第六讲典型生物催化的反应生成演示文稿

第六讲典型生物催化的反应生成演示文稿第一页，共五十九页。优选第六讲典型生物催化的反应生成第二页，共五十九页。最早在70多年前发现，催化己糖和其3C亚基反应目前底物范围广，酶种类非常多在醛或者酮的羰基上高度立体选择性的加上1C、2C或者3C部分主要有两类：不需要金属辅酶（高等植物和动物中），反应中形成希夫碱

需要Zn2+，主要存在于细菌和真菌中

第三页，共五十九页。第四页，共五十九页。第五页，共五十九页。酮为供体，醛为受体绝大多数醛缩酶对供体底物（亲核试剂）结构要求很高，对受体底物（亲电试剂）结构要求不高根据供体底物的类型分为四组，受体为醛，反应后受体醛的碳链分别延长2-3个C第六页，共五十九页。第七页，共五十九页。第八页，共五十九页。Fructose-1,6-diphosphatealdolase(RAMA:rabbitmusclealdolase)如果C－5是有手性的，则其立体选择性不高，获得一对非对映体产物第九页，共五十九页。R（天然底物）R（非天然底物）D-或L-苏糖H,Me,Et,n-Pr,i-Pr,CH=O,COOH,CH2FD-或L-赤藓糖CH2OCH2Ph,(CH2)2OH,CH(OCH3)CH2OHL-阿拉伯糖，D-核糖(CH2)2OMe,CHOHMe,CHOHCH2OMeD-来苏糖，D-木糖CH2Ph,COPh,(CH2)3CH=OD-3-磷酸甘油醛CH2P(O)(OEt)2,2-和3-吡啶基，4-环己烯基，CH2OP，环氧乙烷基第十页，共五十九页。底物范围：天然底物的结构类似物为底物，催化合成碳水化合物或其类似物，如催化含氮或者含硫糖类以及脱氧糖等。受体醛和天然受体底物D-3-磷酸-甘油醛结构差别很大，一般要遵循以下规则：1、无位阻的脂肪族醛、a-杂原子取代醛、保护的烷氧基醛可作为底物2、具有严重位阻的脂肪族醛，如三甲基乙醛不能作为底物，α,β-不饱和醛和容易发生α,β消除反应的醛也不能作为底物3、芳香醛反应性很差4、ω-羟基醛的末端羟基磷酸化产物比未磷酸化底物反应速度快

第十一页，共五十九页。供体要求非常严格，上式是可作为RAMA底物的DHAP类似物，反应速度降低一个数量级第十二页，共五十九页。糖类化合物合成抗HIV化学酶法合成第十三页，共五十九页。外性激素的合成第十四页，共五十九页。提高对映体选择性（α-取代醛产生消旋化）1、动力学控制2、热力学控制：产物稳定性，反应可逆3、形成的非对映体酮糖中的D-酮糖（DL）转化为D-醛糖，然后进行分离纯化第十五页，共五十九页。第十六页，共五十九页。醛糖的合成第十七页，共五十九页。第十八页，共五十九页。唾液酸醛缩酶：丙酮酸依赖型，用于制备体外α-酮酸衍生物丙酮酸需要过量：平衡常数接近1第十九页，共五十九页。乙醛第二十页，共五十九页。R赤型苏型R赤型苏型Me937PhCH2O(CH2)2-5447PhCH2OCH2-928Ph(CH2)3O(CH2)-928第二十一页，共五十九页。2转酮醇酶以Mg2+和焦磷酸硫胺素（TPP）为辅酶催化羟甲基酮从一个磷酸酮糖分子转移到另一个磷酸醛糖分子中催化醛糖链选择性的延长2C羟基丙酮酸作为底物时，反应不可逆，存在脱羧反应，不需要TPP第二十二页，共五十九页。第二十三页，共五十九页。转酮醇酶可以从酵母和菠菜中提取基因工程菌高效表达比醛缩酶对醛基部分的手性识别能力强优先催化R对映体的反应，可以进行动力学拆分α位无取代基的醛作为受体，反应的立体选择性降低第二十四页，共五十九页。3偶姻反应两分子醛缩合形成酮醇的反应面包酵母催化的偶姻反应与转酮醇反应相似反应机理：涉及到丙酮酸脱羧酶，催化丙酮酸脱羧形成C2单元，然后加成到醛上，形成R-α-羟基酮产物可被还原生成赤型二醇（α，β不饱和芳香醛和脂肪醛与α酮酸反应生成手性二醇，是重要中间体，但是产率不高，只有10－35％左右），反应遵循Prelog法则，对映体过量值一般可以大于90％第二十五页，共五十九页。第二十六页，共五十九页。第二十七页，共五十九页。醛基和碳碳双键也可以被面包酵母还原第二十八页，共五十九页。4Michael加成反应常规偶姻反应的一种变体添加三氟乙醇作为底物（产物的绝对构型无法预测，但是R型产物可能性较大）推测反应机理：三氟乙醇被酶氧化成三氟乙醛，后者与焦磷酸硫胺素加成，然后酰基阴离子加成到C＝C双键上，形成三氟甲基酮中间体，继而被DH选择性还原，生成手性三氟甲基醇或相应的内酯第二十九页，共五十九页。第三十页，共五十九页。水解酶催化的M加成反应第三十一页，共五十九页。亲核试剂酶e.e./%H2OCandidarugosalipase70Et2NHCandidarugosalipase71H2OPigliveresterase60Et2NHPigliveresterase69PhSHPigliveresterase50第三十二页，共五十九页。加成和消去反应氰醇反应：醇氰酶催化氢氰酸不对称加成到醛或者酮分子的羰基上，形成手性氰醇高度的立体选择性，R-或者S-醇氰酶（来源）杏仁、李子、樱桃等中提取，以R型酶为主芳香醛是最适底物，取代基可以在邻位或者对位；杂环芳烃如呋喃、噻吩等也能够有效反应第三十三页，共五十九页。链长不超过6C的直链脂肪醛和α,β不饱和醛、α位甲基取代醛、甲基酮都可以作为底物，乙基酮转化率很低S-醇氰酶主要来源于高梁类植物，如三叶胶，苜蓿等反应速度较慢，产物光学纯度不高氰醇的消旋：酸性pH，水含量低，其他供体第三十四页，共五十九页。第三十五页，共五十九页。R1R2e.e./%(R)R1R2e.e./%(R)Ph-H94(E)-CH3CH=CH-H69P-MeOPh-H93C2H5-Me762-furyl-H98n-C4H9-Me98n-C3H7-H92-96(CH3)2CH-(CH2)2-Me98n-C5H11-H67CH2=CH(CH3)-Me94t-Bu-H73Cl-(CH2)3-Me84第三十六页，共五十九页。R1R2e.e./%(S)R1R2e.e./%(S)Ph-H96-98m-Br-Ph-H92m-HO-Ph-H91-98p-Cl-Ph-H54p-HO-Ph-H94-99n-C5H11-H84m-MeOPh-H89n-C8H17-H85m-PhO-Ph-H96CH2=CH-H84第三十七页，共五十九页。水和氨的加成反应富马酸酶：水加成到富马酸形成L-苹果酸天冬氨酸酶：氨加成到富马酸生成L-天冬氨酸反式加成，底物特异性高，立体选择性好第三十八页，共五十九页。第三十九页，共五十九页。第四十页，共五十九页。糖基转移反应寡糖和多糖具有重要的生物学功能主要涉及：1、糖蛋白的分泌和胞内转移2、细胞间相互作用3、肿瘤形成4、病原体和细胞表面的相互作用第四十一页，共五十九页。在基础研究和应用研究中都非常重要直接分离提取困难：不经济（含量低、类似物多）化学合成过程复杂，保护－脱保护，总产率低生物合成是较好的选择第四十二页，共五十九页。1、糖基转移酶（Glycosyltransferases）负责体内寡糖的合成单糖需要磷酸化进行活化核苷酸磷酸化－Leloir

