漆酶在药物生产中的应用进展
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漆酶催化氧化底物的另一个重要反应是聚合反应,漆 酶可催化很多底物尤其是酚类底物氧化聚合形成多酚氧化 物。白藜芦醇是一种具有抗菌、消炎、抗癌等活性的药物, 最新研究表明在这些方面起主要作用的是白藜芦醇的脱氢 二聚体葡萄索(viniferin)。但葡萄素在植物体内含量特别 低,限制了其在医药上的应用。来自灰色葡萄孢霉(Botrytis cinerPAl)的漆酶可氧化白藜芦醇形成二聚体,该漆酶在pH
4.9,26℃下催化20 mg/L白藜芦醇的效果较好,可合成具有
更高生物活性的葡萄素‘1引。茶黄素是茶色素中生物活性较
强的物质,具有抗癌、抗心脑血管疾病、抑菌抗病毒等多种
活性,但天然的茶黄素含量很低,使用茶多酚在体外生物转
化生产茶黄索可降低生产成本。岳鸱[川研究了采用漆酶体
外酶促氧化茶多酚合成茶黄素的条件,其中pH和温度对反
漆酶一般以单蛋白体的形式存在。不同来源的漆酶其 分子被不同程度地糖基化,碳水化合物含量占10%一45% (质量分数)。漆酶分子中一般都含有4个铜原子;适宜反 应温度较低,酸性pH催化效率较高;具有广泛的作用底物, 但不同漆酶之间的作用范围也不尽相同,可氧化的底物包 括:酚类及其衍生物、芳胺及其衍生物、芳香羧酸及其衍生 物等‘11。
Mikolaseh等一1发现采用朱红密孔菌(Pycnoporus cinna- barinus)和嗜热毁丝菌(Myceliophthora therrnophila)的漆酶可 氧化对苯二酚的衍生物(漆酶底物)形成相应的醌类,然后 这些醌类与对氨基苯甲酸(非漆酶底物)发生胺化反应,结 果表明对苯二酚上不同的取代基会影响胺化反应的位置和 产物的产量。朱红密孔菌的漆酶适合催化含有卤素、烷氧 基和羰基取代基的对苯二酚,而嗜热毁丝菌的漆酶氧化含 有烷基的对苯二酚更有效。当采用传统的化学方法替代漆 酶氧化合成相同的产物时,合成效率非常低,仅为漆酶催化 产量的0%-45%。一些常用的抗生素如丝裂霉索、放线紫 红素、四环素和蒽环类抗生索都含有醌类结构,著名的抗肿 瘤药物阿霉索也是醌类衍生物,因此应用漆酶合成带有醌 类亚结构的药物将成为今后的研究热点。
Bulletin,2008,56(6):781-786.
[9]MikolaschA,MatthiesA,LalkM,d a/.Laeease—inducedC—
N coupling of substituted P—-hydroquinones with P·-aminobenzoic
comp幽ll acid in
高活性的抗生素来替代现有的抗生素。漆酶作为一种高效
清洁的生物催化剂,可催化多种有机物反应产生新的药物。
今后的研究重点是开发高产漆酶的微生物,并在现有的基
础上拓宽漆酶催化合成有机药物的底物范围,使漆酶在新
药的开发和生产中发挥更重要的作用。
参考文献
[1]钞亚鹏,钱世钧.真菌漆酶及其应用[J】.生物工程进展,
应影响较为显著,最适反应条件为50℃,pH 2.3,漆酶浓度
为1.8 s/L,反应时间1.5 h。与传统方法相比,该方法可以
缩短反应时间,提高茶黄素产量。
4展望
随着漆酶的理论研究和应用研究不断深入,漆酶在医
药工业正在发挥越来越大的作用。目前微生物对抗生素的
耐药性已成为临床使用中的难题,因此迫切需要开发新的
with known chemical routes[J】.Applied Mi-
erobiology and 8/otechadogy。2008,80:389—397.
[10] 王娅宁,尉亚辉,张海样.灰色葡萄孢霉产漆酶性质的研究
及其对白藜芦醇的催化[J].西北药学杂志,2009。24(5):
372—374.
