生物轉化類型與機制

1、生物轉化類型與機制生物轉化類型與機制第一節(jié)第一節(jié) 生物轉化的定義與研究內生物轉化的定義與研究內容容 生物轉化的含義更強調的是：生物轉化的含義更強調的是： 用微生物或酶來進行藥物合成（或其他有用微生物或酶來進行藥物合成（或其他有機合成）過程中的某一步或幾步反應，而機合成）過程中的某一步或幾步反應，而那些直接來源于微生物的代謝產物是微生那些直接來源于微生物的代謝產物是微生物進行物進行“從頭到尾從頭到尾”的合成過程。的合成過程。 在許多國外文獻中經常能夠看到的描述這種技術的名詞有： microbial transformation; microbial conversion; Biotransfor

2、mation Bioconversion Biocatalysis enzymation等。 微生物微生物(酶酶)轉化是有機化學反應轉化是有機化學反應中的一個特殊的分支中的一個特殊的分支 微生物轉化的本質是某種微生物將一種物微生物轉化的本質是某種微生物將一種物質（底物）轉化成為另一種物質（產物）質（底物）轉化成為另一種物質（產物）的過程，這一過程是由某種微生物產生的的過程，這一過程是由某種微生物產生的一種或幾種特殊的胞外或胞內酶作為生物一種或幾種特殊的胞外或胞內酶作為生物催化劑進行的一種或幾種化學反應，簡言催化劑進行的一種或幾種化學反應，簡言之，即為一種利用微生物酶或微生物本身之，即為一種利用

3、微生物酶或微生物本身的合成技術。的合成技術。 微生物微生物(酶酶)轉化是有機化學反應轉化是有機化學反應中的一個特殊的分支中的一個特殊的分支 這些具有生物催化劑作用的酶大多數(shù)對其這些具有生物催化劑作用的酶大多數(shù)對其微生物的生命過程也是必需的，但在微生微生物的生命過程也是必需的，但在微生物轉化過程中，這些酶僅作為生物催化劑物轉化過程中，這些酶僅作為生物催化劑用于化學反應。由于微生物產生的這些能用于化學反應。由于微生物產生的這些能夠被用于化學反應的大多數(shù)生物催化劑不夠被用于化學反應的大多數(shù)生物催化劑不僅能夠利用自身的底物及其類似物，且有僅能夠利用自身的底物及其類似物，且有時對外源添加的底物也具有同樣

4、的催化作時對外源添加的底物也具有同樣的催化作用，即能催化非天然的反應（用，即能催化非天然的反應（unnatural reactions）。）。在研究一個微生物（或酶）在研究一個微生物（或酶）轉化過程時，需要考慮的問題轉化過程時，需要考慮的問題 所用轉化底物的選擇；所用轉化底物的選擇； 所用微生物對不同底物轉化能力的考察、所用微生物對不同底物轉化能力的考察、轉化路線或轉化反應的選擇等；轉化路線或轉化反應的選擇等； 其中最主要的是尋找適合于所設計轉化過其中最主要的是尋找適合于所設計轉化過程的微生物，以及如何來提高這種微生物程的微生物，以及如何來提高這種微生物的轉化能力，即提高這種酶活力；的轉化能力

5、，即提高這種酶活力； 再則是發(fā)現(xiàn)一種新的酶或一種新的反應以再則是發(fā)現(xiàn)一種新的酶或一種新的反應以便為設計一個新的微生物轉化過程提供一便為設計一個新的微生物轉化過程提供一條線索。條線索。 用于轉化的微生物或酶的多樣性用于轉化的微生物或酶的多樣性 用于微生物轉化的菌株或酶的篩選的范圍用于微生物轉化的菌株或酶的篩選的范圍應該盡可能地廣，因為至目前為止已經發(fā)應該盡可能地廣，因為至目前為止已經發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)了3000 余種能夠催化各種化學反應的余種能夠催化各種化學反應的酶，其中有些酶的催化效果比化學催化劑酶，其中有些酶的催化效果比化學催化劑好；另外，微生物的多樣性和其生理生化好；另外，微生物的多樣性和其生理生化

6、特性的多樣性（它們能夠修飾和降解許許特性的多樣性（它們能夠修飾和降解許許多多有機化合物），使我們有可能找到某多多有機化合物），使我們有可能找到某種微生物或酶來催化某種特定的和所期望種微生物或酶來催化某種特定的和所期望的化學反應。的化學反應。 第二節(jié)第二節(jié) 生物轉化的基本類型生物轉化的基本類型一、還原反應一、還原反應 脫氫酶被廣泛地用于醛和酮羰基以及烯烴脫氫酶被廣泛地用于醛和酮羰基以及烯烴碳碳-碳雙鍵的還原，這種生物轉化反應可碳雙鍵的還原，這種生物轉化反應可使?jié)撌中缘孜镛D化為手性產物，如圖所示。使?jié)撌中缘孜镛D化為手性產物，如圖所示。 面包酵母醇脫氫酶和馬肝醇脫氫酶能催化面包酵母醇脫氫酶和馬肝醇脫

7、氫酶能催化酮不對稱還原，其還原產物仲醇的對映體酮不對稱還原，其還原產物仲醇的對映體過量率接近過量率接近100%。 脫氫酶催化的還原反應脫氫酶催化的還原反應生物轉化中常用的一些脫氫酶生物轉化中常用的一些脫氫酶 脫氫酶名稱脫氫酶名稱特異性特異性反應所需的輔酶反應所需的輔酶商品化商品化酵母醇脫氫酶酵母醇脫氫酶PrelogNADH+馬肝醇脫氫酶馬肝醇脫氫酶PrelogNADH+布氏熱厭氧菌醇脫布氏熱厭氧菌醇脫氫酶氫酶PrelogNADPH+羥基甾體醇脫氫酶羥基甾體醇脫氫酶PrelogNADH+彎孢菌脫氫酶彎孢菌脫氫酶PrelogNADPH-乳桿菌屬的乳桿菌屬的Lactobacillus kefir 醇

8、脫氫酶醇脫氫酶Anti-PrelogNADPH+爪哇毛霉醇脫氫酶爪哇毛霉醇脫氫酶Anti-PrelogNADPH-甲單胞菌屬醇脫氫甲單胞菌屬醇脫氫酶酶Anti-PrelogNADPH-二、氧化反應二、氧化反應 氧化反應是向有機化合物分子中引入功能氧化反應是向有機化合物分子中引入功能基團的重要反應之一?；鶊F的重要反應之一。 生物催化的氧化反應主要由三大類酶：單生物催化的氧化反應主要由三大類酶：單加氧酶、雙加氧酶和氧化酶，它們所催化加氧酶、雙加氧酶和氧化酶，它們所催化的反應如圖所示。的反應如圖所示。 二、氧化反應二、氧化反應 單加氧酶和雙加氧酶直接在底物分子中加氧，單加氧酶和雙加氧酶直接在底物分子