磷酸基团磷酸化－非Leloir

高度的底物专一性和立体选择性

2、糖苷酶（glycosidases）水解酶类，水解多糖形成寡糖和单糖，专一性较差第四十三页，共五十九页。每一个NDP糖有一个相应的转移酶第四十四页，共五十九页。Leloir途径：二磷酸核苷糖（NDP糖）糖基转移酶β-半乳糖基转移酶：糖基供体为UDP－Gal（尿苷二磷酸－半乳糖）受体产物Glc-OHβ-Gal-(1-4)-Glc-OHGlcNAc-OHβ-Gal-(1-4)-GlcNAc-OHβ-GlcNAc-(1-4)-Gal-OHβ-Gal-(1-4)-β-GlcNAc-(1-4)-Gal-OHβ-GlcNAc-(1-6)-Gal-OHβ-Gal-(1-4)-β-GlcNAc-(1-6)-Gal-OHβ-GlcNAc-(1-3)-Gal-OHβ-Gal-(1-4)-β-GlcNAc-(1-3)-Gal-OH第四十五页，共五十九页。Leloir

第四十六页，共五十九页。非Leloir

第四十七页，共五十九页。糖苷酶：外糖苷酶，内糖苷酶较高的底物专一性，但不是绝对底物专一性，对糖苷配基缺乏特异性另一种亲核性强的化合物可与之反应形成新的糖苷化合物第四十八页，共五十九页。糖苷合成的反应平衡：水－有机相两相体系活化的糖苷：转糖基反应，如氟化糖苷，芳基化糖苷（对硝基苯基糖苷）第四十九页，共五十九页。卤化和脱卤反应含卤素的化合物：天然，人造溴吲哚衍生物——Tyrian紫染料腓尼基人从软体动物中分离制得大约1000多种各种结构形式的卤代天然产物细菌、真菌、藻类、高等植物、海洋软体动物、昆虫和哺乳动物F和I比较少（陆地生物）

Cl和Br比较多（海洋生物）第五十页，共五十九页。卤化酶的生物学功能：不清楚，可能涉及到生物的防御机制比如：藻类合成卤素代谢物，不可食用研究历史比较短第五十一页，共五十九页。卤化反应尽管有非常多的卤素代谢物被分离鉴定，但是到目前为止，仅有一种卤化酶被分离纯化——卤素过氧化物酶（haloperoxidase）这种过氧化物酶在自然界中广泛存在催化如下反应（不包括F-）第五十二页，共五十九页。酶分别称为氯、溴、碘过氧化物酶，名字反映了它们所能氧化的最小的卤素唯一的卤化酶——广泛的底物专一性较低的底物选择性催化的反应中所引入的不对称因素较低霉菌：氯过氧化物酶藻类、细菌：溴过氧化物酶第五十三页，共五十九页。烯烃的卤化反应

1、反应机理和化学合成是类似的

2、卤正离子中间体