微生物药物学-第二十二章-生物转化的类型和机制精品PPT课件
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《生物转化》课件
生物转化的途径与类型
1
生物转化涉及多种途径和类型，如糖代谢、脂肪 代谢、蛋白质代谢等，这些途径和类型在生物体 内相互联系、相互协调。
2
生物转化的途径和类型可以根据不同的分类标准 进行划分，如根据反应类型、底物性质、酶的来 源等。
3
生物转化的途径和类型具有高度的灵活性和可塑 性，能够适应不同的生理需求和环境变化，促进 生物体的生存和繁衍。
加强生物转化的应用研究
将生物转化技术应用于制药、化工、环保等 领域，解决实际问题。
生物转化在可持续发展中的地位与作用
生物转化是实现可持续发展的 重要手段之一，能够将可再生 资源转化为有用的产品，减少
对化石资源的依赖。
生物转化技术可以生产可持续 的化学品和燃料，替代传统的 石化产品，降低碳排放。
生物转化技术可以应用于废弃 物资源化利用，减少环境污染
，促进循环经济发展。
生物转化技术可以应用于制药 行业，生产天然药物和手性化 合物，促进人类健康事业的发 展。
05
生物转化的实际应用案例
生物转化在制药行业的应用
生物转化在制药行业的应用广泛，主要用于生产手性药物、 复杂药物和天然产物的类似物。通过生物转化，可以实现对 药物分子的立体选择性修饰，提高药物的疗效和降低副作用 。
例如，将BT基因转入棉花中，可以培育出抗虫棉花品种，减少农药的使用量；将 抗草甘膦基因转入大豆中，可以培育出抗除草剂大豆品种，提高大豆的产量和品 质。
生物转化在能源领域的应用
生物转化在能源领域的应用主要包括生物燃料的开发和利用。通过微生物或酶的作用，可以将废弃物 或可再生资源转化为生物燃料，如乙醇、生物柴油等。
对环境压力。
生物转化可以产生一些对生物体有益的代谢产物，如 维生素、激素和抗生素等，这些产物对于维持生物体
药物生物转化PPT参考课件
S OH
硫醇脲酸衍生物
COOH
HN
CH3
15
定一药部它 前药体从般物位的提物生要代与基条内分物受谢官本件子学到酶能药原进：的药系团则物入进角物几发是体入度分乎挥碳生内血出子能作原，物液发本够用子可循：身对。的转能环动的无受经系物各化限控历统机种结氧反的的体官构化生药是能变应。物物一团化的转和个和的化其反结分特过他应构子程点异器因的体，特
底物
肝 （单脏mo微加no粒氧o体x酶y单ge加na氧se芳酶）香族化合物
催化反应（即P450脂同肪族化合物
功酶）
N- O- S-原子
胺
反应类型 羟基化 羟基化
脱烷基化 脱氨氧化
醇脱氢酶
醇
醛脱氢酶
醛
醇氧化 醛氧化
6
芳香结构的羟基化
O H3C
N O
N
O H3C
N O
N
- 脱烷基化
素相化 形底低的关合式物氧影酶物随非化响失， 尿专态。去只·、的了一有胆碳底具性汁原物有的、子专一生或的一定其化氧性的他反化（水排应是对溶泄动机性液物体时排机是，除体保才体的护能外重性以。要的溶能反解应的） 酶源 氧对促多。化每反数一反应异种应速体药度占化物较合据而慢物主言（是要，提是地只供脂产位了溶生多性一数的种药代物谢发产挥物作的用例的作 用子时大对很间不部大少。经分多。生代数物药谢转物化物来代的讲谢水：为溶低较性氧高增化水态强溶的性碳的原产子物是，其结分果将
U肝D脏P－含葡有萄大糖部醛分酸代转谢移活酶性（酶U。DP-glucuronyl transferase) 谷酶胱的甘分肽布－：S肝-转脏移的酶内（质g网lu膜ta系th统io和n－肝S线-tr粒an体s。ferase）
醇脱氢酶（alcohol dehydrogenase）
duli3生物转化
主要存在于肝细胞内质网与微粒体中；
