酶工程作业题

生物催化在药品合成领域中应用作者王曼竹单位武汉工程大学生物工程02摘要:生物催化与生物转化是人类赖以生存生态系统将太阳辐射巨大能量加以固化与储存有效手段,是地球上一切生物质循环转化本质特征,也是人类从石油文明向“低碳经济”过渡最好路径。药用化合物通常是与人体内酶、蛋白质或其她功效性生物大分子发生特异性相互作用活性小分子。生物转化在手性药品和天然药品合成中较传统化学合成和天然提取方法含有显著优势。关键词:生物催化;生物转化;手性化合物;天然药品BiotransformationandItsApplicationinthePharmaceuticalSynthesisWANGMan-ZhuAbstract:BiocatalysisandBiotransformationhumansurvivalecosystemofthetremendousenergyofsolarradiationtobeaneffectivemeansofcuringandstorage,allbiomasscycleintotheessentialcharacteristicsoftheearth,isalsoahumanfromtheoilcivilizationtothelow-carboneconomythebestwaytotransition.Thepharmaceuticallyacceptablecompoundsaregenerallywiththebodyoftheenzyme,proteinorotherfunctionalbiologicalmacromoleculesactivesmallmoleculespecificinteractionoccurs.BiotransformationinthesynthesisofchiraldrugsandnaturaldrugscomparedwithtraditionalchemicalsynthesisandnaturalextractionmethodhasobviousadvantagesKeywords:Biocatalysis;Biotransformation;Chiralcompounds;Naturalmedicine;生物催化是指利用酶或细胞作为催化剂来完成化学反应过程,又称为生物转化。从数百年前生用生物催化剂关键是粗制酶和微生物整体细胞,在实际应用中各有千秋。酶含有反应步骤少、催化效率高、副产物少和产物易分离纯化等优点,而整体细胞含有不需要辅酶再生和制备简单等特点.生物转化大多是在室温或中性环境中进行,含有没有毒、无污染、低能耗、高效率、高选择性等优点。生物转化还能够合成化学上难以合成物质,尤其是复杂天然活性物质。生物转化还能够合成化学上难以合成物质,尤其是复杂天然活性物质。同时,采取化学合成—生物转化相结合合成方法。手性是自然界物质基础属性,组成生命有机体分子都是不对称分子,生命中普遍存在糖为D型、氨基酸为L型、DNA螺旋构象和蛋白质都是右旋,而且生命体内很多内源性化合物,包含与药品发生药动学和药效学相互作用天然大分子都含有手性。所以手性药品已成为国际新药研究与开发新方向之一SchoemakerH,MinkD,WubboltsM.Dispellingthemyths-bSchoemakerH,MinkD,WubboltsM.Dispellingthemyths-biocatalysisinindustrialsynthesis[J].Science,,299(5613):1694酶含有反应步骤少、催化效率高、副产物少和产物易分离纯化等优点,能够催化多个化学反应取得光学纯度和收率高手性化合物,能够用于手性化合物拆分和合成。酶催化手性化合物合成是将潜手性化合物和前体经过酶催化反应转化为单一对映体光学活性化合物,如氧化还原酶、裂解酶、羟化酶、水解酶、合成酶和环氧化酶等。手性药品是指分子结构中含有手性中心或者不对称中心药品,它包含单一立体异构体、2个或2个以上立体异构体混合物。因为药品作用靶点(如受体、酶或离子通道等)结构上高度立体特异性,手性药品不一样立体异构体与靶点相互作用不一样,从而产生不一样药理学活性,表现出立体选择性AgrawalY,BhattH,RavalH,etal.Chirality-aneweraofthera-peutics[J].Minireviewsinmedicinalchemistry,,7(5):451AgrawalY,BhattH,RavalH,etal.Chirality-aneweraofthera-peutics[J].Minireviewsinmedicinalchemistry,,7(5):451很多药品是以消旋体形式使用,不过很多手性药品外消旋体形式都存在或小或大副作用。所以,世界上诸如美国等很多国家都出台了对应政策和法规,明确要求一个含手性原因化学药品,必需说明其两个对映体在体内不一样生理活性、药理作用和药代动力学情况,以考虑单一对映体供药问题。这很大程度上促进了单一对映体手性药品研究和生产高速发展。阿扎那韦(Atazanavir商品召为Reyataz)是首个取得FDA同意用于抗艾滋病联合诊疗法HIV蛋白酶抑制剂(PI)类药品。它是经过阻断病毒gaI)和gap-pol前体多聚蛋白裂解,从而抑制病毒结构蛋白、逆转录酶、整合酶和蛋白酶生成,使HIVE病毒释放出非感染性不成熟病毒颗粒RobinsonB,RiccardiK,GongY,etal.BMS-232632,ahighlypotenthumanimmunodeficiencyvirusproteaseinhibitorthatcanbeusedincombinationwithotheravailableantiretroviralagents[J].Arrtimicrobialagentsandchemotherapy,,44(R):2093.。用酶法制备化合物2是合成HIV蛋白酶抑制剂一个关键手性中间体,这个手性中间体通常是用汉逊酵母菌和红球菌生物催化合成,其中红球菌产率>90%r,光学纯度>98%r。