（有机化学专业论文）亲脂性小分子化合物的微生物生物转化与代谢调控研究.pdf

摘要 亲脂性小分子化合物的微生物生物转化与代谢调控研究 有机化学 张雷 李厚金副教授 摘要 微生物生物转化是一个由化学、微生物学和过程工程学等多学科交叉的研究 领域，是当今世界上一个研究热点和新的研究方向。微生物生物转化反应操作简 单、条件温和、环境友好，具有高效率和高选择性等鲜明的优点，在有机合成、 医药、精细化工、食品等领域具有广阔的基础理论研究和应用前景。据报道，亲 脂性小分子能够在微生物的生物膜上积聚，结果使得膜上的磷脂结构发生变化， 从而改变了生物膜的流动性、渗透性等功能。此外，这些亲脂性化合物还能够影 响蛋白质和特定的生物酶。很显然，亲脂性小分子对微生物细胞是有毒的。微生 物通过自动调节，对亲脂性小分子进行生物转化而表现为解毒行为，由于生物酶 活性的改变，使得微生物的代谢途径发生变化，因而可以产生不同的代谢产物。 基于此，我们选用樟脑、香茅醇、四氢萘、a 蒎烯、香豆素和葸酮作为亲脂性小 分子来探索海洋微生物的生物转化潜力，我们希望获得在香料、药物和有机合成 等领域具有应用潜力的新的生物转化产品。 为了使海洋细菌生长旺盛而获得最大的生物量，我们采用均匀设计和正交设 计思路对海洋细菌a e r o m o n a sh y d r o p h i l ad 0 8 0 4 的培养条件进行了研究，结果发 现海洋细菌在o 5 蛋白胨，0 2 酵母膏，2 5 粗海盐，p h7 5 的液体培养基中， 温度为2 8 。c ，摇瓶培养效果最佳。在此培养条件下，用5 株海洋细菌a e r o m o n a s h y d r o p h i l ad 0 6 0 2 、d 0 7 0 1 、d 0 7 0 3 、d 0 8 0 2 和d 0 8 0 4 分别对樟脑、香茅醇、弘 蒎烯、四氢萘和香豆素进行了小规模的生物转化筛选实验。经薄层层析色谱对照 实验分析，结果证实亲脂性小分子的生物转化是明显而普遍存在的。 在海洋细菌a e r o m o n a sh y d r o p h i l ad 0 8 0 4 对樟脑、香茅醇和四氢萘的生物转 化的研究中，结果发现存在氧化、还原、水解、羟基化、异构化和酯化等催化反 应。在樟脑的生物转化实验中，发现细菌能够在樟脑的2 位甲基上进行羟基化， 更有趣的是在细菌的代谢过程中合成了大量的香豆素，这为获得天然合成的具有 摘要 抗h i v - 1 、抗血红细胞凝集、抗肿瘤等活性的香豆素类药物提供了新的方法，然 而樟脑诱导细菌产生香豆素的机理仍未明确。经g c m s 检测，结果发现在香茅 醇的生物转化实验中产生了一系列具有香味的氧化产物，如3 , 7 二甲基每辛烯 醛、6 ，7 环氧香茅醇、3 , 7 二甲基6 - 辛烯酸等，这些产品可用作具有高赋加值的 天然香料。在四氢萘的生物转化实验中，发现细菌对四氢萘主要进行催化氧化作 用，且反应发生在四氢萘的非活性的饱和碳原子上，显示了海洋细菌具有独特的 生物催化氧化机制。 我们还研究了海洋细菌a e r o m o n a sh y d r o p h i l ad 0 8 0 4 的代谢产物。细菌培养 液粗提物采用柱层析、制备薄层层析色谱和重结晶等方法进行分离，综合有机波 谱解析，得到化合物( 2 z ) b u t e n a l 、5 a a n d r o s t 7 e n - 3 1 b o l 、c r a s s o s t e r o l 、b a t i o l 、 ( 2 z ，4 z ) 2 - m e t h y l - 2 ，4 h e x a d i e n e d i o i ea c i d 等。通过与生物转化实验组的比较， 我们断定亲脂性小分子在微生物生物转化过程中具有明显而独特的代谢机制。 在论文的最后一章，我们利用一株从扭曲肉芝软珊瑚s a r c o p h y t o nt o r t u o s s u m 中分离出来的内生真菌s a r c o f 5 ( 种属未鉴定) 对葸酮进行了生物转化研究。我 们的最初目的是希望发现一些具有药用潜力的生物氧化产品，令人吃惊的是一个 从扭曲肉芝软珊瑚s a r c o p h y t o nt o r l u o s s u m 中分离得到的活性四萜化合物m e t h y l s a r t o r t u o a t e 从真菌培养液中被分离出来，而在对照实验中却未被发现。这个结果 表明葸酮可以诱导四萜化合物m e t h y ls a r t o r t u o a t e 的合成，其生物合成机制正在 研究之中。软珊瑚与其内生真菌存在着共生关系，我们推测四萜化合物m e t h y l s a r t o r t u o a t e 也有可能是由真菌产生并在软珊瑚体内积累。 关键词：海洋细菌，生物转化，代谢机制，代谢产物，生物合成 v a b s t r a c t s t u d i e so nm i c r o b i a lb i o t r a n s f o r m a t i o n sa n dm e t a b o l i s m r e g u l a t i o no fl i p o p h i l i cs m a l lm o l e c u l e s o r g a n i cc h e m i s t r y l e iz h a n g a s s o c i a t ep r o f e s s o rh o u j i nl i a b s t r a c t m i c r o b i a lb i o t r a n s f o r m a t i o ni san e wr e s e a r c hh o t s p o ti nt h ew o r l dn o w w i t h a d v a n t a g e so ft h es i m p l em a n i p u l a t i o n , w o r k i n gu n d e rm i l dr e a c t i o nc o n d