9、中加氧，而氧化酶是催化底物脫氫，脫下的氫再與氧結而氧化酶是催化底物脫氫，脫下的氫再與氧結合生成水或過氧化氫。合生成水或過氧化氫。 脫氫酶與氧化酶相似，也是催化底物脫氫，但脫氫酶與氧化酶相似，也是催化底物脫氫，但它催化脫下的氫與氧化態(tài)它催化脫下的氫與氧化態(tài)NAD(P)+結合，而不結合，而不是與氧結合，這是兩者的主要區(qū)別。氧化反應是與氧結合，這是兩者的主要區(qū)別。氧化反應表面上看是加氧或脫氫，其本質是電子的得失。表面上看是加氧或脫氫，其本質是電子的得失。 單加氧酶、雙加氧酶和氧化酶是催化底物氧化單加氧酶、雙加氧酶和氧化酶是催化底物氧化失去電子，并將電子交給氧，即氧是電子受體；失去電子，并將電子交給氧

10、，即氧是電子受體；脫氫酶催化底物失去電子，它將電子交給脫氫酶催化底物失去電子，它將電子交給NAD(P)+，然后還原型，然后還原型NAD(P)H再通過呼吸鏈再通過呼吸鏈或或NAD(P)H氧化酶將電子最終交給氧并生成水。氧化酶將電子最終交給氧并生成水。 Sub + NAD(P)H + H+ + O2SubO + NAD(P)+ + H2OSub + O2SubO2O2 + 2e-O22-H2O2+2H+O2 + 4e-2O2-2H2O+4H+Sub = 底物生物催化的氧化反應類型生物催化的氧化反應類型 1、單加氧酶催化的氧化反應、單加氧酶催化的氧化反應 單加氧酶（單加氧酶（mono-oxygena

11、ses）可以使）可以使氧分子（氧分子（O2）中的一個氧原子加入到底）中的一個氧原子加入到底物分子中，另一個氧原子使還原型物分子中，另一個氧原子使還原型NADH或或NADPH氧化并產生水（氧化并產生水（H2O）。單加）。單加氧酶在生物催化的手性合成中有著重要的氧酶在生物催化的手性合成中有著重要的應用，圖所示為該酶催化的一些反應類型。應用，圖所示為該酶催化的一些反應類型。 單加氧酶所催化的一些反應類型單加氧酶所催化的一些反應類型Sub + NAD(P)H + H+ + O2SubO + NAD(P)+ + H2O單加氧酶輔酶循環(huán)CHCOHHOHOR1R2OR1OR2RORRnXRnXOX=N, S

12、, Se, P 底物底物產物產物反應類型反應類型輔酶類輔酶類型型烷烴烷烴醇醇羥化羥化金屬金屬芳香烴芳香烴酚酚羥化羥化金屬金屬烷基烴烷基烴環(huán)氧環(huán)氧化物化物環(huán)氧化環(huán)氧化金屬金屬含雜含雜原子原子化合物化合物雜原雜原子氧子氧化物化物雜原子氧化雜原子氧化黃素黃素酮酮酯或酯或內酯內酯Baeyer-Villiger黃素黃素羥化反應是一類重要的氧化反應羥化反應是一類重要的氧化反應 碳氫化合物中非活潑的碳氫化合物中非活潑的CH鍵的羥化是鍵的羥化是一種非常有用的生物轉化反應，傳統(tǒng)的有一種非常有用的生物轉化反應，傳統(tǒng)的有機化學合成方法幾乎不能進行這樣直接的機化學合成方法幾乎不能進行這樣直接的羥化反應。但很多微生物能

13、夠直接進行烷羥化反應。但很多微生物能夠直接進行烷烴和芳香烴的羥化反應，其中工業(yè)化應用烴和芳香烴的羥化反應，其中工業(yè)化應用最為廣泛的是甾體的羥化反應。最為廣泛的是甾體的羥化反應。環(huán)氧化反應環(huán)氧化反應 手性環(huán)氧化合物是一種重要的手性合成前手性環(huán)氧化合物是一種重要的手性合成前體，可與多種親核試劑反應產生重要的中體，可與多種親核試劑反應產生重要的中間體。間體。 單加氧酶催化的烯烴環(huán)氧化反應可用于制單加氧酶催化的烯烴環(huán)氧化反應可用于制備小分子環(huán)氧化合物，其中有些產物是傳備小分子環(huán)氧化合物，其中有些產物是傳統(tǒng)的化學方法所不能制備的。統(tǒng)的化學方法所不能制備的。 另外，由單加氧酶催化的硫醚的氧化反應另外，由單

14、加氧酶催化的硫醚的氧化反應也是非常重要的，已經發(fā)現(xiàn)了很多能夠催也是非常重要的，已經發(fā)現(xiàn)了很多能夠催化這類反應的微生物?；@類反應的微生物。拜爾拜爾-維利格反應（維利格反應（Baeyer-Villiger） 由單加氧酶催化的另一個非常重要的反應由單加氧酶催化的另一個非常重要的反應就是拜爾就是拜爾-維利格反應（維利格反應（Baeyer-Villiger）。該反應是指利用過氧羧酸氧）。該反應是指利用過氧羧酸氧化酮生成酯或內酯，這是一個具有很高應化酮生成酯或內酯，這是一個具有很高應用價值的有機合成反應。用價值的有機合成反應。2、雙加氧酶催化的氧化反應、雙加氧酶催化的氧化反應 雙加氧酶（雙加氧酶（dio

15、xygenases），有稱雙氧），有稱雙氧酶，能催化氧分子中的兩個氧原子加入到酶，能催化氧分子中的兩個氧原子加入到一個底物分子中。這類酶一般含有緊密結一個底物分子中。這類酶一般含有緊密結合的鐵原子，如血紅素鐵，其催化的典型合的鐵原子，如血紅素鐵，其催化的典型反應有以下三種（如圖所示）。反應有以下三種（如圖所示）。雙加氧酶催化的氧化反應雙加氧酶催化的氧化反應 Sub +O2Sub還原e.g.NaBH4SubOHSub +O2雙氧酶Sub（氫過氧化物）e.g.NaBH4還原Sub(內過氧化物)OOHOHOO2雙氧酶OOOHOH+(dioxetane)還原酶2HOOH雙氧酶雙加氧酶催化的氧化反應雙加

16、氧酶催化的氧化反應 雙加氧酶催化的反應有烯烴的氫過氧化反雙加氧酶催化的反應有烯烴的氫過氧化反應。烯烴可被一種雙加氧酶應。烯烴可被一種雙加氧酶-脂氧酶氧化脂氧酶氧化為脂質氫過氧化物，其對細胞具有毒性，為脂質氫過氧化物，其對細胞具有毒性，并能引起病變。脂質氫過氧化物能被過氧并能引起病變。脂質氫過氧化物能被過氧化物酶還原為醇。大豆脂氧酶能夠催化天化物酶還原為醇。大豆脂氧酶能夠催化天然的亞油酸的氧化并不有很高選擇性，同然的亞油酸的氧化并不有很高選擇性，同時對非天然的底物也能夠進行同樣的催化時對非天然的底物也能夠進行同樣的催化反應。反應。 過氧化物酶過氧化物酶 過氧化物酶能夠催化過氧化氫化許多芳香過氧化