中药成分复杂且有效成分含量低,如何快速有效地从 中药中提取、分离和纯化微量成分,并保持其高活性,已成 为中药开发的关键工序。常用的提取方法(如煎煮法、浸渍 法、渗渡法等)在提取有效成分方面,存在着有效成分损失 大、周期长、工序多、提取率不高等缺点H1。随着中药现代 化的发展,用于有效成分提取的各种新技术(如超临界流体 萃取法、超声提取法、酶法提取、微波提取法、半仿生提取法 等)迅速涌现,并取得显著成效。其中酶工程技术具有反应 效率高,条件温和,专一性强,易于控制等优点,在中药有效 成分提取中具有较大的优势。
的研究[J].食品科学,2006,27(2):166—168.
[5】郭梅,路福平,刘敏尧.等.基因工程菌漆酶用于提取黄芪总
皂甙的研究[J].食品研究与开发,2008,29(11):75-78.
A,Niedermeyer删,Lalk [6]Mikolasch
M,d a/.Novel penicillins
漆酶可以催化有些有机物分子的C—N键连接形成胺 化反应,利用漆酶这一特性可在现有的抗生索分子的基础 上连接其它的有机物分子,从而形成新的抗生素。Mikolas. ch等旧1利用来自栓菌Trametes spec.的漆酶催化氨苄青霉 素或羟氨苄青霉索分子与2,5一二羟基苯甲酸及其衍生物 发生连接,经高效液相色谱检测得到8种新的青霉素衍生 物,这8种新的青霉素对多种革兰氏阳性菌均具有较好的 抗菌活性,并可有效防止小鼠被金黄色葡萄球菌感染致死, 而细胞毒性和急性毒性则非常小。该漆酶还可催化氨基B 一内酰胺类抗生素如羟氨苄头孢茵素、羟氨苄青霉索、氨苄 青霉素及结构类似的氯碳头孢与儿茶酚的氨化反应,形成 新的头孢菌素、青霉索和碳头孢烯类抗生素,这些新的抗生 素衍生物也具有较好的抗菌活性¨J。Corollosporine是从海 洋真菌海花冠菌(Cordtospora maritima)中分离的一种新型 抗生索。该研究小组将含氮的CoroUosporine类似物与2。5 一二羟基苯甲酸、4一甲基儿茶酚的几种衍生物在漆酶的催 化下发生胺化反应,成功得到多种新的具有活性的抗生素, 且产率均在80%以上【8j。这些研究结果表明相比较传统的 合成工艺而言,漆酶在通过改造现有的抗生素分子合成新 的抗生索方面具有重要应用潜力。
2001,21(5):23-28.
[2】高千千,朱启忠.漆酶一介体体系(LMS)及其应用[J】.环境
工程,2009,27:598—602.
[3]许云峰,张臻,周建芹,等.内生镰刀菌漆酶辅助提取槐米中
总黄酮的研究[J].中草药,2008,39(11):1637—1640.
[4】郭梅,白东清,蒲军.等.杂色云芝漆酶用于提取人参总皂甙
Abstract:Laccased aI℃polyphenoloxidases which oxidize a耐de range of aromatic substances.This paper 11B“ews the le- cent research of laccase in pharmaceutical production.
907.
