生物催化與生物轉化IIIppt課件

1、轉移和裂合反響 在六大類酶中，氧化復原酶和水解酶在生物催化的手性合成中運用最多，約占生物催化用酶的90。然而其他四大類酶轉移酶、裂合酶、異構酶和銜接酶在生物催化中也有著重要的運用，它們能催化CC、CN和CO以及CC、CO等化學鍵的生成或裂解反響。 隨著化學與生物學的開展和學科間交叉交融，這些酶的研討和運用將會逐年添加，并發(fā)揚越來越重要的作用。第一節(jié)轉移反響 轉移酶是一類常見生物催化劑，它所催化的轉移反響如式(9.1)所示： 這類酶催化的底物有氨基酸、酮酸、核苷酸和糖等化合物，其中糖基轉移酶已被用于制備新型糖。 一、氨基轉移酶 氨基轉移酶以磷酸吡哆醛(PLP)為輔酶催化以下反響，見式(9.2)。

2、反響中氨基酸將分子中氨基轉移給-酮酸，生成新的氨基酸和酮酸。 生物催化合成中常用的氨基轉移酶有分支鏈氨基轉移酶(BCAT)、天冬氨酸氨基轉移酶(AAT)、酪氨酸氨基轉移酶(TAT)等。 氨基轉移酶種類多、分布廣，它們能催化L-氨基酸的生物合成。 目前研討較多的D-氨基酸轉移酶(DAT)能催化D-氨基酸的合成。 采用基因工程法可在工程菌內轉入乙酰乳酸合成酶(ALS)基因，由該基因表達產生的乙酰乳酸合成酶能催化兩分子丙酮酸縮合為乙酰乳酸(3)，后者再經脫羧反響轉變?yōu)榇x惰性的乙偶姻(4)。這種方法已被用于消費I氨基酸(5)和D-2-氨基丁酸(6)，見圖91。 合成的前體。例如:L-叔亮氨酸(7)可

3、用于合成HIV蛋白酶抑制劑L-高苯丙氨酸(8)可用于合成ACE酶抑制劑，用于治療高血壓D-苯丙氨酸(10)用于制備凝血酶抑制劑，防止血栓構成，見圖9-2。 二、糖基轉移酶 寡糖具有重要的生物學功能，在生命活動中涉及細胞運動、細胞間相互作用、腫瘤發(fā)生與轉移和病原體與細胞外表相互作用等 生物學過程。寡糖在生物體內含量甚微，分別純化困難?；瘜W法合成寡糖是一復雜的過程，合成時需求大量的維護和脫維護反響，而且產率低。由于酶具有區(qū)域選擇性和立體選擇性，采用生物催化法不需求過多的維護和脫維護步驟，生物催化法合成寡糖具有非常誘人的前景。1糖基轉移酶的催化特性 糖基轉移酶擔任體內寡糖合成，合成過程包括活化、轉移

4、和修飾三個步驟。單糖在被轉移之前必需先磷酸化，產生1-磷酸糖1-磷酸糖在核苷轉移酶作用下與核苷三磷酸(普通是UTP)反響生成核苷二磷酸糖(NDE-糖)最后糖基轉移酶將NDP-糖中的糖基轉移到“受體(單糖、寡糖、蛋白質和脂分子)上，NDP從糖基上釋放游離出來，完成糖基轉移過程 -半乳糖基轉移酶是研討得最多的一種糖基轉移酶，該酶催化半乳糖(Gal)從糖供體UDP-Gal中轉移到糖受體中構成新的糖苷鍵。 其他糖基轉移酶雖然研討得相對較少，但它們同樣能催化糖基轉移到多種糖受體上。 2糖苷合成 糖苷酶水解的逆反響可用于糖苷合成，利用游離單糖作為底物直接進展糖苷合成反響稱為直接糖基化， 糖苷酶與糖基轉移酶