17、物酶能夠催化過氧化氫化許多芳香族胺或酚類化合物，也有的過氧化物酶能族胺或酚類化合物，也有的過氧化物酶能夠用于特定構型仲醇的制備。夠用于特定構型仲醇的制備。 同樣，由于過氧化酶的立體選擇性，此酶同樣，由于過氧化酶的立體選擇性，此酶還可用于消旋體氫過氧化物的拆分。還可用于消旋體氫過氧化物的拆分。 雙加氧酶在能夠用于制備順式環(huán)狀二醇和雙加氧酶在能夠用于制備順式環(huán)狀二醇和順式環(huán)狀連二醇，這些手性化合物具有很順式環(huán)狀連二醇，這些手性化合物具有很多的用途。多的用途。 3、氧化酶和脫氫酶的催化反應、氧化酶和脫氫酶的催化反應 氧化酶催化電子轉移到分子氧中，以氧作氧化酶催化電子轉移到分子氧中，以氧作為電子受體，

18、最終生成水或過氧化氫。為電子受體，最終生成水或過氧化氫。 氧化酶有黃素蛋白氧化酶（氨基酸氧化酶、氧化酶有黃素蛋白氧化酶（氨基酸氧化酶、葡萄糖氧化酶）、金屬黃素蛋白氧化酶葡萄糖氧化酶）、金屬黃素蛋白氧化酶（醛氧化酶）和血紅素蛋白氧化酶（過氧（醛氧化酶）和血紅素蛋白氧化酶（過氧化氫酶、過氧化物酶）等。化氫酶、過氧化物酶）等。 其中有些具有重要的應用價值。其中有些具有重要的應用價值。 脫氫酶脫氫酶 可以催化氧化和還原雙向可逆反應，一般可以催化氧化和還原雙向可逆反應，一般以催化還原反應為主，但根據(jù)需要設計反以催化還原反應為主，但根據(jù)需要設計反應條件可以使還原反應轉化為氧化反應。應條件可以使還原反應轉化

19、為氧化反應。脫氫酶能夠催化多元醇分子中的某一羥基脫氫酶能夠催化多元醇分子中的某一羥基區(qū)域選擇性氧化，而化學方法需要對多元區(qū)域選擇性氧化，而化學方法需要對多元醇中的其他羥基進行保護和脫保護的反應。醇中的其他羥基進行保護和脫保護的反應。另外，某些脫氫酶能夠催化消旋體醇對映另外，某些脫氫酶能夠催化消旋體醇對映體選擇性地氧化而用于拆分。體選擇性地氧化而用于拆分。 三、水解反應三、水解反應 水解酶（水解酶（hydrolases，）是最常用的生，）是最常用的生物催化劑，占生物催化反應用酶的物催化劑，占生物催化反應用酶的65%左左右。它們能夠水解酯、酰胺、蛋白質、核右。它們能夠水解酯、酰胺、蛋白質、核酸、多

20、糖、環(huán)氧化物和腈等化合物，這些酸、多糖、環(huán)氧化物和腈等化合物，這些反應的形式如圖所示。反應的形式如圖所示。 其中酯酶、脂肪酶和蛋白酶是生物催化手其中酯酶、脂肪酶和蛋白酶是生物催化手性合成中最常用的水解酶。性合成中最常用的水解酶。生物催化的水解反應的類型生物催化的水解反應的類型 OOR1ROO-RORR1HORR1OHRCNORO-H2NHNOCO2-H2NCO2-H2NCO2-R2R1R1R2+H2OR1OHH2O+2H2ONH3H2O酯酶或脂肪酶環(huán)氧化物水解酶腈水解酶蛋白酶糖苷酶(Glc- -1,4-Glc)n+H2OGlc+(Glc- -1,4-Glc)n-11、酯水解、酯水解 用于酯水解

21、的酯酶有豬肝酯酶、微生物酯用于酯水解的酯酶有豬肝酯酶、微生物酯酶（苦草桿菌、產氨短桿菌、凝結芽孢桿酶（苦草桿菌、產氨短桿菌、凝結芽孢桿菌、豆醬比赤氏酵母和黑根霉等）、具有菌、豆醬比赤氏酵母和黑根霉等）、具有酯酶活性的蛋白酶（酯酶活性的蛋白酶（ -胰凝乳蛋白酶、苦胰凝乳蛋白酶、苦草桿菌蛋白酶、青霉素?；浮⒚浊沟安輻U菌蛋白酶、青霉素酰化酶、米曲霉蛋白酶和灰色鏈霉菌蛋白酶等），以及脂肪白酶和灰色鏈霉菌蛋白酶等），以及脂肪酶（豬胰腺脂肪酶、假絲酵母屬脂肪酶、酶（豬胰腺脂肪酶、假絲酵母屬脂肪酶、假單胞菌屬脂肪酶毛霉屬脂肪酶等）。假單胞菌屬脂肪酶毛霉屬脂肪酶等）。2、環(huán)氧化物水解、環(huán)氧化物水解 環(huán)氧化

22、物是一類重要的有機化合物，是許環(huán)氧化物是一類重要的有機化合物，是許多生物活性物質合成的原料。多生物活性物質合成的原料。 環(huán)氧化物水解酶能夠催化環(huán)氧化物進行區(qū)環(huán)氧化物水解酶能夠催化環(huán)氧化物進行區(qū)域或對映選擇性水解，從而通過生物拆分域或對映選擇性水解，從而通過生物拆分法制備所需構型的環(huán)氧化物。法制備所需構型的環(huán)氧化物。 生物催化的烯烴環(huán)氧化反應也能夠直接制生物催化的烯烴環(huán)氧化反應也能夠直接制備光學純的環(huán)氧化物。備光學純的環(huán)氧化物。 用于生物轉化的環(huán)氧化物水解酶有肝微粒用于生物轉化的環(huán)氧化物水解酶有肝微粒體環(huán)氧化物水解酶和微生物環(huán)氧化物水解體環(huán)氧化物水解酶和微生物環(huán)氧化物水解酶。酶。 3、腈水解、腈