[8】Mikolasch A,Hessel S,SalaⅫMG,醇以.Synthesis ofuew N—
analogous comllosporine derivatives with antibacterial activity by
la%∞一catalyzed amination[J】.Chem/ca/&Phannamutical
黑龙江医药Heilongjiang Medicine Journal VoL 23 No.2 2010
·173·
漆酶在药物生产中的应用进展
李泰仑,杜美惠,刘哲君,韩颂,卢磊,赵敏拳
东北林业大学生命科学学院(哈尔滨150040)
摘要漆酶是一种底物范围十分广泛的多酚氧化酶,可催化多种有机物发生氧化反应。本文综述了漆酶在中
药有效成分提取及新型有机药物合成中的应用。
关键词:漆酶;提取;催化;合成
中图分类号:Q657.3
文百度文库标识码:A
文章编号:1006-2882(2010}02—173—02
Progress in Application of Laccase for Pharmaceutical Production
Li Tailun.砑al CoUege ofLife sc妇,lc嚣,Northeast Forestry University(Harbin 150040)
Key words:laeease;extraction;catalyze;synthesize
漆酶(EC 1.10.3.2)是一种含铜的多酚氧化酶,能够催 化酚类、芳胺类、甾体类激素、生物色索和非酚类物质生成 醌类化合物、羰基化合物和水。漆酶属于铜蓝氧化酶中的 一小族,广泛存在于真菌和植物中,目前发现少数细菌也能 产生漆酶川。分泌漆酶的真菌主要集中于担子菌亚门(Ba- sidiomycotina)、子囊茵亚门(Aseomycotina)及半知菌亚门 (Deuteromycofina)等高等真菌,其中最主要的是担子菌亚门 的白腐真菌…。由于漆酶具有特殊的催化性能和宽泛的作 用底物,其在生物制浆,食品工业,有毒化合物的降解及有 机合成等方面具有重要用途¨1。目前,关于漆酶的研究和 商业化应用主要集中在生物制浆和污染物(如染料,酚类等 物质)的降解上,但有不少文献表明漆酶在药物合成方面具 有潜在应用价值,而至今尚未有此方面的综述报告,本文对 近几年漆酶在这方面的应用进行了综述。 1 漆酶的性质和催化机理
万方数据
·174·
黑龙江医药Heilongjiang Medicine Journal V01.23 No.2 2010
赤酵母生产的漆酶用于黄芪总皂甙的提取,经正交试验优 化后发现黄芪总皂甙漆酶提取法的最佳工艺为:1 g黄芪粗 粉加漆酶酶液3.0 mL(453 U/mL),pH为4.0,40℃先酶解 1.5 h,再补水至总体积为50 mL,100℃提取时间1.5 h。经 过漆酶酶处理后的提取率比未经酶处理的提取率提高了 65.6%[51。因为中药的功效成分往往被包裹在木质索中, 经漆酶酶解后解脱了木质素的束缚,增进了各种功效成分 的溶出,从而提高了功效成分的提取率。 3漆酶应用于抗生素合成
[11】岳鸱.真菌漆酶酶促合成茶黄素工艺的研究[J】.农产品加
用于中药有效成分提取的酶主要包括纤维素酶,果胶 酶和蛋白酶,而漆酶用于中药成分的提取的报道较少。漆 酶是主要的3种木质素降解酶之一。可以有效降解木质索, 增进植物中有效成分的释放,提高提取率。许云峰等p1从 黄花蒿巾分离出内生镰刀菌,利用内生镰刀菌的漆酶发酵 液提取槐米的总黄酮,研究了酶解时间、酶解温度、酶解液 PH值和酶料比等条件对总黄酮提取率的影响。结果表明 酶解温度对总黄酮提取率的影响较为显著。应用漆酶粗酶 液在最适提取条件下总黄酮提取率可比常规方法的提高 28.7%。郭梅等H1比较了漆酶处理和常规的水浸方法对人 参总皂甙提取的影响,人参经漆酶处理后总皂甙的提取率 比未经酶处理的提取率提高了70.9%。基因工程菌甲醇毕
synthesized by biotransformation using laee∞e from Trarnctes trpce
【J】.Chemical&Plmmmceutical Bulletin.2006,54(5):632—
638.