i t i o n s , h i g h e f f i c i e n c y , h i g hs t e r e o s e l e c t i v i t ya n de n v i r o n m e n tf r i e n d l y , m i c r o b i a lb i o t r a n s f o r m a t i o nh a sb r o a df u n d a m e n t a lr e s e a r c ha n da p p l i c a t i o ni nt h ef i e l d so fo r g a n i cs y n t h e s i s ， m e d i c i n e ，f m ec h e m i s t r ya n df o o d s t u f f a sr e p o r t e d ，t h el i p o p h i l i cs m a l lm o l e c u l e s c a nb ea c c u m u l a t e di nt h em e m b r a n eo fm i c r o o r g a n i s m s a sar e s u l t ，t h ep a c k i n g ，t h e f l u i d i t y , a n dt h ep h y s i c a la r r a n g e m e n to ft h ep h o s p h o l i p i d si nt h em e m b r a n ew i l l e h a n g e f u r t h e r m o r e t h e s el i p o p h i l i cc o m p o u n d sc a na l s oa f f e c tp r o t e i n sa n dm o r e s p e c i f i c a l l ye n z y m e s i ti so b v i o u st h a tt h el i p o p h i l i cs r n a l lm o l e c u l e sa r et o x i ct o m i c r o o r g a n i s mc e l l s a sa na u t o - r e g u l a t i o n , t h eb i o t r a n s f o r m a t i o no rd a o x i f i c m i o n t o w a r dt h el i o o p h i l i cs m a l lm o l e c u l e sm a yb eo b s e r v e d b e c a u s eo ft h ea l t e r a t i o no f e n z y m ea c t i v i t i e s , i tc a na l s ob ed e d u c e dt h a tt h e r ea r ed i f f e r e n tm i c r o b i a lm e t a b o l i c p a t h w a y sb e t w e e nt h eb i o t r a n s f o r m a t i o ng r o u pa n dt h ec o n t r o lg r o u p a sar e s u l t t h e r ea r ed i f f e r e n tc o n s t i t u t e sa n dc o n t e n t so ft h em e t a b o l i t e s i n s p i r e db yt h e k n o w l e d g ea b o v e ，c a m p h o r , c i t r o n e l l o l ，t e t r a h y d r o n a p h t h a l e n e ，q - p i n e n e ，c u m a r i na n d a n t h r o n ew e r es e l e c t e da st h el i p o p h i l i cs m a l lm o l e c u l e st oe x p l o r et h eb i o t r a n s f o r n l a - t i o n p o t e n t i a lo fm a r i n em i c r o o r g a n i s m s w r ea l s oh o p et o o b t a i ns o m en e w b i o t r a n s f o r m a t i o np r o d u c t sh a v i n gp o t e n t i a la p p l i c a t i o ni nt h ef i e l do ff r a g r a n c e s , p h a r m a c e u t i c a l s ，o r g a n i cs y n t h e s i s ，a n ds oo i l i no r d e rt om a k et h em a r i n eb a c t e r i u mt og r o ww e l la n dg a i nt h em a x i m a l b i o m a s s , t h eu n i f o r i l ld e s i g na n dt h eo r t h o g o n a ld e s i g nw e r ea d o p t e dt od e t e r m i n et h e m o s ta p p r o p r i a t ec u l t u r em e d i u m w r ef o u n dt h el i q u i dm e d i u m , c o n t a i n i n g0 5 p e p t o n