23、水解 含有腈基的有機化合物是一類重要的原料。含有腈基的有機化合物是一類重要的原料。天然腈存在于植物、真菌、細菌、藻類、天然腈存在于植物、真菌、細菌、藻類、海綿、昆蟲甚至哺乳動物中。海綿、昆蟲甚至哺乳動物中。 腈水解可通過腈水解酶和腈水合酶兩種不腈水解可通過腈水解酶和腈水合酶兩種不同的酶來實現(xiàn)。同的酶來實現(xiàn)。 脂肪族腈一般先在腈水合酶催化下生成相脂肪族腈一般先在腈水合酶催化下生成相應的酰胺，然后再經過酰胺酶或蛋白酶水應的酰胺，然后再經過酰胺酶或蛋白酶水解為羧酸。解為羧酸。 芳香族、雜環(huán)和不飽和脂肪腈一般被腈水芳香族、雜環(huán)和不飽和脂肪腈一般被腈水解酶直接水解產生羧酸，而不形成中間體解酶直接水解產生

24、羧酸，而不形成中間體酰胺。酰胺。4、酰胺水解、酰胺水解 多肽和蛋白質是由氨基酸通過酰胺鍵（肽多肽和蛋白質是由氨基酸通過酰胺鍵（肽鍵）相互連接形成的大分子。鍵）相互連接形成的大分子。L-氨基酸被氨基酸被廣泛用于醫(yī)藥、食品和手性合成中。廣泛用于醫(yī)藥、食品和手性合成中。 近年來，一些非天然近年來，一些非天然D-氨基酸被用作手氨基酸被用作手性化合物合成的前體，性化合物合成的前體，D苯苷氨酸、苯苷氨酸、D-對對羥基苯苷氨酸是羥基苯苷氨酸是 -內酰胺類抗生素的常用內酰胺類抗生素的常用側鏈。側鏈。4、酰胺水解、酰胺水解 氨基酸制備一般有微生物發(fā)酵法、化學合氨基酸制備一般有微生物發(fā)酵法、化學合成法和酶法三種。

25、成法和酶法三種。 其中用酶法合成對映體純氨基酸主要有如其中用酶法合成對映體純氨基酸主要有如圖所示的三種方法：圖所示的三種方法： 水解酶催化消旋體拆分；水解酶催化消旋體拆分； 裂合酶催化不對稱氨加成；裂合酶催化不對稱氨加成； 脫氫酶催化不對稱還原胺化反應。脫氫酶催化不對稱還原胺化反應。 COOR1RNHR2H2NCOOHRCOOHORRCOOHDLL脫氫酶水解酶裂合酶R烷基、芳基；R1Me，Et，NH2，HR2?；阜ㄖ苽涿阜ㄖ苽銵- -氨基酸的三種方法氨基酸的三種方法 工業(yè)上常用的酰胺水解酶有：工業(yè)上常用的酰胺水解酶有： 酰胺酶（酰胺酶（amidase）又稱氨基肽酶，其能催化）又稱氨基肽酶，其

26、能催化消旋體氨基酸酰胺選擇性水解生成消旋體氨基酸酰胺選擇性水解生成L-氨基酸；氨基酸； 氨基?；福ò被；福╝cylase），其能選擇性地催化），其能選擇性地催化L-N-?；被崴猓邕@類酶能夠催化消旋體?；被崴猓邕@類酶能夠催化消旋體N-乙酰色氨酸和乙酰色氨酸和N-乙酰苯丙氨酸水解拆分制備乙酰苯丙氨酸水解拆分制備L-苯丙氨酸和苯丙氨酸和L-色氨酸；色氨酸； 乙內酰脲酶俗稱海因酶，這類酶在體內負責催乙內酰脲酶俗稱海因酶，這類酶在體內負責催化嘧啶堿基代謝中二氫嘧啶環(huán)的水解開環(huán)反應，化嘧啶堿基代謝中二氫嘧啶環(huán)的水解開環(huán)反應，故又稱二氫嘧啶酶，常用的海因酶與酰胺酶和故又稱二氫嘧啶酶，常

27、用的海因酶與酰胺酶和酰化酶不同，它優(yōu)先水解酰化酶不同，它優(yōu)先水解D-型對映體，屬型對映體，屬D-海海因酶；因酶； 內酰胺酶，其可用于消旋體內酰胺的水解拆分，內酰胺酶，其可用于消旋體內酰胺的水解拆分，這些單一對映體的產物是合成很多生理活性物這些單一對映體的產物是合成很多生理活性物質的重要中間體。質的重要中間體。 四、轉移和裂合反應四、轉移和裂合反應 在生物催化中最為常用的酶為氧化還原酶在生物催化中最為常用的酶為氧化還原酶和水解酶，其在催化手性合成反應中約占和水解酶，其在催化手性合成反應中約占90%左右。左右。 然而，其他四大類酶然而，其他四大類酶轉移酶、裂合酶、轉移酶、裂合酶、異構酶和連接酶（合

28、成酶）在生物催化中異構酶和連接酶（合成酶）在生物催化中也有著重要的應用，它們能催化也有著重要的應用，它們能催化CC、CN、CO以及以及C=C和和C=O等化學等化學鍵的生成或裂解反應。鍵的生成或裂解反應。1、轉移反應、轉移反應 轉移酶（轉移酶（transferases，）是一類常見的，）是一類常見的生物催化劑，它所催化的轉移反應如下式生物催化劑，它所催化的轉移反應如下式所示。所示。 這類酶催化的底物有氨基酸、酮酸、核苷這類酶催化的底物有氨基酸、酮酸、核苷酸和糖等化合物，其中糖基轉移酶已被用酸和糖等化合物，其中糖基轉移酶已被用來制備新型的糖。來制備新型的糖。 XY + Z 轉移酶轉移酶 X + Z

29、Y 糖苷化酶（糖苷化酶（glycosidses） 糖苷化酶能催化糖苷鍵的水解，故又稱糖糖苷化酶能催化糖苷鍵的水解，故又稱糖水解酶（水解酶（glycohydrolases）。該酶不需）。該酶不需要任何輔酶，是真正的水解酶。這種水解要任何輔酶，是真正的水解酶。這種水解酶有兩種類型：外糖苷化酶和內糖苷化酶，酶有兩種類型：外糖苷化酶和內糖苷化酶，前者僅水解末端糖苷鍵，后者可水解糖鏈前者僅水解末端糖苷鍵，后者可水解糖鏈中部的糖苷鍵。中部的糖苷鍵。 由糖苷化酶水解的逆反應可用于糖苷的合由糖苷化酶水解的逆反應可用于糖苷的合成，利用游離單糖作為底物直接進行糖苷成，利用游離單糖作為底物直接進行糖苷合成反應稱為直

30、接糖基化，這是一個熱力合成反應稱為直接糖基化，這是一個熱力學控制的反應。由于反應的平衡常數(shù)有利學控制的反應。由于反應的平衡常數(shù)有利于水解反應，因此必須采用高濃度的單糖于水解反應，因此必須采用高濃度的單糖和親核試劑，反應產率一般很低，產物為和親核試劑，反應產率一般很低，產物為粘稠糖漿。粘稠糖漿。2、裂合反應、裂合反應 裂合酶（裂合酶（lyases，）能催化一種化合物，）能催化一種化合物裂為兩種化合物或其逆反應。裂為兩種化合物或其逆反應。 這類酶包括醛縮酶、水合酶和脫羧酶等。這類酶包括醛縮酶、水合酶和脫羧酶等。裂合酶在工業(yè)生產中有著重要的應用，它裂合酶在工業(yè)生產中有著重要的應用，它們能催化們能催化