经过更深入研究发觉利用红串红球菌细胞转化生产化合物2产率能够达成>95%r,手性纯度>98.2%RobinsonB,RiccardiK,GongY,etal.BMS-232632,ahighlypotenthumanimmunodeficiencyvirusproteaseinhibitorthatcanbeusedincombinationwithotheravailableantiretroviralagents[J].Arrtimicrobialagentsandchemotherapy,,44(R):2093.patelR,ChuL,MuellerR.Diastereoselectivemicrobialreductionof(S)一[3-chloro-2-oxo-1-(phenylmethyl)propylcarbamicacid,1,1-dimethvlethvlester[Jl.Tetrahedrom:Asyrrametry,,14(20):3105脂肪酶催化拆分普瑞巴林(pregabalin)是诊疗神经源性疼痛药品Lyric;ade有效成份,在使用化学拆分路线中,在拆分步骤前70%以上物料已转化为废物。关国辉瑞企业利用在水溶体系中利用脂肪酶生物拆分进行中间体合成,转化率达成48%,然后深入反应生成普瑞巴林MartinezC,HuS,DumondY,etal.Deve-lopmentofache-moenzymaticmanufacturingprocessforpregabalin[J].OrganicMartinezC,HuS,DumondY,etal.Deve-lopmentofache-moenzymaticmanufacturingprocessforpregabalin[J].OrganicProcessResearch&Development,,12(3):392布洛芬是常见一个非举体类抗炎手性药品,化学结构为2-(-异丁基苯基)丙酸,属于2一号基丙酸类药品,含有解热、镇痛、消炎及抗风湿生理效用。布洛芬分子在a位有一个手性碳原子,存在一对光学异构体。其中,只有S(+)布洛芬含有生理活性,S布洛芬生理活性是R布洛芬160倍,而且R布洛芬存在会带来副作用唐良华.脂肪酶生产及其在布洛芬于性拆分中应用基础研究所.【D】..唐良华.脂肪酶生产及其在布洛芬于性拆分中应用基础研究所.【D】..布洛芬类药品一向都是用化学方法合成,通常总得到等量一对对映体混合物,手性试剂拆分外消旋体过程复杂,产率低而且手性试剂比较昂贵。利用脂肪酶催化进行拆分布洛芬显示出了成本低及对映体选择性较高等优点。在有机相中脂肪酶催化布洛芬选择性酯化SnellD,Colby,J.Enantioselectivehydrolysisofracemicibuprofenamideto-(+)-ibuprofenbyrhodococcusAJ270[J].EnzymeandMicrobialTechnology,1999,24(3-4):160,如Keehoonwon等人在异辛烷体系中,利用Cuudidurugo.su脂肪酶催化布洛芬酯化,来拆分其外消旋体SnellD,Colby,J.Enantioselectivehydrolysisofracemicibuprofenamideto-(+)-ibuprofenbyrhodococcusAJ270[J].EnzymeandMicrobialTechnology,1999,24(3-4):160WonK,Hong,J,KimK,etal.Lipase-catalyzedenantioselectiveesterificationofracemicibuprofencoupledwithpervaporation[J].ProcessBiochemistry,,41(2):264卡托普利（巯甲丙脯酸、甲巯丙脯酸、开搏通）Captopril（Capote,Lopirin,Tensiomin）化学名称:1-（3-巯基-2-D-甲基丙酰基）-L-脯氨酸。英文化学名称:(2s)-1-(3-mercapto-2-methylpropionyl)-l-proline;(s,s)-1-(d-3-mercapto-2-methyl-1-oxopropyl)-l-proline;1-(2-methyl-3-sulfanylpropanoyl)proline;(2S)-1-[(2S)-2-methyl-3-sulfanylpropanoyl]pyrrolidine-2-carboxylate卡托普利.中国化工制造网卡托普利.中国化工制造网能抑制血管担心素1转化为血管担心素2,含有降低血压作用,对肾性高血压、原发性高血压及常规药品诊疗无效高血压都有效,是第一个口服血管担心素转化酶抑制剂类药品。卡托普利分子中含有两个手性中心,活性取决于含巯基烷链构型,其（S）型对映体是（R）型药品活性100倍以上,所以,最好药品分子应为（S,S）构型。传统化学合成方法生成是非对映体混合物（R,S+S,S）,然后用二环己胺成盐后分离得到（S,S）构型,但产率很低梅乐和.《现代酶工程》梅乐和.《现代酶工程》生物转化在天然药品提取和化学合成:如香草醛(Vanillin)现在关键由化学方法合成制备,依据美国和欧盟要求,合成香草醛在农产品和食品添加剂中使用会引发法律方面争议,再加上消费者喜好,更促进了生物技术方法生产香草醛研究李永红,郑志强,孙志浩.TLC方法同时监测生物转化过程中阿魏酸、香草酸和香草醛[J].郑州工程学院学报,,24(1):35-37.。由此促进研究人员去寻求生产天然香草醛替换方法。利用微生物转化天然前体生产天然等同(nature-identical,NI)香草醛,称为“生物香兰素”(bio-vanillin),能够替换从香荚兰豆荚中提取价格昂贵天然香草醛李永红,郑志强,孙志浩.TLC方法同时监测生物转化过程中阿魏酸、香草酸和香草醛[J].郑州工程学院学报,,24(1):35-37.郑志强,朱书峰,孙志浩.微生物转化方法生产香草酸与香草醛初步研究[J].工业微生物,,32(4):1-6.LESAGE-MEESSENL,STENTELAIREC,LOMAS2COLOA,etal..Fungaltransformationofferulicacidfromsugarbeetpulptonaturalvanillin[J].JSciFoodAgric,1999,79:487-490.BONNINE,BRUNELM,GOUYY,etal..AspergillusnigerI-1472andPycnoporuscinnabarinusMUCL39533,selectedforthebiotransformationofferulicacidtovanil2lin,arealsoabletoproducecellwallpolysaccharide-de2gradingenzymesandferuloylesterases[J].EnzymeandMicrobialTechnology,,28(1):70-80.王明君.微生物转化香草酸生产香草醛[J].食品与发酵工业,,(2):43-47.张莉力,迟玉杰.微生物转化阿魏酸生产香兰素研究[