甾体化合物的微生物转化分析解析

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2.3 环氧化反应
? 环氧化经常发生在C-9，11、C-14，15与C-16，17位上。 ? 在甾体母核上引入环氧基团与甾体的羟基化有关。 ? 能进行11β-羟基化的新月弯孢霉或布氏小克银汉霉均可将
17α，21-二羟基-4，9(11)-孕甾二烯-3，20-酮转化成9β， 11β-环氧化合物。 ? 诺卡氏菌则可以在C-6，9位上引入环氧基团。
优点一
减少合成步骤，缩短生产周期
优点二
提高收率，减少副反应
优点三
立体选择性和区域选择性
优点四
改善操作条件
优点五
非常专一、迅速地完成比较复 杂和难以进行的有机化学反应
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4. 发展与展望
将微生物基因工程 的新概念应用于甾 体微生物转化
Case 1
将环糊精等应用于 培养基以提高产量
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2.6.1 抑制甾核降解方法
对甾醇结构进行改造 加入酶抑制剂抑制 对菌种进行诱变
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抑制甾核降解
2.6.2 提高甾体边链降解产率的方法
? 在甾体边链微生物降解过程中所遇到的最主要的问题是甾 醇底物在水溶液培养基中溶解度问题。
类固醇
0.1mM
低极度解溶
甾酮
H2C
OH
C=O
HO
新月弯孢霉
H2C
OH
C=O
Reichstein S
O
氢化可的松
其它羟化反应：16α，17α，19α羟化也是甾体药物合成的重 要反应。
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2.2 氧 化
? 氧化反应主要是利用氧化酶催化羟基转化成酮基。
A
HO
氧化酶 A
O
微生物来源的氧化酶主要是胆固醇氧化酶。
Bordetella sp．B4能够产胞外胆固醇氧化酶(山东大学)。
? 虽然每种化合物都表现 出不同的生物活性，但 分子结构中均含有环戊 烷骈多氢菲的甾体母核
R
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HO
谷甾醇
HO
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胆固醇
O
O
AD
O
O
ADD
甾体化合物大部分是在医药上占有重要地位的激素类药物。 如皮质酮、氢化可的松、睾酮、孕酮、雌二酮等。
Case 04
Case 02
发展经济有效的 产物连续回收方 式
Case 03
细胞和酶的固定化以利 于酶的重复经济利用
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参考文献
?
[1] S.L. Abidi. Chromatographic analysis of plant sterols in foods and vegetable
? C-9α羟化：9α羟化是甾体药物合成的一个关键步骤，还为 甾体药物合成提供了一个关键中间体。
O O
O
雄甾 -4-烯-3，17-二酮
Mycobacterium
OH
O
9α-羟基 -雄甾 -4-烯-3，17-二酮
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? C-11α羟化：11α羟化是微生物转化甾体的最重要反应，人 体及动物体内的酶均不能将甾体11α羟化。
CH3 C=O
CH3
C=O
HO
HO
CH 3 C=O
O
孕酮
百度文库
黑根霉
O
+
O
11α-羟基-孕酮
OH
11α, 6β-羟基 -孕酮
# 放线菌、棒状杆菌、诺卡氏菌
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? C-11β羟化：11β羟化 是微生物转化甾体的 另一个有价值的反应 ，利用新月弯孢霉能 够将Reichstein S化合 O 物11β羟化生成氢化 可的松。
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2.4 脱氢反应
微生物对甾体脱氢经常发生在A环的C-1，2和C-4，5位之间 醋酸可的松在1,2位上脱氢形成醋酸脱氢可的松
有研究表明醋酸可的松的l，2位上引入双键形成 醋酸脱氢可的松，抗炎作用增加了4倍左右
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2.5 酯 化
? 酯化反应是通过酯酶对甾醇不同区域进行选择性酯化， 许多微生物都具有甾醇酯化的功能.
? 绿色木霉Trichoderma virida的酯酶（Maeda 2008）
? 粘稠色杆菌Chromobacterium16viscosum的酯酶
(Knothkanen 2004)
OCOC 3H7
OH
A
A
HO
HO
OH
CI 3COOC 3H7 丙酮
Tri.Virid Cahro.Viscosum
A
C3H7OCO
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2.6 选择性边链降解
? 利用微生物进行甾体边链降
O
解在工业上的重要性仅次于
甾体微生物羟化。目前各类
有生理活性的简体药物的母
核都是通过将从动植物中提
取的甾体化合物进行选择性
边链降解而获得的。
O
O
ADD
O
AD
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微生物对甾体母核的降解机理
尽管微生物能够将胆固醇 和植物甾醇通过边链降解 生成AD和ADD，但大微生 物会继续将AD和ADD降解 成水和二氧化碳。微生物 开始降解甾体母核前，首 先会先将C-9羟基化，之 后会形成9α-OH-ADD，A 环芳香化后会使C-9和C一 10之间的单键断裂，从而 使B环开环(Sonomoto， 1983)。
甾体化合物的微生物转化
18 R
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宣讲人：吴慧斌
甾体化合物的微生物转化
1
甾体化合物的简介
2 微生物转化甾体化合物的类型
3
微生物转化的优点
4
发展与展望
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1.甾体化合物简介
? 甾体类化合物是广泛存 在于自然界中的一类由 27-30个碳原子组成的且 在其17位碳上带有七个 以上的碳原子侧链的天 然化学成分。
早期
传统生产
现在
动物的 肾上腺 提取
以甾体皂甙 类自然资 源为原料 化学合成
微生物转化 分支杆菌 诺卡氏菌
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2. 微生物转化甾体化合物的类型
羟化 氧化 环氧化
转化类型
选择性边链降解 酯化 脱氢
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2.1羟化反应
? 来源于不同微生物的羟化酶能选择性的对甾体母核上的次 甲基进行羟基化，微生物对甾体的重要羟化位置有9α、 11α、16α、16β、17α。
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1μM
?采用聚丙二醇、 ?硅氧烷作为溶剂
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someone
?超声粉碎、表面活 ?性剂及有机溶剂
提高产率
?细胞膜合成的抑制 ?剂改善分支杆菌β-谷 ?甾醇的边链降解
Sedlaczek
Hesselink
? 环糊精应用于 ?分枝杆菌甾体 ?边链降解
3. 微生物转化的优点