31、CC、CN和和CO等鍵的裂等鍵的裂合和生成，有時還伴隨雙鍵的形成。合和生成，有時還伴隨雙鍵的形成。 裂合酶的逆反應也有很高的工業(yè)應用價值，裂合酶的逆反應也有很高的工業(yè)應用價值，如工業(yè)上應用苯丙氨酸氨裂解酶和天冬氨如工業(yè)上應用苯丙氨酸氨裂解酶和天冬氨酸酶催化合成酸酶催化合成L-苯丙氨酸和苯丙氨酸和L-天冬氨酸。天冬氨酸。醛縮酶醛縮酶 醛縮酶（醛縮酶（aldolases）能催化不對稱）能催化不對稱CC鍵的形成，并能使分子延長鍵的形成，并能使分子延長23個碳單位，個碳單位，對有機合成極為有用。該酶常用于糖的合對有機合成極為有用。該酶常用于糖的合成，如氨基糖、硫代糖和二糖類似物的合成，如氨基糖、硫代糖

32、和二糖類似物的合成。醛縮酶的底物專一性不高，能催化多成。醛縮酶的底物專一性不高，能催化多種底物反應種底物反應。 轉酮醇酶轉酮醇酶 轉酮醇酶（轉酮醇酶（transketolase）以）以Mg2+和焦和焦磷酸硫胺素（磷酸硫胺素（TPP）為輔酶，催化羥甲基）為輔酶，催化羥甲基酮基從一個磷酸酮糖分子轉移到另一個磷酮基從一個磷酸酮糖分子轉移到另一個磷酸醛糖分子中，該酶催化醛糖鏈立體選擇酸醛糖分子中，該酶催化醛糖鏈立體選擇性地延伸兩個碳單位，她是很有前途的生性地延伸兩個碳單位，她是很有前途的生物催化劑。偶姻反應（物催化劑。偶姻反應（acyloin reactions）是指兩個分子醛縮合形成酮）是指兩個分子

33、醛縮合形成酮醇的反應，如兩分子丁醛縮合形成丁偶姻醇的反應，如兩分子丁醛縮合形成丁偶姻（C3H7-CHOHCOC3H7）。）。 3、加成和消去反應、加成和消去反應 裂合酶還可以催化小分子化合物如水和氣裂合酶還可以催化小分子化合物如水和氣惱不對稱加成到惱不對稱加成到C=C雙鍵，以及氫氰酸雙鍵，以及氫氰酸加成到加成到C=O鍵上。鍵上。 由醇腈酶（由醇腈酶（oxynitrilase）催化的氰醇反）催化的氰醇反應所生成的手性氰醇，是合成除蟲菊酯類應所生成的手性氰醇，是合成除蟲菊酯類沙蟲劑的醇基部分。沙蟲劑的醇基部分。3、加成和消去反應、加成和消去反應 這類酶催化反應還包括：水和氨的加成反這類酶催化反應還

34、包括：水和氨的加成反應（如利用不同的微生物細胞能夠對不同應（如利用不同的微生物細胞能夠對不同取代的碳碳雙鍵進行加水反應，具有很好取代的碳碳雙鍵進行加水反應，具有很好的手性合成應用前景）、的手性合成應用前景）、Michael加成反加成反應、鹵化反應和脫鹵素反應等。應、鹵化反應和脫鹵素反應等。第三節(jié)第三節(jié)參與藥物制備過程重要反應的酶類及作用參與藥物制備過程重要反應的酶類及作用機制機制已經研究和應用了各種各樣的微生物已經研究和應用了各種各樣的微生物來源酶于有關藥物制備和其他精細化來源酶于有關藥物制備和其他精細化學品的制備，特別是在消旋體的拆分、學品的制備，特別是在消旋體的拆分、不對稱合成，以及其他復

35、雜化學反應不對稱合成，以及其他復雜化學反應中的應用。中的應用。盡管經典的化學反應都能夠實現(xiàn)這些盡管經典的化學反應都能夠實現(xiàn)這些過程，但用于酶催化反應的微生物資過程，但用于酶催化反應的微生物資源的可再生性、反應過程的環(huán)境友好源的可再生性、反應過程的環(huán)境友好性，以及其他化學反應無法比擬的優(yōu)性，以及其他化學反應無法比擬的優(yōu)越性，愈來愈多化學反應將被酶促反越性，愈來愈多化學反應將被酶促反應所取代。這些酶類參與的反應涉及應所取代。這些酶類參與的反應涉及到如下幾個方面。到如下幾個方面。1、生物催化拆分、生物催化拆分 生物催化拆分（生物催化拆分（biocatalytic resolutions），即為利用酶

36、對對映異構），即為利用酶對對映異構體中的一種手性分子具有特異性的催化作體中的一種手性分子具有特異性的催化作用，而對對映異構體中的另一種手性分子用，而對對映異構體中的另一種手性分子不起作用這樣的特性，將具有催化特異性不起作用這樣的特性，將具有催化特異性的一種對映異構體轉化為所希望的對映體的一種對映異構體轉化為所希望的對映體純的產物純的產物/中間體。中間體。 至今為止，在生物催化拆分中使用最多的至今為止，在生物催化拆分中使用最多的是水解酶。是水解酶。 1、生物催化拆分、生物催化拆分 從經濟的角度看，利用水解酶進行拆分是從經濟的角度看，利用水解酶進行拆分是不合算的，因為從理論上講，其最高得率不合算的

37、，因為從理論上講，其最高得率僅為僅為50。這一不足從理論上講，通過。這一不足從理論上講，通過有效地結合外消旋化可以來彌補。這種通有效地結合外消旋化可以來彌補。這種通過外消旋化來得到單一對映體的方法，即過外消旋化來得到單一對映體的方法，即為動態(tài)動力學拆分（為動態(tài)動力學拆分（dynamic kinetic resolution）。）。 外消旋化可以自發(fā)進行，如乙內酰脲；也外消旋化可以自發(fā)進行，如乙內酰脲；也可以通過改變反應條件，如可以通過改變反應條件，如pH和溫度；和溫度；或者通過使用外消旋酶來進行?；蛘咄ㄟ^使用外消旋酶來進行。 2、對映體會聚轉化、對映體會聚轉化 另外一條能夠得到另外一條能夠得到