[7】MikolasehA.WumterM,LalkM,daL Novel8一hctam antibi· oties synthesized by amination of eateehols using如ngaJ laeease [J】.Chem/ea/&Pharmaceutiea/Bu//a/n,2008,56(7):902—
催化氧化反应机理主要表现在底物自由基的生成和漆 酶分子中四个铜离子的协同作用。底物结合于酶活性中心 的I型铜原子位点,通过Cys—His途径将其传递给三核位 点,该位点进一步把电子传递给结合到活性中心的第二底 物氧分子,使之还原为水[1】。漆酶是单电子氧化还原酶,在
小分子的介体物质存在下,漆酶可氧化的底物范围还将进 一步扩大,即氧化非酶底物瞄J。目前通过不断研究,漆酶可 氧化的非酶底物范围还在不断增加,漆酶的这一性质预示 着漆酶具有广泛的应用前景。 2漆酶应用于中药有效成分提取
4.9,26℃下催化20 mg/L白藜芦醇的效果较好,可合成具有
更高生物活性的葡萄素‘1引。茶黄素是茶色素中生物活性较
强的物质,具有抗癌、抗心脑血管疾病、抑菌抗病毒等多种
活性,但天然的茶黄素含量很低,使用茶多酚在体外生物转
化生产茶黄索可降低生产成本。岳鸱[川研究了采用漆酶体
外酶促氧化茶多酚合成茶黄素的条件,其中pH和温度对反
漆酶一般以单蛋白体的形式存在。不同来源的漆酶其 分子被不同程度地糖基化,碳水化合物含量占10%一45% (质量分数)。漆酶分子中一般都含有4个铜原子;适宜反 应温度较低,酸性pH催化效率较高;具有广泛的作用底物, 但不同漆酶之间的作用范围也不尽相同,可氧化的底物包 括:酚类及其衍生物、芳胺及其衍生物、芳香羧酸及其衍生 物等‘11。
Mikolaseh等一1发现采用朱红密孔菌(Pycnoporus cinna- barinus)和嗜热毁丝菌(Myceliophthora therrnophila)的漆酶可 氧化对苯二酚的衍生物(漆酶底物)形成相应的醌类,然后 这些醌类与对氨基苯甲酸(非漆酶底物)发生胺化反应,结 果表明对苯二酚上不同的取代基会影响胺化反应的位置和 产物的产量。朱红密孔菌的漆酶适合催化含有卤素、烷氧 基和羰基取代基的对苯二酚,而嗜热毁丝菌的漆酶氧化含 有烷基的对苯二酚更有效。当采用传统的化学方法替代漆 酶氧化合成相同的产物时,合成效率非常低,仅为漆酶催化 产量的0%-45%。一些常用的抗生素如丝裂霉索、放线紫 红素、四环素和蒽环类抗生索都含有醌类结构,著名的抗肿 瘤药物阿霉索也是醌类衍生物,因此应用漆酶合成带有醌 类亚结构的药物将成为今后的研究热点。
Bulletin,2008,56(6):781-786.
[9]MikolaschA,MatthiesA,LalkM,d a/.Laeease—inducedC—
N coupling of substituted P—-hydroquinones with P·-aminobenzoic
comp幽ll acid in
高活性的抗生素来替代现有的抗生素。漆酶作为一种高效
清洁的生物催化剂,可催化多种有机物反应产生新的药物。
今后的研究重点是开发高产漆酶的微生物,并在现有的基
础上拓宽漆酶催化合成有机药物的底物范围,使漆酶在新
药的开发和生产中发挥更重要的作用。
参考文献
[1]钞亚鹏,钱世钧.真菌漆酶及其应用[J】.生物工程进展,
应影响较为显著,最适反应条件为50℃,pH 2.3,漆酶浓度
为1.8 s/L,反应时间1.5 h。与传统方法相比,该方法可以
缩短反应时间,提高茶黄素产量。
4展望
随着漆酶的理论研究和应用研究不断深入,漆酶在医
药工业正在发挥越来越大的作用。目前微生物对抗生素的
耐药性已成为临床使用中的难题,因此迫切需要开发新的
with known chemical routes[J】.Applied Mi-
erobiology and 8/otechadogy。2008,80:389—397.
[10] 王娅宁,尉亚辉,张海样.灰色葡萄孢霉产漆酶性质的研究
及其对白藜芦醇的催化[J].西北药学杂志,2009。24(5):
372—374.
