten Naturstoffen prasentiert. Und so funktioniert der Spagat zwischen der immensen Anzahl der Naturstoffe, die hier auf eine chemische Logik kondensiert werden, und den wenigen prominenten Vertretern, die sonst oft nur lexikalisch verarbeitet werden, didaktisch sehr gut. Die abschliessenden Kapitel uber die Naturstoffforschung in der Postgenomik-AEra zeigen eindringlich, dass hier kein Stoff einer abgeschlossenen Disziplin rekapituliert wird, sondern eine lebendige Forschung im Gange ist. Das bringt mich auch schon zu meinem Fazit, fur wen sich das Buch eignet: Auch wenn die Autoren oder der Verlag das Buch als Referenzbuch fur Fachleute charakterisieren, wurde ich es ganz klar als Lehrbuch fur das fortgeschrittene Studium oder das fachmannische Selbststudium einstufen; didaktisch gut aufgearbeitet, optisch sehr ansprechend, exemplarisch und dennoch umfassend. Fur mich bleibt da die Hoffnung, dass das Buch - obwohl es ein Orchideenfach adressiert - einen so grossen Absatz findet, dass auch eine erschwinglichere Softcover-Version fur Studierende auf den Markt kommt. Nichtsdestotrotz wird hier ein ausgesprochen gutes Preis-Leistungsverhaltnis geboten. -- Thomas Classen * Biospektrum * This is a highly recommended book for advanced undergraduate and graduate students, as well as for established investigators, interested to learn details on the astonishing metabolic diversity of the biosynthesis of natural products. -- Roberto G. S. Berlinck, Universidade de Sao Paulo This is a long-awaited book since the advent of molecular biology tools for the investigation of secondary metabolism in the 1980s. A complete monograph addressing the biosynthesis of natural products (secondary metabolites) at the genetic and enzymatic level did not exist, although several books presented specific topics on the biosynthesis of natural products based on such approach. Walsh's and Tang's work assembles the fundamental knowledge of modern approaches for the investigation of the biosynthesis of natural products, resulting in a textbook. The book is organized in four sections. Section I, Introduction to Natural Products , is comprised in a single chapter in which the authors provide an overview of the major classes of natural products and a brief presentation on how these compounds are biosynthetically constructed. Section II, Six Natural Products Classes , is divided into seven chapters that include a detailed discussion on the formation of polyketides, peptides, isoprenoids, alkaloids, purine and pyrimidines, phenylpropanoids, and indole terpenes. Section III describes the structural biology, function and mechanisms of Key Synthetic Enzymes in Natural Product Biosynthetic Pathways , including oxygenases and S-adenosyl methionine. Included in the same section, Chapter 11 covering glycosylation of metabolites presents a slightly different structure, with emphasis on glucosides diversity and glycosylation mechanisms. In the section IV, Genome-independent and Genome-dependent Detection of Natural Products , the two main approaches for the discovery of natural products are summarized and discussed in two chapters. While the authors did not attempt to present a comprehensive content, a task nearly impossible to perform, the examples selected provide an excellent overview of the major achievements on the biosynthesis investigation of secondary metabolites in the post-genomic era. The book includes the primary literature up to 2016 from key researchers that have advanced the field. The book illustrates the evolving biosynthetic experimental techniques starting with the use of radioactive precursors, the advent of nuclear magnetic resonance detection and ending with modern molecular and structural biology tools. The steps of biosynthesis of the major classes of natural products are explained in very clear detail. The chapters devoted to the biosynthesis of polyketides and peptides include an array of examples. Particular sections include the formation of aromatic moieties in fungal and bacterial metabolites, macrolactonization, cyclizations via cycloadditions, formation of polyethers, formation of unique structural groups in peptides such as thiazoles/oxazoles and their reduced derivatives, formation of C-C bonds between amino acids, formation of unique functional groups in peptides, non-proteinogenic aminoacids, and PKS and NRPS assembly lines. The chapter on terpenes highlights the particularities of mevalonate and of methylerythritol pathways, including mechanisms, the promiscuity of terpene cyclases, biosynthetic steps of physiologically and therapeutically relevant sterols, as well as the importance of carotene formation and its derivatives. Hybrid biosynthesis of PKS-terpenoids and alkaloid-terpenoids is also presented in this chapter. The alkaloid chapter describes the formation of major alkaloid classes, mainly in plants but also in fungi (indole-derived and anthranilate-derived) and bacteria (indolocarbazoles). Classical examples of plant aromatic, pyrrolizidine, piperidine and steroidal alkaloids are included. A few examples of fungal and bacterial alkaloids are mentioned in this