e ，0 2 y e a s te x t r a c t ，2 5 s e as a l t ，p h7 5a n d2 8 ，w a ss u i t a b l ef o r b a c t e r i u ma e r o m o n a sh y d r o p h i l ad 0 6 0 2 i nag r o u po fs m a l l s c a l eb i o t r a n s f o r m a t i o n s c r e e n i n ge x p e r i m e n t s ，c a m p h o r , c i t r o n e l l o l ，q p i n e n e ，t e t r a h y d r o n a p h t h a l e n ea n d c u m a r i nw e r ea d d e dt ot h ec u l t u r eb r o t ho fm a r i n eb a c t e r i aa e r o m o n a sh y d r o p h i l a d 0 6 0 2 、d 0 7 01 、d 0 7 0 3 、d 0 8 0 2a n dd 0 8 0 4 r e s p e c t i v e l y t h er e s u l t sc o n f i r m e dt h e b i o t r a n s f o r m a t i o no ft h el i p o p h i l i cs m a l lm o l e c u l e sw a su n i v e r s a la n dr e m a r k a b l e b i o t r a n s f o r m a t i o n so fc a m p h o r , c i t r o n e l l o la n dt e t r a h y d r o n a p h t h a l e n eb ym a r i n e b a c t e r i u ma e r o m o n a sh y d r o p h i l ad 0 8 0 4w e r er e s e a r c h e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a t b i o c a t a l y t i cr e a c t i o n sw e r ec o m p r i s e do fo x i d a t i o n ，r e d u c t i o n , h y d r o l y z a t i o n , h y d r o x - y l a t i o n , i s o m e f i z a t i o na n de s t e f i f i c a t i o n i nc a m p h o rb i o t r a n s f o r m a t i o ng r o u p , t h e u n i q u eh y d r o x y l a t i o nr e a c t i o nw a so c c u r r e da tt h em e t h y lg r o u p m o r ei n t e r e s t i n g ， c u m a r i nw a so b t a i n e da sam e t a b o l i t eo fm a r i n eb a c t e r i u m i nr e c e n ty e a r s c u m a r i n - b a s e dd r u g sd r e wm u c ha t t e n t i o i lh o wt h ec a m p h o rt r i g g e r st h eb i o s y n t h e s i s v l a b s t r a c t o fc u m a r i nr e m a i n su n c e r t a i n i nc i t r o n e l l o lb i o t r a n s f o i r m a t i o ng r o u p ，as e r i e so f f r a g r a mo x i d a t e dp r o d u c t s ，s u c ha s3 ，7 - d i m e t h y l 一6 - o c t e n a l ，c i t r o n e l l o le p o x i d ea n d 3 ，7 d i m e t h y l 6 o e t e n o i ea c i dw e r ed e t e c t e db yg c m sa n a l y s i s t h e s ep r o d u c t sc o u l d b eu s e da sn a t u r a lf r a g r a n c e sw i t hh i g h e ra d d e dv a l u et h a nc r r o n e l l 0 1 t h eb i o o x i d a t - i o nr e a c t i o nt o w a r d st e t r a h y d r o n a p h t h a l e n ew a so c c u r r e da tt h en o n - a c t i v a t e d a l i c y c l i cs k e l e t o n 佻i n d i c a t e dm a r i n eb a c t e r i u ma e r o m o n a sh y d r o p h i l ad 0 8 0 4 a l s o h a dt h eu n i q h eb i o o x i d a t i o nm e c h a n i s m , w h i c hr e l a t e dt om o n o o