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本文档共59页；当前第1页；编辑于星期三\13点40分优选第六讲典型生物催化的反应生成本文档共59页；当前第2页；编辑于星期三\13点40分最早在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

本文档共59页；当前第3页；编辑于星期三\13点40分本文档共59页；当前第4页；编辑于星期三\13点40分本文档共59页；当前第5页；编辑于星期三\13点40分酮为供体，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本文档共59页；当前第6页；编辑于星期三\13点40分本文档共59页；当前第7页；编辑于星期三\13点40分本文档共59页；当前第8页；编辑于星期三\13点40分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本文档共59页；当前第9页；编辑于星期三\13点40分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，环氧乙烷基本文档共59页；当前第10页；编辑于星期三\13点40分底物范围：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

本文档共59页；当前第11页；编辑于星期三\13点40分供体要求非常严格，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本文档共59页；当前第12页；编辑于星期三\13点40分糖类化合物合成抗HIV化学酶法合成本文档共59页；当前第13页；编辑于星期三\13点40分外性激素的合成本文档共59页；当前第14页；编辑于星期三\13点40分提高对映体选择性（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，然后进行分离纯化本文档共59页；当前第15页；编辑于星期三\13点40分本文档共59页；当前第16页；编辑于星期三\13点40分醛糖的合成本文档共59页；当前第17页；编辑于星期三\13点40分本文档共59页；当前第18页；编辑于星期三\13点40分唾液酸醛缩酶：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本文档共59页；当前第19页；编辑于星期三\13点40分乙醛本文档共59页；当前第20页；编辑于星期三\13点40分R赤型苏型R赤型苏型Me937PhCH2O(CH2)2-5447PhCH2OCH2-928Ph(CH2)3O(CH2)-928本文档共59页；当前第21页；编辑于星期三\13点40分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本文档共59页；当前第22页；编辑于星期三\13点40分本文档共59页；当前第23页；编辑于星期三\13点40分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本文档共59页；当前第24页；编辑于星期三\13点40分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％本文档共59页；当前第25页；编辑于星期三\13点40分本文档共59页；当前第26页；编辑于星期三\13点40分本文档共59页；当前第27页；编辑于星期三\13点40分醛基和碳碳双键也可以被面包酵母还原本文档共59页；当前第28页；编辑于星期三\13点40分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本文档共59页；当前第29页；编辑于星期三\13点40分本文档共59页；当前第30页；编辑于星期三\13点40分水解酶催化的M加成反应本文档共59页；当前第31页；编辑于星期三\13点40分亲核试剂酶e.e./%H2OCandidarugosalipase70Et2NHCandidarugosalipase71H2OPigliveresterase60Et2NHPigliveresterase69PhSHPigliveresterase50本文档共59页；当前第32页；编辑于星期三\13点40分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本文档共59页；当前第33页；编辑于星期三\13点40分链长不超过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，其他供体本文档共59页；当前第34页；编辑于星期三\13点40分本文档共59页；当前第35页；编辑于星期三\13点40分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本文档共59页；当前第36页；编辑于星期三\13点40分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本文档共59页；当前第37页；编辑于星期三\13点40分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，立体选择性好本文档共59页；当前第38页；编辑于星期三\13点40分本文档共59页；当前第39页；编辑于星期三\13点40分本文档共59页；当前第40页；编辑于星期三\13点40分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本文档共59页；当前第41页；编辑于星期三\13点40分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本文档共59页；当前第42页；编辑于星期三\13点40分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，专一性较差本文档共59页；当前第43页；编辑于星期三\13点40分每一个NDP糖有一个相应的转移酶本文档共59页；当前第44页；编辑于星期三\13点40分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本文档共59页；当前第45页；编辑于星期三\13点40分Leloir

本文档共59页；当前第46页；编辑于星期三\13点40分非Leloir

本文档共59页；当前第47页；编辑于星期三\13点40分糖苷酶：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本文档共59页；当前第48页；编辑于星期三\13点40分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）本文档共59页；当前第49页；编辑于星期三\13点40分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）本文档共59页；当前第50页；编辑于星期三\13点40分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本文档共59页；当前第51页；编辑于星期三\13点40分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