生物轉(zhuǎn)化的類型和機制-在線瀏覽
2025-03-05 19:14本頁面
【正文】 + 2 eO 22 H2O2+ 2 H+氧 化 酶O2 + 4 e2 O2 2 H2O+ 4 H +氧 化 酶S u b = 底 物生物催化的氧化反應(yīng)類型 單加氧酶催化的氧化反應(yīng) ?單加氧酶（ monooxygenases）可以使氧分子（ O2）中的一個氧原子加入到底物分子中，另一個氧原子使還原型 NADH或 NADPH氧化并產(chǎn)生水（ H2O）。 單加氧酶所催化的一些反應(yīng)類型 S u b + N A D ( P ) H + H+ + O2S u b O + N A D ( P )+ + H2O單 加 氧 酶輔 酶 循 環(huán)C H C O HH O HOR1R2OR1OR2RORR n X R n X OX = N , S , S e , P 底物 產(chǎn)物 反應(yīng)類型 輔酶類型 烷烴 醇 羥化 金屬 芳香烴 酚 羥化 金屬 烷基烴 環(huán)氧 化物 環(huán)氧化 金屬 含雜 原子 化合物 雜原 子氧 化物 雜原子氧化 黃素 酮 酯或 內(nèi)酯 BaeyerVilliger 黃素 羥化反應(yīng)是一類重要的氧化反應(yīng) ?碳氫化合物中非活潑的 C— H鍵的羥化是一種非常有用的生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)，傳統(tǒng)的有機化學(xué)合成方法幾乎不能進行這樣直接的羥化反應(yīng)。 環(huán)氧化反應(yīng) ?手性環(huán)氧化合物是一種重要的手性合成前體，可與多種親核試劑反應(yīng)產(chǎn)生重要的中間體。 ?另外，由單加氧酶催化的硫醚的氧化反應(yīng)也是非常重要的，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了很多能夠催化這類反應(yīng)的微生物。該反應(yīng)是指利用過氧羧酸氧化酮生成酯或內(nèi)酯，這是一個具有很高應(yīng)用價值的有機合成反應(yīng)。這類酶一般含有緊密結(jié)合的鐵原子，如血紅素鐵，其催化的典型反應(yīng)有以下三種（如圖所示）。烯烴可被一種雙加氧酶 脂氧酶氧化為脂質(zhì)氫過氧化物，其對細胞具有毒性，并能引起病變。大豆脂氧酶能夠催化天然的亞油酸的氧化并不有很高選擇性，同時對非天然的底物也能夠進行同樣的催化反應(yīng)。 ?同樣，由于過氧化酶的立體選擇性，此酶還可用于消旋體氫過氧化物的拆分。 氧化酶和脫氫酶的催化反應(yīng) ?氧化酶催化電子轉(zhuǎn)移到分子氧中，以氧作為電子受體，最終生成水或過氧化氫。 ?其中有些具有重要的應(yīng)用價值。脫氫酶能夠催化多元醇分子中的某一羥基區(qū)域選擇性氧化，而化學(xué)方法需要對多元醇中的其他羥基進行保護和脫保護的反應(yīng)。 三、水解反應(yīng) ?水解酶（ hydrolases， EC ）是最常用的生物催化劑，占生物催化反應(yīng)用酶的65%左右。 ?其中酯酶、脂肪酶和蛋白酶是生物催化手性合成中最常用的水解酶。 環(huán)氧化物水解 ?環(huán)氧化物是一類重要的有機化合物，是許多生物活性物質(zhì)合成的原料。 ?生物催化的烯烴環(huán)氧化反應(yīng)也能夠直接制備光學(xué)純的環(huán)氧化物。 腈水解 ?含有腈基的有機化合物是一類重要的原料。 ?腈水解可通過腈水解酶和腈水合酶兩種不同的酶來實現(xiàn)。 ?芳香族、雜環(huán)和不飽和脂肪腈一般被腈水解酶直接水解產(chǎn)生羧酸，而不形成中間體酰胺。 L氨基酸被廣泛用于醫(yī)藥、食品和手性合成中。 酰胺水解 ?氨基酸制備一般有微生物發(fā)酵法、化學(xué)合成法和酶法三種。 C O O R1RN H R2H2NC O O HRC O O HORRC O O HD LL脫 氫 酶水解酶裂合酶R ＝ 烷 基 、 芳 基 ； R 1 ＝ M e ， E t ， N H2， HR 2 ＝ 酰 基酶法制備 L?