特点：特异性低，可催化几乎所有外源化学物的 氧化反应；
(1) MFOS组成：由多种酶构成的多酶 系统。
Cyp P450（P448) NADPH（辅酶II） Cyp b-5 NADH （辅酶I） 环氧化物水化酶； 黄素蛋白单加氧酶（FAD)
Man rabbit
HO
OH
OH COO 2H5C
OO
OO
H2C
OH
COOH OH
H2C
OO
OO
2、代谢酶的活性不同。
苯酚（Phenol）结合反应（占总排泄％）
葡萄糖醛酸基转移酶 磺基转移酶
猫Cat
0
87
男人Man
23
71
鼠Rat
25
68
返 兔Rabbit
46
45
回 猪Pig
100
0
个体差异：主要是酶活力的差异。
肝、肾细胞坏死
（二）通过II相反应的生物活化
形成的硝离子 和羰离子具有 很强的亲核性， 能与RNA， DNA和蛋白质 等大分子结合， 导致细胞死亡 或恶变（肿 瘤）。
苯胺葡萄糖醛 酸结合产物在 酸性条件下分 解，形成羟基 苯胺，亲电子 化合物，导致 膀胱癌。
二溴乙烷，谷胱 苷肽结合产物， 转化为高度亲电 子化合物。致畸， 致癌。
酶：谷胱甘肽S-转移酶 部位：存在于肝、肾细胞的微粒体中 可与卤代芳香烃、卤代硝基苯、环氧化物等结合 体内重要解毒机制。 谷胱甘肽的结构：
O NH-C-CH3 HS-CH2-CH-COOH
(G-SH)
Cl Cl
GSH
GS Cl
NO2
NO2
环氧化物的解毒
特点：特异性低，可催化几乎所有外源化学物的 氧化反应；
(1) MFOS组成：由多种酶构成的多酶 系统。
Cyp P450（P448) NADPH（辅酶II） Cyp b-5 NADH （辅酶I） 环氧化物水化酶； 黄素蛋白单加氧酶（FAD)
Man rabbit
HO
OH
OH COO 2H5C
OO
OO
H2C
OH
COOH OH
H2C
OO
OO
2、代谢酶的活性不同。
苯酚（Phenol）结合反应（占总排泄％）
葡萄糖醛酸基转移酶 磺基转移酶
猫Cat
0
87
男人Man
23
71
鼠Rat
25
68
返 兔Rabbit
46
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回 猪Pig
100
0
个体差异：主要是酶活力的差异。
肝、肾细胞坏死
（二）通过II相反应的生物活化
形成的硝离子 和羰离子具有 很强的亲核性， 能与RNA， DNA和蛋白质 等大分子结合， 导致细胞死亡 或恶变（肿 瘤）。
苯胺葡萄糖醛 酸结合产物在 酸性条件下分 解，形成羟基 苯胺，亲电子 化合物，导致 膀胱癌。
二溴乙烷，谷胱 苷肽结合产物， 转化为高度亲电 子化合物。致畸， 致癌。
酶：谷胱甘肽S-转移酶 部位：存在于肝、肾细胞的微粒体中 可与卤代芳香烃、卤代硝基苯、环氧化物等结合 体内重要解毒机制。 谷胱甘肽的结构：
O NH-C-CH3 HS-CH2-CH-COOH
(G-SH)
Cl Cl
GSH
GS Cl
NO2
NO2
环氧化物的解毒
微生物学最完整经典ppt课件
疫苗研制原理
利用微生物或其代谢产物，经过人工减毒、灭活或利用基因工程等方法制成，用于预防传染病的生物制品。 疫苗可以刺激机体产生特异性免疫反应，从而预防相应疾病的发生。
疫苗类型与特点
包括灭活疫苗、减毒活疫苗、亚单位疫苗、基因工程疫苗等。不同类型的疫苗具有不同的特点和适用范围， 如灭活疫苗安全性较高，但免疫效果相对较弱；减毒活疫苗免疫效果较好，但存在一定的安全隐患。
微生物防治技术的发展趋势
01
新型疫苗的研发与应用
随着生物技术的不断发展，新型疫苗的研发和应用成为微 生物防治领域的重要趋势。如基于mRNA技术的疫苗、重 组蛋白疫苗等，具有更高的安全性和有效性。
02 03