38、100%對映體轉化收率對映體轉化收率的不同路線是對映體會聚轉化的不同路線是對映體會聚轉化（enantioconvergent transformations），即或是利用兩種對），即或是利用兩種對映體互補的酶進行不同區(qū)域特異性的轉化，映體互補的酶進行不同區(qū)域特異性的轉化，或是結合使用酶催化和化學催化的方法，或是結合使用酶催化和化學催化的方法，使得到使得到100%的轉化收率。的轉化收率。 前一種方法的適用范圍不廣，后一種方法前一種方法的適用范圍不廣，后一種方法已經在（已經在（R）-Nifenalol（硝苯洛爾）的（硝苯洛爾）的制備過程中獲得了成功，其利用環(huán)氧化物制備過程中獲得了成功，其利用環(huán)氧化

39、物水解酶催化和硫酸催化相結合的方法（如水解酶催化和硫酸催化相結合的方法（如圖所示）。圖所示）。利用化學利用化學-酶水解對酶水解對-硝基苯乙烯氧化物對映體會硝基苯乙烯氧化物對映體會聚合成（聚合成（R）-Nifenalol的途徑的途徑 3、去對稱化反應、去對稱化反應 利用不同的水解酶或水合酶進行去對稱化利用不同的水解酶或水合酶進行去對稱化（desymmetrization），是一種非常有），是一種非常有效的特異性反應。一個對稱的前手性分子，效的特異性反應。一個對稱的前手性分子，利用某一種特定的酶促僅對分子中的一個利用某一種特定的酶促僅對分子中的一個功能基團進行生物轉化，最終得到一個所功能基團進行生

40、物轉化，最終得到一個所期望的手性分子，這就是去對稱化。期望的手性分子，這就是去對稱化。 圖所示為美國圖所示為美國Schering-Plough公司利用公司利用脂肪酶，對脂肪酶，對2-取代取代-1,3-丙二醇進行去對稱丙二醇進行去對稱化轉化，最終得到合成抗真菌藥物化轉化，最終得到合成抗真菌藥物SCH1048的關鍵手性中間體。的關鍵手性中間體。 利用脂肪酶對利用脂肪酶對2-取代取代-1,3-丙二醇進行丙二醇進行去對稱化的轉化反應去對稱化的轉化反應 4、不對稱合成、不對稱合成 相對于生物催化拆分，用于生物催化不對相對于生物催化拆分，用于生物催化不對稱合成的底物是一種前手性前體，其通過稱合成的底物是一

41、種前手性前體，其通過對映體加成反應，可以被轉化為所期望的對映體加成反應，可以被轉化為所期望的光學活性化合物。與去對稱化反應相似，光學活性化合物。與去對稱化反應相似，這些反應具有產生定量收率的所期望的光這些反應具有產生定量收率的所期望的光學活性化合物。學活性化合物。 參與藥物制備過程重要反應的酶的種參與藥物制備過程重要反應的酶的種類很多，以下就脂肪酶、環(huán)氧化物水解酶類很多，以下就脂肪酶、環(huán)氧化物水解酶和糖苷化酶的作用機制及有關內容作一闡和糖苷化酶的作用機制及有關內容作一闡述。述。一、脂肪酶一、脂肪酶 很多細菌能夠產生脂肪酶。脂肪酶既能夠很多細菌能夠產生脂肪酶。脂肪酶既能夠水解長鏈酰基甘油，也能夠

42、合成長鏈?；忾L鏈酰基甘油，也能夠合成長鏈酰基甘油（如圖所示）。甘油（如圖所示）。 由于脂肪酶所催化的水解反應和合成反應由于脂肪酶所催化的水解反應和合成反應都具有區(qū)域選擇性（都具有區(qū)域選擇性（regioselectivity）和對映體選擇性（和對映體選擇性（enantioselectivity），），因此，該酶已被作為重要的立體選擇性生因此，該酶已被作為重要的立體選擇性生物催化劑，用于有機化學合成。物催化劑，用于有機化學合成。（一）（一） 脂肪酶的定義脂肪酶的定義 脂肪酶的簡單定義為：催化長鏈酰基甘油水解脂肪酶的簡單定義為：催化長鏈?；视退猓ɑ蚝铣桑┑聂然ッ福ɑ蚝铣桑┑聂然ッ福╟ar

43、boxylesterase）；）； 如果以三油酰甘油酯（如果以三油酰甘油酯（trioleoylglycerol）為）為標準底物時，水解含有酰基鏈長大于標準底物時，水解含有酰基鏈長大于10個碳原個碳原子的甘油酯時，往往被稱之為脂肪酶子的甘油酯時，往往被稱之為脂肪酶（lipase），如果當以三丁酸甘油酯為標準底），如果當以三丁酸甘油酯為標準底物時，水解含有小于物時，水解含有小于10個碳原子的甘油酯時，個碳原子的甘油酯時，往往被稱之為酯酶（往往被稱之為酯酶（esterase）。但應該注意）。但應該注意的是，這些脂肪酶往往具有優(yōu)先水解酯酶底物。的是，這些脂肪酶往往具有優(yōu)先水解酯酶底物。 另外一種更為容

44、易的理解的含義是：對于含大另外一種更為容易的理解的含義是：對于含大的手性羧酸和小的醇的酯，其水解或酯交換由的手性羧酸和小的醇的酯，其水解或酯交換由酯酶催化，而對由小的羧酸和大的手性醇構成酯酶催化，而對由小的羧酸和大的手性醇構成的酯，則由脂肪酶催化，如圖所示。的酯，則由脂肪酶催化，如圖所示。 ROR1OH2OROHOR1OH酶R *OR OROR *O1型2型大（手性）小小大（手性）酯酶脂肪酶脂肪酶和酯酶催化的酯水解反應脂肪酶和酯酶催化的酯水解反應 已經實現(xiàn)商業(yè)化的一些微生物來源的脂肪已經實現(xiàn)商業(yè)化的一些微生物來源的脂肪酶酶 微生物名稱微生物名稱用途用途Candida rugosaCandida

45、 Antarctica A/BThermomyces lanuginosusRhizomucor miehei有機合成有機合成有機合成有機合成洗滌劑洗滌劑食品加工食品加工Burkholderia cepaciaPseudomonas alcaligenesPseudomonas mendocinaChromobacterium viscosum有機合成有機合成洗滌劑洗滌劑洗滌劑洗滌劑有機合成有機合成細菌脂肪酶的三維結構和催化機制細菌脂肪酶的三維結構和催化機制 典型的典型的/水解酶折疊水解酶折疊 銅綠假單胞菌脂肪酶的結構銅綠假單胞菌脂肪酶的結構 脂肪酶的催化機制脂肪酶的催化機制1、親核絲氨酸殘基

46、的活化，其活化過程一方面來自、親核絲氨酸殘基的活化，其活化過程一方面來自于被鄰近的組氨酸，另一方面來自于受絲氨酸中于被鄰近的組氨酸，另一方面來自于受絲氨酸中O-作作用的底物羧基碳原子的親核進攻；用的底物羧基碳原子的親核進攻；2、被活化的絲氨酸與底物中的羧基碳結合，形成一、被活化的絲氨酸與底物中的羧基碳結合，形成一個過度態(tài)的四元中間體，這個中間體由于兩個肽中的個過度態(tài)的四元中間體，這個中間體由于兩個肽中的NH基團與基團與O- 的作用而使其穩(wěn)定，組氨酸在這一過程的作用而使其穩(wěn)定，組氨酸在這一過程中提供一個質子給底物中要離去的醇基上；中提供一個質子給底物中要離去的醇基上；3、共價中間體（、共價中間體

