《微生物转化》PPT课件

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1、第二十五章药物生物转化张驰副教授第一节微生物转化反应概述生物转化是指外来化合物在体内，细胞或酶的作用经过一系列化学变化形成其衍生物或分解产物的过程，也成为代谢转化。生物转化常利用生长中的菌体，休止的菌体，酶，固定化酶以及固定化菌体作为母体进行药物的转化。主要的优点有反应的区域专一性和立体专一性。早在2500年前的春秋战国时期，人们就已经知道制酱和醋。在宋代，采用老的曲子进行接种酿酒。不过当时人们并没有认识到可以利用微生物来合成化学物质。1864年巴斯德利用乙酸杆菌将乙醇氧化为乙酸。工业化的里程碑是50年代美国普强

2、药厂利用微生物黑根霉的羟化酶将黄体酮转化为11α-羟基黄体酮，即对甾体化合物的结构改造。固定化细胞，基因重组等技术的发展，能将几种不同合成基因构建到同一个工程菌中使得一次培养同时进行几步转化反应，使微生物转化在天然药物修饰中发挥更重要的作用。微生物转化的发展第一阶段：菌体生长阶段，在该阶段中主要是供给菌体丰富的营养，使其充分繁殖发育。（温度，pH，通气条件，培养及成分。）第二阶段：微生物转化阶段，一般在生长阶段结束时加入底物溶液，有些还需加入诱导剂。微生物转化的不同阶段分批培养转化法利用酶进行生物转化应用渗透细胞

3、进行生物转化应用孢子进行生物转化应用固定化细胞进行生物转化应用干燥细胞进行生物转化静息细胞转化法常用的转化方法微生物转化实验概要过程如下：选择需要的菌株培养成熟菌丝或孢子选择合适的转化方式转化培养或转化菌丝及孢子悬浮液转化转化液的分离提取产品纯化微生物转化的过程由有活性中心都和特殊空间结构的酶作为催化剂；酶催化作用的速度极快；在常温常压和中性条件下进行高效转化反应，简化设备，降低成本；生物转化的专一性，故底物不要求很纯（Ex.粗淀粉）转化过程容易调节（简单的用酸，碱，温度，离子调节）转化过程产生杂质少，过程无毒，

4、无臭，无味，可用于食品，医疗。把含酶细胞或酶本身固定在载体上，可使转化过程连续化。酶来源广泛。可以实现化学反应无法做到的转化。微生物转化的特点第二节生物转化反应类型氧化反应还原反应缩合反应脱氢反应烷烃双端氧化碳链氧化降解123456最为常见的生物转化反应，在甾体药物合成上应用较多。环氧化反应是生物转化中的一个重要类型，C=C经氧化可形成环氧化合物，可生产磷霉素。氧化反应许多醛类，无论式脂肪族，还是芳香族，饱和或不饱和，羟基或卤素取代都能被微生物还原成醇。还原反应麻黄碱：利用微生物将苯甲醛和乙醛缩合成1-苯基-1-

5、羟基丙酮，再与甲胺缩合，用活性铅还原，得麻黄碱。缩合反应可的松脱氢后苯环形成双键，具有较高的抗炎活性。脱氢反应该法是降解甾体物质侧链的重要反应。采用链霉菌转化阿魏酸制备香草醛为例。碳链氧化降解第三节微生物转化在药物中应用甾体指的是固醇或皮质类激素，由于这类激素都含有相同的结构，所以统称为甾体类激素。甾体在临床上应用十分广泛，解热镇痛，消炎杀菌等。甾体微生物转化1950年Kendall,Reichstein与Hench因发现类固醇的消炎作用而获得诺贝尔奖。1952年以化学方法以牛胆汁中的脱氧胆酸为原料合成肾上皮质激

6、素，反应共需31个步骤，产品售价每克$200；1952年利用Peterson利用黑根霉产生的羟化酶将反应过程缩短为3个步骤，产品售价每克$6；1980年使用突变的分支杆菌分解植物油中的固醇以作为原料，产品价格每克$0.46。甾体合成技术的演进羟化反应环氧化反应脱氢反应A环芳构化还原反应水解反应甾体生物转化的类型羟化反应孕酮皮质激素环氧化反应A环芳构化脱氢甾体生物转化的原理和方法甾体生物转化的原理不同于氨基酸，抗生素，蛋白质等的发酵。而是利用微生物中特殊的酶对甾体的某一部位进行特定的化学反应获得的产物。在这一过程中

7、为获得较多的转化酶，我们需要确保菌体产酶的最佳条件，诱导所需要的酶，抑制不需要的酶。在菌体生长期结束后加入甾体底物，由于其不溶于但能溶于可与水按一定比例混溶的有机溶剂，再加入培养液中转化。根据转化时微生物的状态可分为4种转化方式：生长培养方式：在微生物培养的中后期加入底物，一边培养，一遍转化。静态菌体悬浮方式：菌体充分生长后，离心得到的菌体悬浮在水或适当的缓冲液中，再加入甾体进行转化。混合培养方式：以A出发转化成B，需要两种以上的酶参与，单独转化费时费力，所以常采用混合培养的方法，可以一步得到B省略了中间过滤步骤

8、。固定化方式：一次制成的菌液反复用于转化是可行的，为了避免溶菌，需要将其固定在水不溶载体上进行转化。影响甾体生物转化的因素物理因素搅拌：增加搅拌速度，可以增加溶氧使基质均匀，提高转化率。通气：增加氧的溶解，促进菌体生长及生物转化。培养基的组成碳源：常用的有葡萄糖，蔗糖，麦芽糖，糊精。氮源：（有机，无机金属离子：增加对转化有益的离子，去除负向影响的离子。产物的分析与分离方法