微生物组学在防治中的应用
微生物组学是研究微生物群落结构和功能的科学，其在微 生物防治领域具有广阔的应用前景。通过解析微生物群落 的组成和功能，可以为微生物感染的预防和治疗提供新的 思路和方法。
微生物的生长曲线
包括延滞期、对数期、稳定期和衰亡 期。
影响微生物生长的因素
温度、pH、氧气、渗透压等。
微生物的代谢类型与特点
微生物的代谢类型
01
包括发酵、呼吸和光合磷酸化等。
微生物的代谢特点
02
代谢旺盛、代谢途径多样、代谢产物独特等。
微生物的次级代谢产物
03
抗生素、维生素、酶等。
微生物的能量转换与物质运
真菌的基本形态
菌丝、孢子等。
真菌的繁殖方式
无性繁殖和有性繁殖。
真菌的结构
细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核等。
真菌的特殊结构
菌丝体、子实体等。
其他微生物的形态与结构
原生动物的形态与结构
藻类的形态与结构
单细胞生物，具有细胞膜、细胞质和细胞 核。
利用微生物或其代谢产物，经过人工减毒、灭活或利用基因工程等方法制成，用于预防传染病的生物制品。 疫苗可以刺激机体产生特异性免疫反应，从而预防相应疾病的发生。
疫苗类型与特点
包括灭活疫苗、减毒活疫苗、亚单位疫苗、基因工程疫苗等。不同类型的疫苗具有不同的特点和适用范围， 如灭活疫苗安全性较高，但免疫效果相对较弱；减毒活疫苗免疫效果较好，但存在一定的安全隐患。
微生物防治技术的发展趋势
01
新型疫苗的研发与应用
随着生物技术的不断发展，新型疫苗的研发和应用成为微 生物防治领域的重要趋势。如基于mRNA技术的疫苗、重 组蛋白疫苗等，具有更高的安全性和有效性。
02 03
微生物组学在防治中的应用
微生物组学是研究微生物群落结构和功能的科学，其在微 生物防治领域具有广阔的应用前景。通过解析微生物群落 的组成和功能，可以为微生物感染的预防和治疗提供新的 思路和方法。
微生物的生长曲线
包括延滞期、对数期、稳定期和衰亡 期。
影响微生物生长的因素
温度、pH、氧气、渗透压等。
微生物的代谢类型与特点
微生物的代谢类型
01
包括发酵、呼吸和光合磷酸化等。
微生物的代谢特点
02
代谢旺盛、代谢途径多样、代谢产物独特等。
微生物的次级代谢产物
03
抗生素、维生素、酶等。
微生物的能量转换与物质运
真菌的基本形态
菌丝、孢子等。
真菌的繁殖方式
无性繁殖和有性繁殖。
真菌的结构
细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核等。
真菌的特殊结构
菌丝体、子实体等。
其他微生物的形态与结构
原生动物的形态与结构
藻类的形态与结构
单细胞生物，具有细胞膜、细胞质和细胞 核。
《微生物药物》课件
微生物药物的安全性
微生物药物在临床应用前需要进行严格的毒理 学和安全性评估，以确保其安全性和有效性。
与传统化学药物相比，微生物药物通常具有较 低的毒性和副作用，对人体的伤害较小。
微生物药物的安全性可以通过对其作用机制和 代谢途径的深入研究来进一步保障，以确保其 在治疗过程中对人体的安全性和可靠性。
2023
REPORTING
PART 06
案例分析：某一种微生物 药物的研发与生产过程
某一种微生物药物的简介
微生物药物名称：XX药物
微生物药物作用：治疗细 菌感染
微生物药物类型：抗生素
微生物药物特点：具有广 谱抗菌活性，对多种细菌 感染有效
某一种微生物药物的研发历程
实验室研究阶段
对具有抗菌活性的微生物进行 分离、纯化，研究其抗菌机制 和作用机理
微生物药物的种类
抗生素
由微生物发酵产生的具 有抗菌活性的物质，用
于治疗细菌感染。
抗肿瘤药物
由微生物产生的具有抗 肿瘤活性的物质，用于
治疗癌症。
免疫调节剂