47、（“?；铬；浮保┑男纬?，底物中的酸）的形成，底物中的酸部分與酶中絲氨酸殘基形成酯鍵，周圍的水分子被鄰部分與酶中絲氨酸殘基形成酯鍵，周圍的水分子被鄰近的組氨酸活化，結果是近的組氨酸活化，結果是OH-對共價中間體中的羧基對共價中間體中的羧基碳原子進行親核進攻；碳原子進行親核進攻；4、組氨酸殘基提供一個質子給活化的絲氨酸殘基中、組氨酸殘基提供一個質子給活化的絲氨酸殘基中的氧原子，使絲氨酸與酰基化部分的酯鍵斷裂，釋放的氧原子，使絲氨酸與酰基化部分的酯鍵斷裂，釋放酰基化產物。酰基化產物。NOHNOHOOSerO HNNHisHOAspONOHNOHOOOSerHNNHOAspOHis21NOHNOH

48、OOSerNNHOAspOHisHOHHO3NOHNOHHOOSerO HNNHisHOAspO4 脂肪酶的催化機制脂肪酶的催化機制親核試劑捕捉酶分子活性部位形成?；H核試劑捕捉酶分子活性部位形成酰基/酶復合物的過程酶復合物的過程 脂肪酶進行酯水解和酯合成的過程脂肪酶進行酯水解和酯合成的過程 （a）：不溶性酯的水解）：不溶性酯的水解（b）：涉及到不溶性生物催化劑、溶于有機溶媒的酰化基和底物的轉酯反應）：涉及到不溶性生物催化劑、溶于有機溶媒的酰化基和底物的轉酯反應圖顯示了該酶的活性部位：底物基團與酶結合的三個結合袋，以及位于結合袋周圍的氨圖顯示了該酶的活性部位：底物基團與酶結合的三個結合袋，以及

49、位于結合袋周圍的氨基酸殘基。如圖所示：飛鏢形的活性部位被分為一個大大的疏水溝，其可以恰如其分地基酸殘基。如圖所示：飛鏢形的活性部位被分為一個大大的疏水溝，其可以恰如其分地容納容納sn-3酰基鏈；一個可以嵌入抑制劑的醇部分，其可以再被分為一個可以容納?；?；一個可以嵌入抑制劑的醇部分，其可以再被分為一個可以容納sn-2部部分的疏水分的疏水/親水袋，（由于親水袋，（由于sn-2結合袋對底物結合的交互作用最密切，因此，這可能是結合袋對底物結合的交互作用最密切，因此，這可能是決定酶立體選擇性的優(yōu)先因素），和一個較小的可以容納決定酶立體選擇性的優(yōu)先因素），和一個較小的可以容納sn-1鏈的結合袋。范德華力

50、是鏈的結合袋。范德華力是維持以上底物中這些基團與酶結合的主要作用。另外，維持以上底物中這些基團與酶結合的主要作用。另外，sn-2鏈中的酯氧原子與活性部位鏈中的酯氧原子與活性部位組氨酸的組氨酸的NE2原子之間的氫鍵，對固定抑制劑的位置具有重要的作用。原子之間的氫鍵，對固定抑制劑的位置具有重要的作用。 一些由微生物來源的脂肪酶催化潛手性化合物成為單一異構體的反應種類一些由微生物來源的脂肪酶催化潛手性化合物成為單一異構體的反應種類 脂肪酶應用受到限制的因素脂肪酶應用受到限制的因素 1）對映體選擇性還不夠高；）對映體選擇性還不夠高； 2）酶的活性受到限制；）酶的活性受到限制； 3）酶難以循環(huán)使用；）酶

51、難以循環(huán)使用； 4）利用脂肪酶進行動力學拆分制備單一）利用脂肪酶進行動力學拆分制備單一異構體的最高得率為異構體的最高得率為50%。 限制因素的突破方法限制因素的突破方法 1）利用體外進化技術改造酶提高對映體）利用體外進化技術改造酶提高對映體選擇性；選擇性； 2）研究固定化技術提高酶在有機溶劑中）研究固定化技術提高酶在有機溶劑中的活性和穩(wěn)定性；的活性和穩(wěn)定性； 3）研究循環(huán)技術使酶能夠反復使用；）研究循環(huán)技術使酶能夠反復使用； 4）研究動力學拆分使酶能夠進行對映體）研究動力學拆分使酶能夠進行對映體轉換的催化反應。轉換的催化反應。 以鈀碳為第二種催化劑，使以鈀碳為第二種催化劑，使S-構型化合物外消

52、旋化；用來源于的構型化合物外消旋化；用來源于的脂肪酶對外消旋體苯乙胺進行立體選擇性酰化反應的動力學拆分脂肪酶對外消旋體苯乙胺進行立體選擇性?；磻膭恿W拆分過程過程 一些利用脂肪酶制備藥物關鍵中間體的實例一些利用脂肪酶制備藥物關鍵中間體的實例關鍵中間體關鍵中間體藥物藥物抗抑郁藥帕羅西汀，抗抑郁藥帕羅西汀， 拆分得到拆分得到(S)- -甲基甲基- -乙酰硫代丙酸乙酰硫代丙酸抗高血壓藥卡托普利抗高血壓藥卡托普利拆分得到拆分得到(2R,3S)-4-甲氧苯基縮水甘甲氧苯基縮水甘油酸甲酯油酸甲酯抗心絞痛和高血壓藥地爾硫卓抗心絞痛和高血壓藥地爾硫卓拆分得到手性側鏈拆分得到手性側鏈 -氨基氨基-N-苯甲酰

53、苯甲?；?(2R,3S)-3-苯基異絲氨酸苯基異絲氨酸抗腫瘤藥紫杉醇抗腫瘤藥紫杉醇拆分消旋體拆分消旋體非甾體消炎藥（非甾體消炎藥（S）-奈普生奈普生S-(-)-乙酸酯乙酸酯免疫抑制劑脫氧精胍菌素免疫抑制劑脫氧精胍菌素拆分得到拆分得到D-泛酸內酯泛酸內酯輔助藥輔助藥D-泛酸泛酸二、環(huán)氧化物水解酶二、環(huán)氧化物水解酶（一）環(huán)氧化物水解酶的定義和作用（一）環(huán)氧化物水解酶的定義和作用 環(huán)氧化物水解酶催化一份水分子加入到環(huán)氧化環(huán)氧化物水解酶催化一份水分子加入到環(huán)氧化物分子中的環(huán)氧乙烷部分，形成相應的物分子中的環(huán)氧乙烷部分，形成相應的1-2二醇。二醇。這種酶廣泛地存在于自然界中，如植物、昆蟲、這種酶廣泛地

