脂肪酶

脂肪酶催化药物合成

院系：化工学院

班级： 2009级制药工程2班学号： 20009650818

姓名：李红霞

脂肪酶催化药物合成

摘要：将脂肪酶固定化可提高酶的选择性、稳定性等，已广泛应用于手性拆分

等研究。常用的高分子固定化载体有聚丙烯酸多孔树脂及带功能基团的共聚物等。从脂肪酶结构的角度介绍其手性拆分机理，并具体讨论了一些商品化固定化脂肪酶在手性拆分中的应用及固定化载体材料对手性拆分的影响。

关键词：脂肪酶；酶催化；手性拆分；药物合成；应用

一、综述

脂肪酶（Triacylglycerol lipase E C3.1.1.3）是广泛存在的一种酶，在脂质代谢中发挥重要的作用。在油水界面上，脂肪酶催化三酰甘油的酯键水解，释放更少酯键的甘油酯或甘油及脂肪酸。脂肪酶结构有2个特点：(1) 脂肪酶都包括同源区段：His-X-Y-Gly-Z-Ser- W-Gly或Y-Gly-His-Ser-W-Gly (X、Y、W、Z是可变的氨基酸残基)；(2) 活性中心是丝氨酸残基，正常情况下受1个α-螺旋盖保护。脂肪酶的特性脂肪酶底物专一性酶的底物专一性取决于酶分子结构，脂肪酶分子由亲水、疏水两部分组成。活性中心靠近分子疏水端。不同来源的脂肪酶存在着结构上的差异，使得不同的来源的脂肪酶有不同的底物专一性。

1.1来源

脂肪酶广泛的存在于动植物和微生物中。植物中含脂肪酶较多的是油料作物的种子，如蓖麻籽、油菜籽，当油料种子发芽时，脂肪酶能与其他的酶协同发挥作用催化分解油脂类物质生成糖类，提供种子生根发芽所必需的养料和能量；动物体内含脂肪酶较多的是高等动物的胰脏和脂肪组织，在肠液中含有少量的脂肪酶，用于补充胰脂肪酶对脂肪消化的不足，在肉食动物的胃液中含有少量的丁酸甘油酯酶。在动物体内，各类脂肪酶控制着消化、吸收、脂肪重建和脂蛋白代谢等过程；细菌、真菌和酵母中的脂肪酶含量更为丰富(Pandey等)。由于微生物种类多、繁殖快、易发生遗传变异，具有比动植物更广的作用p H、作用温度范围以及底物专一性，且微生物来源的脂肪酶一般都是分泌性的胞外酶，适合于工业化大生产和获得高纯度样品，因此微生物脂肪酶是工业用脂肪酶的重要来源，并且在理论研究方面也具有重要的意义。

1.2性质

脂肪酶是一类具有多种催化能力的酶，可以催化三酰甘油酯及其他一些水不溶性酯类的水解、醇解、酯化、转酯化及酯类的逆向合成反应，除此之外还表现出其他一些酶的活性，如磷脂酶、溶血磷脂酶、胆固醇酯酶、酰肽水解酶活性等(Hara；Schmid)。脂肪酶不同活性的发挥依赖于反应体系的特点，如在油水界面促进酯水解，而在有机相中可以酶促合成和酯交换。

脂肪酶的催化特性在于：在油水界面上其催化活力最大，早在1958年Sarda 和Desnnelv 就发现了这一现象。溶于水的酶作用于不溶于水的底物，反应是在

2个彼此分离的完全不同的相的界面上进行。这是脂肪酶区别于酯酶的一个特征。酯酶(E C3.1.1.1)作用的底物是水溶性的，并且其最适底物是由短链脂肪酸(≤C8)形成的酯。

1.3生产

脂肪酶的制备方法有提取法、化学合成法和微生物发酵法。提取法资源有限、工艺复杂、产量低；化学合成法成本太高；微生物发酵法的应用前景要远远大于提取法和化学合成法，它不受环境影响，资源丰富，产酶周期短，产物较单纯且成本低，生产上易于管理。商品化脂肪酶主要来源于各种细菌、酵母和真菌等微生物的发酵，有些霉菌可通过固态发酵及液体深层发酵两种方法进行发酵。通过传统诱变育种以及优化发酵条件提高了脂肪酶的产量，使得许多脂肪酶实现了产业化生产，尤其是基因工程的引入，大大提高了脂肪酶的产量。由于提取材料来源和酶含量的因素，动植物脂肪酶主要应用于科学研究。