由微生物产生的具有调 节免疫功能的物质，用 于治疗免疫系统相关疾
病。
生物农药
由微生物产生的具有杀 虫、除草等生物活性的 物质，用于农业病虫害
防治。
免疫微生物学
探索微生物与免疫系统的相互作 用，为开发新型免疫微生物药物 提供理论基础和技术支持。
微生物药物的法规与政策
01
02
03
药品审批政策
各国药品监管机构对微生 物药物的审批要求和标准 ，以及审批流程和时间等 方面的规定。
知识产权保护
关于微生物药物相关发明 和创新成果的知识产权保 护法规，以及专利申请和 维权等方面的规定。
药物化学课件生物转化(药物代谢)PPT课件
药物的吸收方式有被动扩散和主 动转运两种方式，其中被动扩散 是最常见的吸收方式。
药物的吸收速率和程度受到药物 性质、给药途径、生理因素等多 种因素的影响。
药物的分布
药物分布是指药物在体内
1
的分布过程，是药物在靶
部位达到有效浓度的前提。
4
一些药物在体内的分布具 有选择性，例如某些药物 可以透过血脑屏障进入脑 组织。
重要性
药物化学是药物研发和医学领域的基础学科，对于新药发现、药物设计和治疗策略具有 至研究药物的化学结构与活性之间 的关系，设计并合成具有特定活 性或作用机制的新药。
药物评价与安全性
评估药物的疗效、安全性和药代 动力学特性，确保药物在临床应 用中的安全有效性。
近代药物化学的兴起
随着有机化学和生理学的快速发展， 人们开始系统地研究药物的化学结构 和活性之间的关系。
Part
02
药物代谢的生物转化过程
药物的吸收
药物吸收是指药物从给药部位进 入血液循环的过程，是药物起效 的前提。
口服给药是最常见的给药方式， 但药物在胃肠道的吸收会受到pH 值、胃肠蠕动等因素的影响。
药物代谢与生物转化
研究药物在体内的代谢过程，包 括药物的吸收、分布、代谢和排 泄等。
药物作用机制
研究药物如何与生物靶点相互作 用，产生治疗作用或副作用的机 制。
药物化学的发展历程
古代药物学
现代药物化学
人类在古代就开始使用天然药物来治 疗疾病，如草药、动物和矿物等。
随着分子生物学、计算机科学和基因 组学等学科的发展，药物化学的研究 领域不断拓展和深化。
药物化学课件生物转 化(药物代谢)ppt课件
• 药物化学概述 • 药物代谢的生物转化过程 • 药物代谢酶和代谢产物 • 药物代谢与药效学关系 • 药物代谢的研究方法和技术 • 药物代谢的研究意义和应用前景
《生物转化》ppt课件
戒酒硫
➢ 据有关单位普查测定，我国汉民族中，约有 44%的人属乙醛脱氢酶缺陷型，这些人由于短 少了一种酶，影响了酒精在体内的及时分解， 从而易呵斥醉酒。不善饮酒、酒量在合理规范 以下的人，即属于乙醛脱氢酶数量缺乏或完全 缺乏的人。
2 复原作用
➢ 硝基和偶氮复原 ➢ 羰基复原 ➢ 二硫化物、硫氧化物复NADPH + O2+H+＝R-OH + NAP + H2O
RH 〔毒物〕
混合功能氧化酶系
ROH 〔氧化产物〕
O2 NADPH2
NADP H2O
P-450催化的反响类型：
➢ 〔1〕脂肪族和芳香族的羟化，苯胺氧化成对氨 基酚等。
H3C CH3 H3C CH3
P-450酶系
➢ 是一个超蛋白家族，其每一种对底物专注性都 有特征性谱，其中某些是构外型的，其他是诱 导型的。
➢ 这些蛋白根据构造的类似性组成家族和亚族。 ➢ P-450酶氨基酸序列类似性大于40%是属于同
一家族，如大于59%那么属于同一个亚族。 ➢ CYP1A1表示P-450的1基因族A亚族的第一个
➢ 〔4〕外源化合物经过生物转化会构成新的代 谢间产物、终产物，存在于血液和组织中，或 被排出体外，可为中毒诊断，程度判别，治疗 效果评价提供有意义的生物学资料。
3 生物转化的结果：