54、存在于自然界中，如植物、昆蟲、細菌、真菌和哺乳動物等。細菌、真菌和哺乳動物等。 除了這種酶在不同的生物體內具有獨特的功能除了這種酶在不同的生物體內具有獨特的功能外，環(huán)氧化物的酶觸反應代表了這一類酶具有外，環(huán)氧化物的酶觸反應代表了這一類酶具有重要的生物化學作用，因為：在很多具有生物重要的生物化學作用，因為：在很多具有生物活性作用的非生物合成化合物的降解過程中，活性作用的非生物合成化合物的降解過程中，發(fā)現(xiàn)很多中間產物為環(huán)氧化物；另外，環(huán)氧化發(fā)現(xiàn)很多中間產物為環(huán)氧化物；另外，環(huán)氧化物結構中的環(huán)氧乙烷部分由于其具有親電子作物結構中的環(huán)氧乙烷部分由于其具有親電子作用，而具有很強的化學反應性，它有可能與很

55、用，而具有很強的化學反應性，它有可能與很多生物親核物質進行反應。多生物親核物質進行反應。 環(huán)氧化物水解酶的種類環(huán)氧化物水解酶的種類 目前已經發(fā)現(xiàn)了目前已經發(fā)現(xiàn)了5種這樣的酶：可溶性種這樣的酶：可溶性（也稱為胞質）環(huán)氧化物水解酶（也稱為胞質）環(huán)氧化物水解酶（soluble epoxide hydrolases，sEH）、）、微粒體環(huán)氧化物水解酶微粒體環(huán)氧化物水解酶(microsomal epoxide hydrolases，mEH)、白三烯、白三烯A4環(huán)氧化物水解酶環(huán)氧化物水解酶(leukotriene A4 hydrolases，LT A4 H)、膽固醇環(huán)氧化、膽固醇環(huán)氧化物水解酶以及物水解酶

56、以及hepoxilin水解酶。水解酶。 一些微生物環(huán)氧化物水解酶對映體選擇性地水解外消旋體環(huán)氧化物的實例一些微生物環(huán)氧化物水解酶對映體選擇性地水解外消旋體環(huán)氧化物的實例 （二）（二） 環(huán)氧化物水解酶的作用機理和結構環(huán)氧化物水解酶的作用機理和結構特征特征 除了對哺乳類的微粒體環(huán)氧化物水解酶（除了對哺乳類的微粒體環(huán)氧化物水解酶（mEH）的作用機理有所深入研究外，對其他有關的這的作用機理有所深入研究外，對其他有關的這類酶的作用機理幾乎沒有什么研究，但可以認類酶的作用機理幾乎沒有什么研究，但可以認為，這類酶的作用機理應該是相近的。為，這類酶的作用機理應該是相近的。 一般認為，一般認為，mEH通過反式（

57、通過反式（trans）進攻環(huán)氧）進攻環(huán)氧乙烷來水解環(huán)氧化物，這一親核進攻主要在立乙烷來水解環(huán)氧化物，這一親核進攻主要在立體位置上位于紙平面后的碳原子上進行。利用體位置上位于紙平面后的碳原子上進行。利用取代基不同對水解速率變化的效應研究，以及取代基不同對水解速率變化的效應研究，以及動力學溶劑同位素研究，結果支持這一假設。動力學溶劑同位素研究，結果支持這一假設。 還有一種普遍可以接受的反應機理是：先通過還有一種普遍可以接受的反應機理是：先通過酶分子中的專一的組氨酸殘基來活化水分子，酶分子中的專一的組氨酸殘基來活化水分子，然后由被活化了的水分子直接進攻環(huán)氧化物中然后由被活化了的水分子直接進攻環(huán)氧化物

58、中的環(huán)結構部分。的環(huán)結構部分。 環(huán)氧化物水解酶催化環(huán)氧化物水解的一般過程環(huán)氧化物水解酶催化環(huán)氧化物水解的一般過程 Agrobacterium radiobater AD1環(huán)氧化物水解酶的催化機理環(huán)氧化物水解酶的催化機理在大多數(shù)情況下，較為暴露的碳原子被優(yōu)先受到攻在大多數(shù)情況下，較為暴露的碳原子被優(yōu)先受到攻擊，因此，擊，因此，k1k2 、k4 k3。 環(huán)氧化物水解酶生物轉化的四種途徑環(huán)氧化物水解酶生物轉化的四種途徑 （三）（三） 環(huán)氧化物水解酶的底物特異性環(huán)氧化物水解酶的底物特異性 1、單取代環(huán)氧化物；、單取代環(huán)氧化物； 2、苯乙烯氧化物型的環(huán)氧化物；、苯乙烯氧化物型的環(huán)氧化物； 3、雙取代環(huán)氧

59、化物。、雙取代環(huán)氧化物。帶有各種不同取代基的環(huán)氧化物帶有各種不同取代基的環(huán)氧化物三、糖苷化酶與糖基轉移酶三、糖苷化酶與糖基轉移酶 寡糖、糖脂、糖肽、糖蛋白、蛋白聚糖以寡糖、糖脂、糖肽、糖蛋白、蛋白聚糖以及其他一些含糖化合物在生物體內具有廣及其他一些含糖化合物在生物體內具有廣泛的生理作用，特別是不少含糖化合物具泛的生理作用，特別是不少含糖化合物具有特殊的藥理活性，從而激發(fā)了藥物研究有特殊的藥理活性，從而激發(fā)了藥物研究工作者的研究熱情，使之成為當今藥物開工作者的研究熱情，使之成為當今藥物開發(fā)研究的一個重要分支。發(fā)研究的一個重要分支。 三、糖苷化酶與糖基轉移酶三、糖苷化酶與糖基轉移酶 目前很多已經應

60、用的微生物藥物都是糖苷目前很多已經應用的微生物藥物都是糖苷化合物，如具有抗菌、抗蟲、免疫調節(jié)、化合物，如具有抗菌、抗蟲、免疫調節(jié)、除草和生長調節(jié)等生物活性的大環(huán)內酯類除草和生長調節(jié)等生物活性的大環(huán)內酯類糖苷化合物，以及蒽環(huán)類抗腫瘤抗生素等。糖苷化合物，以及蒽環(huán)類抗腫瘤抗生素等。盡管通過化學合成的方法可以形成特異性盡管通過化學合成的方法可以形成特異性的糖苷鍵，但其區(qū)域專一性或立體專一性的糖苷鍵，但其區(qū)域專一性或立體專一性合成的效率往往是低下的，而利用酶或微合成的效率往往是低下的，而利用酶或微生物進行轉化的方法來合成各種糖苷鍵，生物進行轉化的方法來合成各種糖苷鍵，是近年來一個新的研究領域。是近年來