5、相比，糖苷酶更容易獲取。 糖苷酶催化反響的缺陷是產率低、產物常為混合物。 糖苷酶催化轉糖基反響的立體選擇性和區(qū)域選擇性遭到許多要素的影響，如反響的溫度、有機溶劑、活化供體的反響活性、糖苷配基的性質等。四、磷酸化酶 磷酸化反響是生物體內的一類重要生化反響，體內的一些代謝調控是經過磷酸化反響而完成的。生物體內的許多分子以磷酸化方式參與到生命過程中，例如醛縮酶催化反響中的磷酸二羥基丙酮，糖基轉移酶催化反響中的1-磷酸糖苷等。化學法催化多羥基化合物的磷酸化反響需求采用多步維護和脫維護反響，而酶法催化的磷酸化反響具有區(qū)域和立體選擇性，可以省去不用要的維護和脫維護反響。第二節(jié) 裂合反響 裂合酶(1yase

6、s，EC 4.x.x.x)能催化一種化合物分裂為兩種化合物或其逆反響。這類酶包括醛縮酶、水合酶和脫羧酶等。 裂合酶在工業(yè)消費中有著重要的運用，它們能催化CC、C-N、C-O等鍵的裂解和生成，有時還伴隨雙鍵的構成。 裂合酶的逆反響也有很高的工業(yè)運用價值，例如工業(yè)上利用苯丙氨酸氨裂解酶(PLA，EC 4.3.1.5)和天冬氨酸酶(aspartase，EC 4.3.1)催化合成L-苯丙氨酸和L-天冬氨酸。一、醛縮酶 醛縮酶(aldolases)能催化不對稱CC鍵的構成，并能使醛分子延伸23個碳單位，對有機合成極為有用。醛縮酶常用于糖的合成，如氨基糖、硫代糖和二糖類似物的合成。醛縮酶的底物專注性不高，

7、能催化多種底物反響。 轉酮醇酶可從酵母和菠菜中提取，但這些方法產生的量很有限，目前已有用大腸桿菌高表達酵母轉酮醇酶的報道。 轉酮醇酶比醛縮酶更能識別醛基部分的手性，因此，當用消旋體-羥基醛作為受體時，反響中只需R-型對映體被轉化為相應的酮糖，而S-型對映體不被轉化，從而實現消旋體-羥基醛的動力學拆分。三、偶姻反響 偶姻反響是指兩分子醛縮合構成酮醇的反響，如兩分子丁醛縮合構成丁偶姻。 面包酵母中催化偶姻生物合成的酶允許底物醛分子構造有一定的變化。如芳香醛可以是苯甲醛、2氯苯甲醛、茴香醛、鄰位及對位取代的苯甲醛。 面包酵母能催化，不飽和芳香醛和，-不飽和脂肪醛與酮酸進展偶姻反響生成手性二醇，這些化

8、合物是天然產物合成的重要中間體。第三節(jié)第三節(jié) 加成和消去反響加成和消去反響 裂合酶還可催化小分子化合物如水或氨不對稱加成到CC雙鍵，以及氫氰酸加成到CO鍵上。 根據底物的構造類型，反響過程中潛手性底物可以產生一個或兩個手性中心。催化這類反響的酶底物專注性很高，只接受天然底物或與天然底物構造非常類似的化合物為底物。 一、氰醇反響 醇腈酶(oxynitrilase)催化氫氰酸不對稱加成到醛或酮分子的羰基上，構成手性氰醇，這種反響早在1908年就被運用。 手性氰醇能轉化為擬除蟲菊酯殺蟲劑的醇基部分，如溴氰菊酯、氯氟胺氰戊菊酯。 醇腈酶具有很高的立體選擇性，(R)-或(S)-醇腈酶能立體選擇地催化潛手

9、性底物生成(R)-或(S)-氰醇，見圖9-37、表9-6、表9-7。 (R)-或(S)-醇腈酶能從不同來源的植物中分別制備。二、水和氨的加成反響 富馬酸酶是一種脫水酶，其逆反響能催化水立體特異性地加成到富馬酸碳碳雙鍵中生成L-蘋果酸。天冬氨酸酶那么催化氨的加成富馬酸生成L-天冬氨酸。 面包酵母能催化取代的巴豆醛衍生物(甲)中碳碳雙鍵的加水反響和醛基的復原反響。 碳碳雙鍵的不對稱加水具有很好的手性合成運用前景，不同微生物細胞可對不同取代的碳碳雙鍵進展加水反響。 腐皮鐮孢細胞能高選擇性地催化萜烯醇分子中內式(E)-加水反響。 微生物完好細胞催化反響時，有水解、復原和碳鏈降解等副反響發(fā)生。 五、脫鹵素反響 由