➢ 代谢解毒：外源化学物经生物学化使其毒性降 低，易于排出体外的过程生物转化的结果
➢ 代谢活化：外源化学物经生物转化使其毒性加 强，甚至可产生致畸、致癌效应的过程
➢ 第一阶段：亦称I相反响，包括氧化、复原和 水解等反响。经过反响使毒物的分子暴露或添 加功能基团，如羟基、巯基、羧基、氨基等。 通常仅导致水溶性少量的添加。
➢ 据有关单位普查测定，我国汉民族中，约有 44%的人属乙醛脱氢酶缺陷型，这些人由于短 少了一种酶，影响了酒精在体内的及时分解， 从而易呵斥醉酒。不善饮酒、酒量在合理规范 以下的人，即属于乙醛脱氢酶数量缺乏或完全 缺乏的人。
2 复原作用
➢ 硝基和偶氮复原 ➢ 羰基复原 ➢ 二硫化物、硫氧化物复NADPH + O2+H+＝R-OH + NAP + H2O
RH 〔毒物〕
混合功能氧化酶系
ROH 〔氧化产物〕
O2 NADPH2
NADP H2O
P-450催化的反响类型：
➢ 〔1〕脂肪族和芳香族的羟化，苯胺氧化成对氨 基酚等。
H3C CH3 H3C CH3
P-450酶系
➢ 是一个超蛋白家族，其每一种对底物专注性都 有特征性谱，其中某些是构外型的，其他是诱 导型的。
➢ 这些蛋白根据构造的类似性组成家族和亚族。 ➢ P-450酶氨基酸序列类似性大于40%是属于同
一家族，如大于59%那么属于同一个亚族。 ➢ CYP1A1表示P-450的1基因族A亚族的第一个
➢ 〔4〕外源化合物经过生物转化会构成新的代 谢间产物、终产物，存在于血液和组织中，或 被排出体外，可为中毒诊断，程度判别，治疗 效果评价提供有意义的生物学资料。
3 生物转化的结果：
➢ 代谢解毒：外源化学物经生物学化使其毒性降 低，易于排出体外的过程生物转化的结果
➢ 代谢活化：外源化学物经生物转化使其毒性加 强，甚至可产生致畸、致癌效应的过程
➢ 第一阶段：亦称I相反响，包括氧化、复原和 水解等反响。经过反响使毒物的分子暴露或添 加功能基团，如羟基、巯基、羧基、氨基等。 通常仅导致水溶性少量的添加。
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（四）其他结合反应
1、乙酰结合：在乙酰转移酶的催化下，芳 香胺类，酰肼类、磺胺类化合物与乙酰辅 酶A结合。
反应场所：肝、肠粘膜细胞。
可掩盖胺类毒物中具有重要生物活性的氨 基，但乙酰化后，水溶性降低。
N H 2
C H 3 C O -S C o A +
H NCO 3 CH
+C o A S H
2、氨基酸结合
但存在局部性还原环境：肠道是厌氧环境， 存在含还原酶的菌丛。
某些酶可在有氧条件下催化还原反应，如 NADPH-CyP P450还原酶。
氧化反应的可逆反应：NAD(P)+ NAD(P)H
催化还原反应的酶类主要存在于肝、肾和肺 的微粒体和胞液中。
1、羰基还原反应：醛类、酮类的还原：
RCHORCH2OH RCOR’ RCOHR’ 2、硝基还原反应：硝基还原酶，以 NADPH或NADH作为还原剂。
部位：主要在肝微粒体中进行，肾、
肠粘膜和皮肤中也可进行。在结合反应中 占有最重要的地位。
+UTP
U DP G焦磷 酸 化UDP-G
UDP-G脱氢酶
NAD+
HOOC
NADH+H+
O
O UDP
(UDP-GA, 葡萄糖醛酸)
形成O-葡萄糖醛酸化物
形成N-葡萄糖醛酸化物
OH
O C6H9O6
硫酸结合产 物，转化为 具有高度活 性的化合物。
五、生物转化的复杂性
(一) 生物转化的多样性
同一污染物在体内可能存在不同的 代谢方式,形成不同的代谢产物,产生不同 的毒性。
OH
NH2 不致癌
H2N
NH2
NHOH
化学毒物的生物转化PPT课件
（5）亚砜的还原：肝、肾细胞胞浆中硫氧
还蛋白依赖性酶类
（6）脱卤反应：
三、水解作用
