微生物转化

O OAc
OH
H
O
HO O OAc
(4) O
(5) O
10-脱乙酰浆果赤霉素Ⅲ
AcO
O
O
OSiEt3
O
N
+
O OH
H
O
HO O OAc
1. DMAP/pyridine 2. HCl,EtOH/H2O
O NH HO
(3) (5) β-氨基-N-苯甲酰基-(2OR，Et3S)-3-苯基异丝氨酸 O
紫杉醇的化学-酶合成法
Examples of Steroid Hydroxylation by Fungi
一、微生物对甾体转化反应类型和特点
（一）甾体微生物转化反应类型 微生物几乎对甾体每一个位置都能转化
（二）微生物转化甾体的特点 1.两阶段发酵 2.两相发酵
二、甾体微生物转化反应的主要类型和机制
（一）羟化 ➢ 在甾体药物的工业生产中，目前国内外采用微生
➢ 我国从1958年就已开展这一研究。30年来已为甾体 药物的生产提供了各类生产菌种。并在转化条件、转 化机制等方面做了许多工作，推动了甾体药物工业的 发展
（二）HMG-CoA还原酶抑制剂
（三）α－葡萄糖苷酶抑制剂
➢ 米格列醇(miglitol)的发现源于对野尻霉素的研究，原 来作为抗沙门氏菌的抗生素具有较强的α葡萄糖苷酶抑 制作用，继而成为第一个具有开发价值的淀粉酶抑制剂。
➢ 1952年以化学方法以牛胆汁中的deoxycholic acid为原料合成cortisone，反应共需31个步骤， 产品售价每克$200；
➢ 1952年利用Rhizopus产生的hydroxylase将反
应过程缩短为3个步骤，产品售价每克$6；
➢ 1980年使用突变之Mycobacterium分解植物油
➢手性化合物的对映体构型与药效有非常重要的关系,一般 手性药只有其中一个对映体具有生理活性。含手性结构药 物的两个对映体,其生物活性往往存在很大差异,可以相差 数十倍、百倍甚至完全相反的药理作用或毒性。
➢ 利用微生物转化对手性化台物的合成与拆分与化学拆 分相比，有选择性高、步骤简单、成本低、产物回收 率高等优点。典型的例子就是采用生物法半合成头孢 菌素，通过利用酶的对映体催化专一性，只需两步就 可以替代传统的化学生产法。
中的固醇以作为原料，产品价格每克$0.46。
甾体药物
12
17
13
11
16
2
1 10
C
D
9
14
15
8
A
B
3
4 56
7
•A，B，C环为椅式构象，D环为信封式构象
•六个手性中心
3 primary carbons: 18, 19, 21 18 secondary carbons
Chemical and Microbial Transformation in the Production of Medically Important Steroids
➢ 优点：可在常温常压、接近中性pH的水溶液中进 行，减少器材损耗与环境污染。对反应物与产物 之立体异构物具有专一性。
➢ 缺点：易受有机溶剂或极端酸碱度的破坏。酶活 性易受产物抑制。
第二节 甾体微生物转化
甾体合成技术的演进
➢ 1950年Kendall, Reichstein与Hench因发现类 固醇的消炎作用而获得诺贝尔奖。
二、微生物转化反应的类型和应用实例
（一）氧化反应 ➢ 1.葡萄糖酸制备 工业大规模生产葡萄糖酸
➢ 氮杂基团的氧化 氯霉素的微生物转化
（二）还原反应
（三）水解反应
（四）缩合反应
➢ 麻黄碱的制备 ➢ 国内主要采用植物提取法 ➢ 欧美为化学合成法，需要进一步拆分 ➢ 利用生物转化法生产麻黄碱有许多优势 ➢ 酶为丙酮酸脱羧酶，广泛存在于酵母细胞中
（四）甾体边链降解
第三节 微生物转化在制药工业上的应用
Байду номын сангаас
一、微生物转化在甾体药物合成中的应用
（一）糖皮质激素类药物
O
CH2OH
CH3 OH O
CH3
O
CH2OH
CH3
CH3
H
H
O
O
HO CH3
O CH3
CH2OCOCH3 OH
H O
醋酸氢化可的松
HO CH3
O CH3
CH2OCOCH3 OH
AcO O
OH
O O
H
O
HO O OAc
O
(6)
2.喜树碱
（二）青篙素
