08微生物转化

1、 生物制药生物制药8 微微生物生物转转化化微生物转化：通过微生物细胞将复杂的底物进行结构修饰,即利用微生物谢过程中产生的某个或某一系列的酶对底物特定部位(基团)进行的催化反应. 利用微生物细胞或微生物酶取代或配合化学利用微生物细胞或微生物酶取代或配合化学方法进行方法进行有机合成有机合成。 微生物代谢过程中某一个酶或一组酶系对底微生物代谢过程中某一个酶或一组酶系对底物进行物进行催化反应催化反应。8.1 概概 述述 一、微生物转化与药物合成一、微生物转化与药物合成始于始于1864年巴斯德利用乙酸杆菌将乙醇氧化为乙酸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：工业化的里程碑：50年代美国普

2、强药厂的年代美国普强药厂的Murray和和Peterson利用微生物利用微生物黑根霉黑根霉(Rhizonpus nigricans)的羟化酶将黄体酮转的羟化酶将黄体酮转化为化为11-羟基黄体酮，羟基黄体酮，即对甾体化合物的结构改造即对甾体化合物的结构改造 固定化细胞、诱变和基因重组等技术的发展固定化细胞、诱变和基因重组等技术的发展, 使转化率成倍提使转化率成倍提高，并能将几种不同的合成基因构建到同一个工程菌中，使高，并能将几种不同的合成基因构建到同一个工程菌中，使一次培养可同时进行几步转化反应一次培养可同时进行几步转化反应 二、微生物转化反应的类型和应用二、微生物转化反应的类型和应用 （一）氧

3、化反应（一）氧化反应 1.葡萄糖酸制备 工业大规模生产葡萄糖酸 2.氮杂基团的氧化 氯霉素的微生物转化 （二）还原反应（二）还原反应（三）水解反应（三）水解反应 （四）缩合反应（四）缩合反应 麻黄碱的制备麻黄碱的制备国内主要采用植物提取法国内主要采用植物提取法欧美为化学合成法，需要进一步拆分欧美为化学合成法，需要进一步拆分利用生物转化法生产麻黄碱有许多优势利用生物转化法生产麻黄碱有许多优势丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶广泛存在于酵母细胞中广泛存在于酵母细胞中采用采用酵母细胞酵母细胞生物催化生物催化法可将丙酮酸与苯甲醛法可将丙酮酸与苯甲醛缩舍形成缩舍形成L-苯基乙酰基苯基乙酰基甲醇甲醇再经甲胺还原胺化

4、即可再经甲胺还原胺化即可得得L-麻黄碱。其苄位羟麻黄碱。其苄位羟基经乙酰化和羟基取代基经乙酰化和羟基取代可以产生构型转化得到可以产生构型转化得到(1S,2S)-2-甲氨基甲氨基-1-苯苯基丙醇，即基丙醇，即D-麻黄碱。麻黄碱。三、微生物转化反应的特点三、微生物转化反应的特点特点特点 蛋白酶为催化剂蛋白酶为催化剂对立体结构合成上具有高度的专一选择性对立体结构合成上具有高度的专一选择性反应速度快反应速度快反应条件温和反应条件温和优点：可在常温常压、接近优点：可在常温常压、接近中性中性pH的水溶液的水溶液中进中进行，减少器材损耗与环境污染。对反应物与产物行，减少器材损耗与环境污染。对反应物与产物之立

5、体异构物具有之立体异构物具有专一性专一性。缺点：易受有机溶剂或极端酸碱度的破坏。酶活缺点：易受有机溶剂或极端酸碱度的破坏。酶活性易受产物抑制。性易受产物抑制。8.2 甾体微生物转化甾体微生物转化甾体合成技术的演进甾体合成技术的演进1950年年 Kendall, Reichstein与与Hench因发现类固醇因发现类固醇的消炎作用而获得诺贝尔奖的消炎作用而获得诺贝尔奖 1952年，用化学方法以牛胆汁中的年，用化学方法以牛胆汁中的deoxycholic acid为原料合成为原料合成可的松可的松cortisone，反应共需，反应共需31个个步骤，产品售价每克步骤，产品售价每克$200 1952年利用

6、年利用根霉根霉Rhizopus产生的产生的羟基化酶羟基化酶将反应将反应过程缩短为过程缩短为3个步骤，产品售价每克个步骤，产品售价每克$6 1980年使用突变的年使用突变的分枝杆菌分枝杆菌Mycobacterium 分解分解植物油中的固醇作为原料，产品价格每克植物油中的固醇作为原料，产品价格每克$0.46 甾体药物A，B，C环为椅式构象，环为椅式构象，D环为信封式构象环为信封式构象六个手性中心六个手性中心ABCD1234567891011121317161514 3 primary carbons: 18, 19, 2118 secondary carbonsChemical and Micro