(1) 酯酶和酰胺酶：哺乳动物含有，可水解含有
羧酸酯、酰胺、硫酯、磷酸酯及酸酐等功能基团的 外源化学物。酯类毒物被酯酶催化水解生成醇和酸， 酰胺被酰胺酶催化水解成酸和胺，硫酯被分解为羧 酸和硫醇。
三、水解作用
3.非微粒体酶催化的氧化反应
(1)醇脱氢酶（ADH）：是一种含锌酶，位于
胞浆，分布于肝脏（含量最高）、肾脏、肺脏及 胃黏膜。
RCH2OH + NAD+
RCHO + NADH + H+
（2）醛脱氢：醛脱氢酶可催化脂肪醛和芳香醛
形成酸
RCHO + NAD+
RCOOH + NADH + H+
（3）胺氧化：胺氧化酶，催化单胺类和二胺类
底物（RH）＋O2＋NADPH＋H2→产物（ROH）＋H2O＋NADP+
P－450的催化机制共有七步
①氧化型细胞色素P－450 ( Fe3+）首先与RH结合 形成一种复合物；
②再在NADPH－细胞色素P -450还原酶的作用下， 由NADPH提供一个电子使其转变为还原型细胞 色素P－450（Fe2+）复合物；
CH3
HO
NN
还原
CH3 NN
CH3
HO
NH2 + H2N
苏丹Ⅳ
邻氨基偶氮甲苯
（3）醛和酮的还原：醇脱氢酶的逆反应、
醛还原酶家族。需要NADPH。
（4）醌还原：NADPH-醌氧化还原酶（DT-
黄递酶）催化双电子还原形成氢醌，也可经 NADPH-细胞色素P-450还原酶催化单电子 还原，生成半醌自由基
细菌转化PPT课件
特异性DNA片段的PCR扩增 1. PCR扩增出的基因组片段 2. cDNA
化学方法人工合成的DNA片段
第7页/共19页
实验原理 关于外源DNA片段与载体 的连接重组
采用由Hind III切割开的pUC19 质粒，以及由Hind III切割PCR
片 段 ， 用 T4 噬 菌 体 DNA 连 接 酶 将 PCR 片 段 与 切 割 开 质 粒 DNA 片 段 重 新 连 接 成 一 个 环 状 的 DNA 分 子 ， 即 把 目 的 基 因 DNA 插 入 质 粒 DNA ， 实 现 质粒重组。
第8页/共19页
➢ 限制性内切酶（restriction endonuclease）指能识别碱基构成特异的 一段（4~8 bp）双链核酸序列，并从中将核酸的磷酸二酯键断裂的 一种蛋白酶。
➢ 每种酶有特异的识别核酸序列，称为酶切位点，一般为回文序列。 ➢ 所有的限制性内切酶切割DNA均产生含5′磷酸基和3′羟基基团
2. 加入2 μl质粒DNA溶液,轻轻摇匀,冰上放置30分钟。
3. 42℃水浴中热击90秒或37℃水浴5分钟,热击后迅速置于冰上冷却3-5分 钟。
4. 向管中加入1ml LB液体培养基(不含抗生素),混匀后37℃振荡培养1 小时,使细菌恢复正常生长状态,并表达质粒编码的抗生素抗性基因 (Ampr )。
转化用的质粒， 无菌1.5mL的eppendorf管
仪器
恒温摇床， 台式高速离心机， 恒温水浴锅， 电热恒温培养箱， 超净工作台， 微量移液枪
试剂
LB固体和液体培养基， 氨卞青霉素
第17页/共19页
操作步骤
1. 从-70℃冰箱中取100μl（或50 μL）感受态细胞悬液,室温下使其解冻,解 冻后立即置冰上。
化学方法人工合成的DNA片段
第7页/共19页
实验原理 关于外源DNA片段与载体 的连接重组
采用由Hind III切割开的pUC19 质粒，以及由Hind III切割PCR
片 段 ， 用 T4 噬 菌 体 DNA 连 接 酶 将 PCR 片 段 与 切 割 开 质 粒 DNA 片 段 重 新 连 接 成 一 个 环 状 的 DNA 分 子 ， 即 把 目 的 基 因 DNA 插 入 质 粒 DNA ， 实 现 质粒重组。
第8页/共19页