中药成分复杂且有效成分含量低,如何快速有效地从 中药中提取、分离和纯化微量成分,并保持其高活性,已成 为中药开发的关键工序。常用的提取方法(如煎煮法、浸渍 法、渗渡法等)在提取有效成分方面,存在着有效成分损失 大、周期长、工序多、提取率不高等缺点H1。随着中药现代 化的发展,用于有效成分提取的各种新技术(如超临界流体 萃取法、超声提取法、酶法提取、微波提取法、半仿生提取法 等)迅速涌现,并取得显著成效。其中酶工程技术具有反应 效率高,条件温和,专一性强,易于控制等优点,在中药有效 成分提取中具有较大的优势。
的研究[J].食品科学,2006,27(2):166—168.
[5】郭梅,路福平,刘敏尧.等.基因工程菌漆酶用于提取黄芪总
皂甙的研究[J].食品研究与开发,2008,29(11):75-78.
A,Niedermeyer删,Lalk [6]Mikolasch
M,d a/.Novel penicillins
漆酶可以催化有些有机物分子的C—N键连接形成胺 化反应,利用漆酶这一特性可在现有的抗生索分子的基础 上连接其它的有机物分子,从而形成新的抗生素。Mikolas. ch等旧1利用来自栓菌Trametes spec.的漆酶催化氨苄青霉 素或羟氨苄青霉索分子与2,5一二羟基苯甲酸及其衍生物 发生连接,经高效液相色谱检测得到8种新的青霉素衍生 物,这8种新的青霉素对多种革兰氏阳性菌均具有较好的 抗菌活性,并可有效防止小鼠被金黄色葡萄球菌感染致死, 而细胞毒性和急性毒性则非常小。该漆酶还可催化氨基B 一内酰胺类抗生素如羟氨苄头孢茵素、羟氨苄青霉索、氨苄 青霉素及结构类似的氯碳头孢与儿茶酚的氨化反应,形成 新的头孢菌素、青霉索和碳头孢烯类抗生素,这些新的抗生 素衍生物也具有较好的抗菌活性¨J。Corollosporine是从海 洋真菌海花冠菌(Cordtospora maritima)中分离的一种新型 抗生索。该研究小组将含氮的CoroUosporine类似物与2。5 一二羟基苯甲酸、4一甲基儿茶酚的几种衍生物在漆酶的催 化下发生胺化反应,成功得到多种新的具有活性的抗生素, 且产率均在80%以上【8j。这些研究结果表明相比较传统的 合成工艺而言,漆酶在通过改造现有的抗生素分子合成新 的抗生索方面具有重要应用潜力。
2001,21(5):23-28.
[2】高千千,朱启忠.漆酶一介体体系(LMS)及其应用[J】.环境
工程,2009,27:598—602.
[3]许云峰,张臻,周建芹,等.内生镰刀菌漆酶辅助提取槐米中
总黄酮的研究[J].中草药,2008,39(11):1637—1640.
[4】郭梅,白东清,蒲军.等.杂色云芝漆酶用于提取人参总皂甙
Abstract:Laccased aI℃polyphenoloxidases which oxidize a耐de range of aromatic substances.This paper 11B“ews the le- cent research of laccase in pharmaceutical production.
907.