chapter, since a separate chapter on indole-terpene alkaloids is included later. The contextualization of purine and pyrimidine alkaloids in relation to DNA and RNA synthesis and expression is very interesting. The biosynthesis of highly modified purines and pyrimidines is discussed, with many examples from plants and bacteria. The chapter on phenylpropanoids relates secondary metabolites with the production of lignin and lignans, illustrating the role of the major enzymes and biosynthetic steps in the formation of modified and dimerized lignans, as well as in the formation of hybrid metabolites, such as feruloyl derivatives, chalcones, stilbenes, flavonoids, phytoalexins and coumarins. A section describing the formation of plastoquinones and tocopherols is also included. The second chapter on alkaloids is directed to discuss the biosynthesis of indole terpenes, involving Pictet-Spengler and other cyclization reactions as observed for -carbolines, roquefortines, physostigmines, unusual and modified diketopiperazines. Indole prenylation and subsequent modifications is discussed in detail, mostly for fungal metabolites. Additional examples include Vinca alkaloids, bacterial indole terpenes, lyngbyatoxins and cyclopiazonic acids. The two chapters on structural biology and enzyme mechanisms present the formation of carbon-carbon bonds, mediated by free-radical intermediates. Pathways showing the participation of iron complexes, co-factors, heme-based cytochromes are well discussed and illustrated in the biosynthesis of distinct metabolites. A sub-topic on halogenases is also included, showing the versatility of oxidases and oxygenases in generating chemical diversity in secondary metabolites. The chapter on S-adenosyl methionine presents an excellent discussion on methylation and carbon-carbon bond formation mediated by SAM, by both ionic and radical processes. The chapter on oligosaccharides and glycosides provides an excellent overview on the formation of aminoglycoside antibiotics, modified sugars, distinct glycosylation mechanisms and the importance of sugars for specific groups of natural products. These include the major aminoglycosides, several polyglycosidic compounds, plant hormones, glycosylated macrolactones, sterols and steroids, flavonoids and derivatives, anthracyclins, indolecarbazoles, vancomycin and derivatives, cyanogenic glycosides, among others. The two final chapters provide a summary of the major experimental approaches for the discovery and investigation of natural products. Chapter 12 mentions historical, economically and medicinally relevant examples of plant and microbial metabolites, including contemporary top-down approaches such as OSMAC, real-time mass spectrometry and target screenings. Chapter 13 presents a summary of gene cluster analysis, bioinformatics and computational predictions, heterologous expression, with examples from plant and bacterial kingdoms. The Walsh and Tang book is a pleasure to read, even considering its substantial amount of information. Drawings are mostly clear, few of which rather small probably due to space limitations. Only few mistakes have been found in the text and figures. Examples of biosynthesis investigations coming from the marine environment or from insects are not abundant, but certainly do not represent a drawback for this outstanding contribution in assembling a voluminous amount of information. It should be considered as essential for all those interested to better understand how natural products are assembled from biochemical precursors, complementary to Paul Dewick's Medicinal Natural Products and McMurry's and Bengley's The Organic Chemistry of Biological Pathways . This is a highly recommended book for advanced undergraduate and graduate students, as well as for established investigators, interested to learn details on the astonishing metabolic diversity of the biosynthesis of natural products. -- Roberto G. S. Berlinck, Universidade de Sao Paulo

Author Information

Prof Walsh was on the faculty of MIT and Harvard Medical School and is now affiliated with the ChEM-H Institute at Stanford University. Yi Tang is a professor of Chemical and Biochemical Engineering, and Chemistry at UCLA. Between them they have published more than 300 research papers on the biosynthesis of the major classes of natural products. Their research groups have deciphered chemical principles and novel enzymes for assembly of polyketides, nonribosomal peptides and posttranslationally modified nascent proteins, oxygenated isoprene scaffolds, peptidyl nucleosides, and fungal alkaloids. Through sequencing of fungal genomes to identify novel biosynthetic gene clusters, heterologous expression in engineered yeast cells, overproduction, isolation and structural assignment, they have identified genes, encoded enzymes, and the structure of novel secondary metabolites in several natural product classes. This broad set of research experience and expertise makes them an ideal pair of authors for Natural Product Biosynthesis: Chemical Logic and Enzymatic Machinery.

Tab Content 6

Customer Reviews

Recent Reviews

Countries Available