➢ 限制性内切酶（restriction endonuclease）指能识别碱基构成特异的 一段（4~8 bp）双链核酸序列，并从中将核酸的磷酸二酯键断裂的 一种蛋白酶。
➢ 每种酶有特异的识别核酸序列，称为酶切位点，一般为回文序列。 ➢ 所有的限制性内切酶切割DNA均产生含5′磷酸基和3′羟基基团
2. 加入2 μl质粒DNA溶液,轻轻摇匀,冰上放置30分钟。
3. 42℃水浴中热击90秒或37℃水浴5分钟,热击后迅速置于冰上冷却3-5分 钟。
4. 向管中加入1ml LB液体培养基(不含抗生素),混匀后37℃振荡培养1 小时,使细菌恢复正常生长状态,并表达质粒编码的抗生素抗性基因 (Ampr )。
转化用的质粒， 无菌1.5mL的eppendorf管
仪器
恒温摇床， 台式高速离心机， 恒温水浴锅， 电热恒温培养箱， 超净工作台， 微量移液枪
试剂
LB固体和液体培养基， 氨卞青霉素
第17页/共19页
操作步骤
1. 从-70℃冰箱中取100μl（或50 μL）感受态细胞悬液,室温下使其解冻,解 冻后立即置冰上。
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R1 R2
X
还
原
型
辅
酶
R3
氧
化
型
辅
酶
R1
循
环
系
统
R2 H
X
或
H
R3
H
R3
R1
X
R2 H
脱氢酶催化的还原反应
生物转化中常用的一些脱氢酶
脱氢酶名称
酵母醇脱氢酶
马肝醇脱氢酶
布氏热厌氧菌醇脱氢 酶
羟基甾体醇脱氢酶
弯孢菌脱氢酶
乳杆菌属的 Lactobacillus kefir
醇脱氢酶 爪哇毛霉醇脱氢酶
甲单胞菌属醇脱氢酶
❖ 单加氧酶、双加氧酶和氧化酶是催化底物氧化失去电 子，并将电子交给氧，即氧是电子受体；脱氢酶催化 底物失去电子，它将电子交给NAD(P)+，然后还原型 NAD(P)H再通过呼吸链或NAD(P)H氧化酶将电子最 终交给氧并生成水。
Sub + NAD(P)H + H+ + O2
单
加
氧
酶
辅
酶
循
环
SubO + NAD(P)+ + H2O
反应类型 羟化
辅酶类 型
金属
羟化
金属
环氧化
金属
杂原子氧化 黄素
Baeyer-
黄素
Villiger
羟化反应是一类重要的氧化反应
❖ 碳氢化合物中非活泼的C—H键的羟化是一种 非常有用的生物转化反应，传统的有机化学 合成方法几乎不能进行这样直接的羟化反应。 但很多微生物能够直接进行烷烃和芳香烃的 羟化反应，其中工业化应用最为广泛的是甾 体的羟化反应。
合成）过程中的某一步或几步反应，而那些 直接来源于微生物的代谢产物是微生物进行 “从头到尾”的合成过程。
在许多国外文献中经常能够看到 的描述这种技术的名词有：
❖ microbial transformation; ❖ microbial conversion; ❖ Biotransformation ❖ Bioconversion ❖ Biocatalysis ❖ enzymation等。
第二十二章 生物转化的类型和机制
第一节 生物转化的定义与研究内容 第二节 生物转化的基本类型 一、还原反应 二、氧化反应 三、水解反应 四、转移和裂合反应 第三节 参与药物制备过程重要反应酶类的作用机制 一、脂肪酶 二、环氧化物水解酶 三、糖苷化酶
第一节 生物转化的定义与研究内容
❖ 生物转化的含义更强调的是： ❖ 用微生物或酶来进行药物合成（或其他有机
第二节 生物转化的基本类型 一、还原反应
❖ 脱氢酶被广泛地用于醛和酮羰基以及烯烃碳碳双键的还原，这种生物转化反应可使潜手 性底物转化为手性产物，如图所示。
❖ 面包酵母醇脱氢酶和马肝醇脱氢酶能催化酮 不对称还原，其还原产物仲醇的对映体过量 率接近100%。
OH
OH
O
R1
R2
脱
氢
酶
或