（三）人参皂苷
四、微生物转化与其他药物制备
（一）微生物转化与手性药物合成
➢ 人体内在的手性环境可以识别手性药物对映体， 使对映体在活性、代谢过程和毒性等方面存在显 著差异。
➢ 如用于消除孕妇早期妊娠反应的镇静剂“反应 停”(thalidomide，沙利度胺)被应用不久，就被 发现可以致使婴儿出现畸形，经研究发现具有镇 静作用的是其R一对映体．而致畸变是由s一对映 体引起的。因此必须对不同对映体看成不同的化 合物进行研究。
一、微生物转化与药物合成 ➢ 研究始于1864年巴斯德利用乙酸杆菌将乙醇氧化为乙酸, ➢ 工业化的里程碑是50年代美国普强药厂的Murray和
Peterson利用微生物黑根霉(Rhizonpus nigricans)的羟化
酶将黄体酮转化为11α-羟基黄体酮,即对甾体化合物的结构改 造. ➢ 利用微生物的作用来进行某种化学反应称为微生物转化反应 (microbial transformation or microbial bioconversion). ➢ 固定化细胞,诱变和基因重组等技术的发展, 使得成倍地提高转 化率,并且能将几种不同合成基因构建到同一个工程菌中使得 一次培养同时进行几步转化反应,使微生物转化在天然药物修
➢ 采用酵母细胞生物催 化法可将丙酮酸与苯 甲醛缩舍形成L-苯基 乙酰基甲醇
➢ 再经甲胺还原胺化即 可得L-麻黄碱.其苄位 羟基经乙酰化和羟基 取代可以产生构型转 化得到(1S,2S)-2-甲氨 基-1-苯基丙醇,即D麻黄碱
（五）其他
三、微生物转化反应的特点
跟酶法转化和有机化学转化比较有以下特点 ➢ 1.蛋白酶为催化剂 ➢ 2.对立体结构合成上具有高度的专一选择性 ➢ 3.反应速度高 ➢ 4.反应条件温和
➢ 1脱氧野尻霉素野尻霉素还原而得，也可由多种链霉菌 和芽孢杆菌产生，同样具有糖苷酶抑制作用；N取代1 脱氧野尻霉素具有更好的降糖效果，米格列醇就是其中 之一。
➢ 米格列醇的结构与葡萄糖相似，能够可逆地竞争性抑制 假单糖α葡糖苷酶，减少单糖的代谢，降低在小肠的吸 收。
➢ 先用微生物发酵制备野尻霉素或1脱氧野尻霉素后再用 化学合成的方法来制备米格列醇
CH3
F
H
O
醋酸地塞米松
HO CH3
O CH3
CH2OCOCH3 OH
H O
醋酸泼尼松龙
（二）糖皮质激素类药物的合成
二、微生物转化与中药现代化
（一）微生物转化进行中药研究的意义
（二）微生物转化中药的途径
三、微生物转化在天然药物研发中的应用
（一）抗癌药 1.紫杉醇
O
HN O
O
脂肪酶PS-30
物转化的反应有9α羟基化、11α,β羟基化及16α羟 基化；A环1，2或4和5位的脱氢；3 α,β位羟基的 脱氢，以及27位侧链的降解、不对称还原3,17,20 位酮基等，它们都已分别在各种皮质激素、性激 素、口服避孕药、蛋白同化激素、抗癌剂、利尿 剂等药物的合成中成为关键步骤。
1. C9α羟化
2.C11α羟化
290C,pH7.0
(1) 氮杂环丁酮衍生物
HO O
OH
O HN
O O
(2)
AcO
1. KOH,THF/H2O 2. Ethyl Vinyl ether
3. MeLi 4. Benzoyl choride
(3)
O
OSiEt3
O O
N O
OEt
1. Et3SiCl/pyridine
OH
HO
H
O 2. CH3COCl/pyridine
➢ 微生物特有反应
➢ 黑根霉(Rhizonpus nigricans)的羟化酶
能使黄体酮转化为11α-羟基黄体酮
3.C11β羟化
4.C15α羟化
5.C16α羟化
6.C17α羟化
7.C19α羟化
8.双羟基化
9.羟化反应机制
微生物甾体羟化酶属P450超家族的单氧化酶
（二）环氧化反应
（三）脱氢反应
第八章 微生物转化
定义
➢ 微生物转化是通过微生物细胞将复杂的底物进 行结构修饰,也就是利用微生物谢过程中产生 的某个或某一系列的酶对底物特定部位(基团) 进行的催化反应.
➢ 利用微生物细胞或微生物酶取代或配合化学方 法进行有机合成。
➢ 微生物代谢过程中某一个酶或者一组酶系对底 物进行催化反应
第一节 概述