7、bial Transformation in the Production of Medically Important SteroidsExamples of Steroid Hydroxylation by Fungi一、微生物对甾体转化反应的类型和特点一、微生物对甾体转化反应的类型和特点（一）甾体微生物转化反应类型（一）甾体微生物转化反应类型 微生物几乎对甾体每一个位置都能转化微生物几乎对甾体每一个位置都能转化（二）微生物转化甾体的特点（二）微生物转化甾体的特点 1.两阶段发酵两阶段发酵 2.两相发酵两相发酵 二、甾体微生物转化反应的主要类型和机制二、甾体微生物转化反应的主要类型和机制（

8、一）羟化 目前国内外采用微生物转化的反应有9-羟基化、11,-羟基化及16-羟基化；A环1，2或4和5位的脱氢；3 ,羟基的脱氢，以及27位侧链的降解、不对称还原3,17,20位酮基等，它们都已分别在各种皮质激素、性激素、口服避孕药、蛋白同化激素、抗癌剂、利尿剂等药物的合成中成为关键步骤。反应机制：反应机制：微生物甾体羟化酶属P450超家族的单氧化酶。C11C11羟化羟化微生物特有反应微生物特有反应黑根霉黑根霉( (Rhizonpus nigricansRhizonpus nigricans) )的的羟化酶羟化酶能能使黄体酮转化为使黄体酮转化为1111- -羟基黄体酮羟基黄体酮8.3 8.3

9、微生物转化在制药工业上的应用微生物转化在制药工业上的应用 糖皮质激素类药物糖皮质激素类药物CH3OHCH3CH2OHOOHOCH3HOCH2OHOCH3一、微生物转化在甾体药物合成中的应用一、微生物转化在甾体药物合成中的应用CH3OHCH3CH2OCOCH3OOHHOCH3OHCH3CH2OCOCH3OOHHOFCH3醋酸氢化可的松醋酸氢化可的松醋酸地塞米松醋酸地塞米松CH3OHCH3CH2OCOCH3OOHHO醋酸泼尼松龙醋酸泼尼松龙（二）糖皮质激素类药物的合成（二）糖皮质激素类药物的合成l喜树碱l青篙素l人参皂苷二、微生物转化在天然药物研发中的应用二、微生物转化在天然药物研发中的应用HNO

10、OOHNOOONOOOOEtOOOHHHOOHHOOOAcOOOOHHAcOOSiEt3HOOONOOOOEtOOOHHAcOOSiEt3HOOO+OOOHAcOOHHOOOHONHOO脂肪酶PS-30290C,pH7.01. KOH,THF/H2O2. Ethyl Vinyl ether3. MeLi4. Benzoyl choride1. Et3SiCl/pyridine2. CH3COCl/pyridine1. DMAP/pyridine2. HCl,EtOH/H2OOAcOAcOAc(1)(2)(3)(4)(5)(3)(5)(6)紫杉醇的化学-酶合成法10-10-脱乙酰浆果赤霉素脱乙酰

11、浆果赤霉素-氨基-N-苯甲酰基-(2R，3S)-3-苯基异丝氨酸氮杂环丁酮衍生物三、微生物转化与其他药物制备三、微生物转化与其他药物制备（一）微生物转化与手性药物合成人体内在的手性环境可以识别手性药物对映体，使对映体在活性、代谢过程和毒性等方面存在显著差异。利用微生物转化对手性化合物的合成与拆分具有选择性高、步骤简单、成本低、产物回收率高等优点。如采用生物法半合成头孢菌素，只需两步就可以替代传统的化学生产法。 （二）（二）-葡萄糖苷酶抑制剂葡萄糖苷酶抑制剂米格列醇米格列醇(miglitol)(miglitol)的发现源于对的发现源于对野尻霉素野尻霉素的研究，原来作为的研究，原来作为抗沙门氏菌的抗生素具有较强的抗沙门氏菌的抗生素具有较强的葡萄糖苷酶抑制作用，继而葡萄糖苷酶抑制作用，继而成为第一个具有开发价值的淀粉酶抑制剂。成为第一个具有开发价值的淀粉酶抑制剂。1 1脱氧野尻霉素野尻霉素还原而得，也可由多种链霉菌和芽孢脱氧野尻霉素野尻霉素还原而得，也可由多种链霉菌和芽孢杆菌产生，同样具有糖苷酶抑制作用；杆菌产生，同样具有糖苷酶抑制作用；N N取代取代1 1脱氧野尻霉素具脱氧野尻霉素具有更好的降糖效果，米格列醇就是其中之一。有更好的降糖效果，米