R1
R2
R1
R2
用于转化的微生物或酶的多样性
❖ 用于微生物转化的菌株或酶的筛选的范围应 该尽可能地广，因为至目前为止已经发现了 3000 余种能够催化各种化学反应的酶，其中 有些酶的催化效果比化学催化剂好；另外， 微生物的多样性和其生理生化特性的多样性 （它们能够修饰和降解许许多多有机化合 物），使我们有可能找到某种微生物或酶来 催化某种特定的和所期望的化学反应。
单加氧酶所催化的一些反应类型
Sub + NAD(P)H + H+ + O2
单加氧酶 辅酶循环
SubO + NAD(P)+ + H2O
CH
C OH R
O R
底物 烷烃 芳香烃
H
OH
Rn X
Rn X O 烷基烃
O
R1
R2
O
R2
R1
O
X=N, S, Se, P
含杂 原子 化合物
酮
产物
醇
酚
环氧 化物 杂原 子氧 化物 酯或 内酯
Sub + O2
双
加
氧
酶
SubO2
O2 + 2e-
氧
化
酶
O22-
+2H+
H2O2
O2 + 4e-
氧
化
酶
Sub = 底物
2O2- +4H+
Hale Waihona Puke 2H2O生物催化的氧化反应类型
1、单加氧酶催化的氧化反应
❖ 单加氧酶（mono-oxygenases）可以使氧 分子（O2）中的一个氧原子加入到底物分子 中，另一个氧原子使还原型NADH或NADPH 氧化并产生水（H2O）。单加氧酶在生物催 化的手性合成中有着重要的应用，图所示为 该酶催化的一些反应类型。
环氧化反应
❖ 手性环氧化合物是一种重要的手性合成前体， 可与多种亲核试剂反应产生重要的中间体。
❖ 这些具有生物催化剂作用的酶大多数对其微 生物的生命过程也是必需的，但在微生物转 化过程中，这些酶仅作为生物催化剂用于化 学反应。由于微生物产生的这些能够被用于 化学反应的大多数生物催化剂不仅能够利用 自身的底物及其类似物，且有时对外源添加 的底物也具有同样的催化作用，即能催化非 天然的反应（unnatural reactions）。
在研究一个微生物（或酶） 转化过程时，需要考虑的问题
❖ 所用转化底物的选择；
❖ 所用微生物对不同底物转化能力的考察、转 化路线或转化反应的选择等；
❖ 其中最主要的是寻找适合于所设计转化过程 的微生物，以及如何来提高这种微生物的转 化能力，即提高这种酶活力；
❖ 再则是发现一种新的酶或一种新的反应以便 为设计一个新的微生物转化过程提供一条线 索。
特异性 Prelog Prelog Prelog
Prelog Prelog Anti-Prelog
Anti-Prelog Anti-Prelog
反应所需的辅酶 NADH NADH NADPH
NADH NADPH NADPH
NADPH NADPH
商品化 + + +
+ +
-
二、氧化反应
❖ 氧化反应是向有机化合物分子中引入功能基 团的重要反应之一。
❖ 生物催化的氧化反应主要由三大类酶：单加 氧酶、双加氧酶和氧化酶，它们所催化的反 应如图所示。
二、氧化反应
❖ 单加氧酶和双加氧酶直接在底物分子中加氧，而氧化 酶是催化底物脱氢，脱下的氢再与氧结合生成水或过 氧化氢。
❖ 脱氢酶与氧化酶相似，也是催化底物脱氢，但它催化 脱下的氢与氧化态NAD(P)+结合，而不是与氧结合， 这是两者的主要区别。氧化反应表面上看是加氧或脱 氢，其本质是电子的得失。
微生物(酶)转化是有机化学反应 中的一个特殊的分支
❖ 微生物转化的本质是某种微生物将一种物质 （底物）转化成为另一种物质（产物）的过 程，这一过程是由某种微生物产生的一种或 几种特殊的胞外或胞内酶作为生物催化剂进 行的一种或几种化学反应，简言之，即为一 种利用微生物酶或微生物本身的合成技术。
微生物(酶)转化是有机化学反应 中的一个特殊的分支