氨基酸的三種方法 工業(yè)上常用的酰胺水解酶有： ? 酰胺酶（ amidase）又稱氨基肽酶 ，其能催化消旋體氨基酸酰胺選擇性水解生成 L氨基酸； ? 氨基?；福?acylase）， 其能選擇性地催化 LN酰基氨基酸水解，如這類酶能夠催化消旋體 N乙酰色氨酸和 N乙酰苯丙氨酸水解拆分制備 L苯丙氨酸和L色氨酸； ? 乙內(nèi)酰脲酶俗稱海因酶 ，這類酶在體內(nèi)負責催化嘧啶堿基代謝中二氫嘧啶環(huán)的水解開環(huán)反應(yīng)，故又稱二氫嘧啶酶，常用的海因酶與酰胺酶和?；覆煌?，它優(yōu)先水解 D型對映體，屬 D海因酶； ? 內(nèi)酰胺酶， 其可用于消旋體內(nèi)酰胺的水解拆分，這些單一對映體的產(chǎn)物是合成很多生理活性物質(zhì)的重要中間體。 ?然而，其他四大類酶 —— 轉(zhuǎn)移酶、裂合酶、異構(gòu)酶和連接酶（合成酶） 在生物催化中也有著重要的應(yīng)用，它們能催化 C— C、 C— N、C— O以及 C==C和 C==O等化學(xué)鍵的生成或裂解反應(yīng)。 ?這類酶催化的底物有氨基酸、酮酸、核苷酸和糖等化合物，其中糖基轉(zhuǎn)移酶已被用來制備新型的糖。該酶不需要任何輔酶，是真正的水解酶。 ?由糖苷化酶水解的逆反應(yīng)可用于糖苷的合成，利用游離單糖作為底物直接進行糖苷合成反應(yīng)稱為直接糖基化，這是一個熱力學(xué)控制的反應(yīng)。 裂合反應(yīng) ?裂合酶 （ lyases， EC ）能催化一種化合物裂為兩種化合物或其逆反應(yīng)。裂合酶在工業(yè)生產(chǎn)中有著重要的應(yīng)用，它們能催化 C— C、 C— N和 C— O等鍵的裂合和生成，有時還伴隨雙鍵的形成。 醛縮酶 ?醛縮酶（ aldolases）能催化不對稱 C— C鍵的形成，并能使分子延長 2~3個碳單位，對有機合成極為有用。醛縮酶的底物專一性不高，能催化多種底物反應(yīng) 。偶姻反應(yīng) （ acyloin reactions）是指兩個分子醛縮合形成酮醇的反應(yīng)，如兩分子丁醛縮合形成丁偶姻（ C3H7CHOHCOC3H7）。 ?由 醇腈酶 （ oxynitrilase）催化的氰醇反應(yīng)所生成的手性氰醇，是合成除蟲菊酯類沙蟲劑的醇基部分。 第三節(jié) 參與藥物制備過程重要反應(yīng)的酶類及作用機制 ? 已經(jīng)研究和應(yīng)用了各種各樣的微生物來源酶于有關(guān)藥物制備和其他精細化學(xué)品的制備，特別是在消旋體的拆分、不對稱合成，以及其他復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)中的應(yīng)用。這些酶類參與的反應(yīng)涉及到如下幾個方面。 ?至今為止，在生物催化拆分中使用最多的是水解酶。這一不足從理論上講，通過有效地結(jié)合外消旋化可以來彌補。 ?外消旋化可以自發(fā)進行，如乙內(nèi)酰脲；也可以通過改變反應(yīng)條件，如 pH和溫度；或者通過使用外消旋酶來進行。 ?前一種方法的適用范圍不廣，后一種方法已經(jīng)在（ R） Nifenalol（硝苯洛爾）的制備過程中獲得了成功，其利用環(huán)氧化物水解酶催化和硫酸催化相結(jié)合的方法（如圖所示）。一個對稱的前手性分子，利用某一種特定的酶促僅對分子中的一個功能基團進行生物轉(zhuǎn)化，最終得到一個所期望的手性分子，這就是去對稱化。 利用脂肪酶對 2取代 1,3丙二醇進行 去對稱化的轉(zhuǎn)化反應(yīng) 不對稱合成 ?相對于生物催化拆分，用于生物催化不對稱合成的底物是一種 前手性前體 ，其通過對映體加成反應(yīng)，可以被轉(zhuǎn)化為所期望的光學(xué)活性化合物。 ? 參與藥物制備過程重要反應(yīng)的酶的種類很多，以下就脂肪酶、環(huán)氧化物水解酶和糖苷化酶的作用機制及有關(guān)內(nèi)容作一闡述。 脂肪酶既能夠水解長鏈酰基甘油，也能夠合成長鏈?；视停ㄈ鐖D所示
研究報告相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1