二、脂肪酶催化药物合成

目前，临床上超过60%的常用药物为手性药物。通常的化学工艺对手性分子的合成并不理想，存在反应路径长、重金属催化剂残留和收率低等缺点；而脂肪酶对底物具有高度的立体选择性，只需单步反应就可以高效率地制备出手性产物，这使得其在光学纯化物制备和药物手性转换中具有独特的优势。同时，脂肪酶作为生物催化剂具有高度的区域选择性，特别适合于一般化学方法难以实现的多功能化合物的合成，能很好的避免多取代产物等副作用的产生。脂肪酶催化反应除具有高度的立体选择性和区域选择性、副反应少等特点外，还具有催化反应条件温和、无环境污染等优越性，可以保证产物的光学纯度和收率。脂肪酶作为生物催化剂，为化学过程提供了更为清洁和高效的途径。

2.1脂肪酶催化合成抗炎镇痛药物

非甾体类抗炎镇痛药物(Nonsteroidal antiinflam- matory drugs，NSAIDs)是一类具有解热、镇痛、抗炎、抗风湿和血小板聚集作用的药物，主要用于治疗多种疾病引起的持续性发炎、疼痛和发烧。此类药物大多因手性中心的存在而具有对映

体，比如萘普生、酮洛芬、布洛芬和氟比洛芬等。通过利用脂肪酶在手性药物拆分中具有的优势，对合成这四种药物的工艺进行了优化，获得了较好的结果。2.1.1脂肪酶催化合成(s)-萘普生

萘普生[(+)口一甲基一6一甲氧基一2一萘乙酸]是世界上应用最多的非甾体类抗炎镇痛药物。临床研究表明，(s)一萘普生的生理活性是其对映体的28倍，并作为单一对映体药物用于人体。在有机溶剂中水解(R，S)一萘普生甲酯是合成(S)一萘普生的理想途径(图1)。

用皱褶假丝酵母脂肪酶(CRL)在超临界二氧化碳存在下的含水缓冲溶液／异辛烷反应体系中立体选择性水解消旋萘普生甲酯。结果发现，对映体比率随着反应时间的延长而升高，对映体选择率(E)为236，转化率(z)为41．6％，产物对映体过剩值(ee。)为98．2％，底物对映体过剩值(ee。)为70．0％。在超临界二氧化碳中选择合适的反应体系和实验条件，产物对映体过剩值、对映体比率、转化率、酶活性和稳定性均能达到较好的水平。加入氨基杯[4，6]芳烃和羧基杯[6]芳烃添加剂的包裹脂肪酶与不加添加剂的包裹脂肪酶相比具有更高的转化率和立体选择性。因此，选择适宜的添加剂对脂肪酶的立体选择性具有重要的影响。CALB-(S)一萘普生复合物的氢键比CALB- (R)一萘普生复合物的氢键更加稳定，此外，与普通条件下相比，在超临界条件下可在更短的反应时间里具有最小能量值，得到更高的产率。

2.1.2肪酶催化合成(s)-酮洛芬

酮洛芬(口一甲基-3-苯甲酰基一苯乙酸)的羧基口一碳是手性中心，存在(R)一和(S)一对映体。然而，(S)一酮洛芬和(R)一酮洛芬却显示了不同的药理活性。(S)一对映体可用于减缓炎症和减轻疼痛，而(R)一对映体活性很低，甚至在有些情况下，还有不必要的生理副作用和毒性。

最近，研究人员克隆了粘质沙雷菌ECUl010的一种脂肪酶，并在大肠杆菌中表达，这种重组脂肪酶能立体选择性水解(R，S)一酮洛芬酯合成(S)一酮洛芬(图2)，ee。达到91．6％，E达到63，z高达48．2％。重组脂肪酶也表现了很高的