微生物药物学ppt课件:第二十二章－生物转化的类型和机制.ppt

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    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：

    * microbial transformation;

    * microbial conversion;

    * Biotransformation

    * Bioconversion

    * Biocatalysis

    * enzymation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(unnatural reactions)。

    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%。

    生物转化中常用的一些脱氢酶

    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)+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。

    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

    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 ......

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