生物转化的类型和机制

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1、第二十二章生物转化的类型和机制第一节生物转化的定义与研究内容第二节生物转化的基本类型一、还原反应二、氧化反应三、水解反应四、转移和裂合反应第三节参与药物制备过程重要反应酶类的作用机制一、脂肪酶二、环氧化物水解酶三、糖苷化酶第一节生物转化的定义与研究内容生物转化的含义更强调的是：用微生物或酶来进行药物合成（或其他有机合成）过程中的某一步或几步反应，而那些直接来源于微生物的代谢产物是微生物进行“从头到尾”的合成过程。在许多国外文献中经常能够看到的描述这种技术的名词有：microbialtransf

2、ormation;microbialconversion;BiotransformationBioconversionBiocatalysisenzymation等。微生物(酶)转化是有机化学反应中的一个特殊的分支微生物转化的本质是某种微生物将一种物质（底物）转化成为另一种物质（产物）的过程，这一过程是由某种微生物产生的一种或几种特殊的胞外或胞内酶作为生物催化剂进行的一种或几种化学反应，简言之，即为一种利用微生物酶或微生物本身的合成技术。微生物(酶)转化是有机化学反应中的一个特殊的分支这些具

3、有生物催化剂作用的酶大多数对其微生物的生命过程也是必需的，但在微生物转化过程中，这些酶仅作为生物催化剂用于化学反应。由于微生物产生的这些能够被用于化学反应的大多数生物催化剂不仅能够利用自身的底物及其类似物，且有时对外源添加的底物也具有同样的催化作用，即能催化非天然的反应（unnaturalreactions）。在研究一个微生物（或酶）转化过程时，需要考虑的问题所用转化底物的选择；所用微生物对不同底物转化能力的考察、转化路线或转化反应的选择等；其中最主要的是寻找适合于所设计转化过程的微生物，以及

4、如何来提高这种微生物的转化能力，即提高这种酶活力；再则是发现一种新的酶或一种新的反应以便为设计一个新的微生物转化过程提供一条线索。用于转化的微生物或酶的多样性用于微生物转化的菌株或酶的筛选的范围应该尽可能地广，因为至目前为止已经发现了3000余种能够催化各种化学反应的酶，其中有些酶的催化效果比化学催化剂好；另外，微生物的多样性和其生理生化特性的多样性（它们能够修饰和降解许许多多有机化合物），使我们有可能找到某种微生物或酶来催化某种特定的和所期望的化学反应。第二节生物转化的基本类型一、还原反应脱

5、氢酶被广泛地用于醛和酮羰基以及烯烃碳-碳双键的还原，这种生物转化反应可使潜手性底物转化为手性产物，如图所示。面包酵母醇脱氢酶和马肝醇脱氢酶能催化酮不对称还原，其还原产物仲醇的对映体过量率接近100%。脱氢酶催化的还原反应生物转化中常用的一些脱氢酶脱氢酶名称特异性反应所需的辅酶商品化酵母醇脱氢酶PrelogNADH+马肝醇脱氢酶PrelogNADH+布氏热厌氧菌醇脱氢酶PrelogNADPH+羟基甾体醇脱氢酶PrelogNADH+弯孢菌脱氢酶PrelogNADPH-乳杆菌属的Lactobacill

6、uskefir醇脱氢酶Anti-PrelogNADPH+爪哇毛霉醇脱氢酶Anti-PrelogNADPH-甲单胞菌属醇脱氢酶Anti-PrelogNADPH-二、氧化反应氧化反应是向有机化合物分子中引入功能基团的重要反应之一。生物催化的氧化反应主要由三大类酶：单加氧酶、双加氧酶和氧化酶，它们所催化的反应如图所示。二、氧化反应单加氧酶和双加氧酶直接在底物分子中加氧，而氧化酶是催化底物脱氢，脱下的氢再与氧结合生成水或过氧化氢。脱氢酶与氧化酶相似，也是催化底物脱氢，但它催化脱下的氢与氧化态NAD(P)

7、+结合，而不是与氧结合，这是两者的主要区别。氧化反应表面上看是加氧或脱氢，其本质是电子的得失。单加氧酶、双加氧酶和氧化酶是催化底物氧化失去电子，并将电子交给氧，即氧是电子受体；脱氢酶催化底物失去电子，它将电子交给NAD(P)+，然后还原型NAD(P)H再通过呼吸链或NAD(P)H氧化酶将电子最终交给氧并生成水。生物催化的氧化反应类型1、单加氧酶催化的氧化反应单加氧酶（mono-oxygenases）可以使氧分子（O2）中的一个氧原子加入到底物分子中，另一个氧原子使还原型NADH或NADPH氧化并

8、产生水（H2O）。单加氧酶在生物催化的手性合成中有着重要的应用，图所示为该酶催化的一些反应类型。单加氧酶所催化的一些反应类型底物产物反应类型辅酶类型烷烃醇羟化金属芳香烃酚羟化金属烷基烃环氧化物环氧化金属含杂原子化合物杂原子氧化物杂原子氧化黄素酮酯或内酯Baeyer-Villiger黄素羟化反应是一类重要的氧化反应碳氢化合物中非活泼的C—H键的羟化是一种非常有用的生物转化反应，传统的有机化学合成方法几乎不能进行这样直接的羟化反应。但很多微生物能够直接进行烷烃和芳香烃的羟化反应，其中工业化应用最为广