[8】Mikolasch A,Hessel S,SalaⅫMG,醇以.Synthesis ofuew N—
analogous comllosporine derivatives with antibacterial activity by
la%∞一catalyzed amination[J】.Chem/ca/&Phannamutical
黑龙江医药Heilongjiang Medicine Journal VoL 23 No.2 2010
·173·
漆酶在药物生产中的应用进展
李泰仑,杜美惠,刘哲君,韩颂,卢磊,赵敏拳
东北林业大学生命科学学院(哈尔滨150040)
摘要漆酶是一种底物范围十分广泛的多酚氧化酶,可催化多种有机物发生氧化反应。本文综述了漆酶在中
药有效成分提取及新型有机药物合成中的应用。
关键词:漆酶;提取;催化;合成
中图分类号:Q657.3
文百度文库标识码:A
文章编号:1006-2882(2010}02—173—02
Progress in Application of Laccase for Pharmaceutical Production
Li Tailun.砑al CoUege ofLife sc妇,lc嚣,Northeast Forestry University(Harbin 150040)
Key words:laeease;extraction;catalyze;synthesize
漆酶(EC 1.10.3.2)是一种含铜的多酚氧化酶,能够催 化酚类、芳胺类、甾体类激素、生物色索和非酚类物质生成 醌类化合物、羰基化合物和水。漆酶属于铜蓝氧化酶中的 一小族,广泛存在于真菌和植物中,目前发现少数细菌也能 产生漆酶川。分泌漆酶的真菌主要集中于担子菌亚门(Ba- sidiomycotina)、子囊茵亚门(Aseomycotina)及半知菌亚门 (Deuteromycofina)等高等真菌,其中最主要的是担子菌亚门 的白腐真菌…。由于漆酶具有特殊的催化性能和宽泛的作 用底物,其在生物制浆,食品工业,有毒化合物的降解及有 机合成等方面具有重要用途¨1。目前,关于漆酶的研究和 商业化应用主要集中在生物制浆和污染物(如染料,酚类等 物质)的降解上,但有不少文献表明漆酶在药物合成方面具 有潜在应用价值,而至今尚未有此方面的综述报告,本文对 近几年漆酶在这方面的应用进行了综述。 1 漆酶的性质和催化机理
万方数据
·174·
黑龙江医药Heilongjiang Medicine Journal V01.23 No.2 2010
赤酵母生产的漆酶用于黄芪总皂甙的提取,经正交试验优 化后发现黄芪总皂甙漆酶提取法的最佳工艺为:1 g黄芪粗 粉加漆酶酶液3.0 mL(453 U/mL),pH为4.0,40℃先酶解 1.5 h,再补水至总体积为50 mL,100℃提取时间1.5 h。经 过漆酶酶处理后的提取率比未经酶处理的提取率提高了 65.6%[51。因为中药的功效成分往往被包裹在木质索中, 经漆酶酶解后解脱了木质素的束缚,增进了各种功效成分 的溶出,从而提高了功效成分的提取率。 3漆酶应用于抗生素合成
[11】岳鸱.真菌漆酶酶促合成茶黄素工艺的研究[J】.农产品加
用于中药有效成分提取的酶主要包括纤维素酶,果胶 酶和蛋白酶,而漆酶用于中药成分的提取的报道较少。漆 酶是主要的3种木质素降解酶之一。可以有效降解木质索, 增进植物中有效成分的释放,提高提取率。许云峰等p1从 黄花蒿巾分离出内生镰刀菌,利用内生镰刀菌的漆酶发酵 液提取槐米的总黄酮,研究了酶解时间、酶解温度、酶解液 PH值和酶料比等条件对总黄酮提取率的影响。结果表明 酶解温度对总黄酮提取率的影响较为显著。应用漆酶粗酶 液在最适提取条件下总黄酮提取率可比常规方法的提高 28.7%。郭梅等H1比较了漆酶处理和常规的水浸方法对人 参总皂甙提取的影响,人参经漆酶处理后总皂甙的提取率 比未经酶处理的提取率提高了70.9%。基因工程菌甲醇毕
synthesized by biotransformation using laee∞e from Trarnctes trpce
【J】.Chemical&Plmmmceutical Bulletin.2006,54(5):632—
638.
[7】MikolasehA.WumterM,LalkM,daL Novel8一hctam antibi· oties synthesized by amination of eateehols using如ngaJ laeease [J】.Chem/ea/&Pharmaceutiea/Bu//a/n,2008,56(7):902—
催化氧化反应机理主要表现在底物自由基的生成和漆 酶分子中四个铜离子的协同作用。底物结合于酶活性中心 的I型铜原子位点,通过Cys—His途径将其传递给三核位 点,该位点进一步把电子传递给结合到活性中心的第二底 物氧分子,使之还原为水[1】。漆酶是单电子氧化还原酶,在
小分子的介体物质存在下,漆酶可氧化的底物范围还将进 一步扩大,即氧化非酶底物瞄J。目前通过不断研究,漆酶可 氧化的非酶底物范围还在不断增加,漆酶的这一性质预示 着漆酶具有广泛的应用前景。 2漆酶应用于中药有效成分提取