x y g e n a s ，i nt h e b i o t r a n s f o r m a t i o no f t e t r a h y d r o n a p h t h a l e n e t h em e t a b o l i t e so fm a r i n eb a c t e r i u ma e r o m o n a sh y d r o p h i l ad 0 8 0 4w e r e p u r i f i e db yc o l u m nc h r o m a t o g r a p h y , p r e p a r a t i v et l c a n dr e c r y s t a l l i z a t i o n a st h e r e s u l t s ，e i g h tc o m p o u n d s ，s u c ha s ( 2 z ) - b u t e n a l ，5 a - a n d r o s t - 7 - e n - 3 p - o l ，c r a s s o s t e r o t , b a t i o l , ( 2 z ，4 z ) 2 - m e t h y l 2 ，4 一h e x a d i e n e d i o i ea c i d ，w e r eo b t a i n e da n dt h e i rs t r u c t u r e s w e r ee l u c i d a t e db yu s i n gt h em o d e ms p e c t r o s c o p i cm e t h o d s ，i n c l u d i n gn m ra n dm s b yc o m p a r i s o nt h e s ec o m p o u n d sw i t ht h em e t a b o l i t e si nb i o t r a n s f o r m a t i o ng r o u p s ， w ec a nd r a wac o n c l u t i o nt h a tt h el i p o p h i l i es m a l lm o l e c u l e sh a v er e m a r k a b l e m e t a b o l i s mr e g u l a t i o no nm i c r o o r g a n i s m s i nt h el a s tc h a p t e r , w er e p o r t e dt h eb i o t r a n s f o r m a t i o no fa n t h r o n eb ya n u n i d e n t i f i e ds y m b i o t i cf u n g u s ( c o l l e c tn u m b e rs a r c o f 5 ) w h i c hw a ss e p a r a t e df r o m s o f tc o r a ls a r c o p h y t o nt o r l u o s s u m a so u ri n i t i a lt a r g e t ，w eh o p e dt of m ds o m e b i o - o x i d a t e dp r o d u c t s ，w h i c hh a dp o t e n t i a la p p l i c a t i o ni nd r u gd e v e l o p m e n t a n e x c i t i n g r e s u kw a sab i o a c t i v et e t r a t e r p e n o i d m e t h y ls a r t o r t u o a t e ，w h i c h w a s o r i g i n a l l yo b t a i n e df r o ms o f tc o r a ls a r c o p h y t o nt o r t u o s s u m ，w a si s o l a t e df r o mt h e c u r u r eb r o t h h o w e v e r ，t h i sc o m p o u n dc o u l dn o tb ef o u n di nt h ec o n t r o le x p e r i m e n t t h i sf i n d i n gi n d i c a t e da n t h r o n ec o u l dt r i g g e rt h eb i o g e n e t i cp a t h w a yo ft e t r a t e r p e n o i d m e t h y is a r t o r t u o a t e t h er e g u l a t i o nm e c h a n i s mo ft e t r a t e r p e n o i db i o s y n t h e s i sw a ss t i l l u n d e ri n v e s t i g a t i o n a sf o rt h es y m b i o t i cr e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h i sf u n g u sa n ds o r c o r a ls a r c o p h y t o nl o r t u o s s u m ，w ea l s oc a np o s t u l a t et h eb i o a c t i v et e t r a t e r p e n o i d s w e r ep r o d u c e db yf u n g u sa n dw e r ea c c u m u l a t e di nt h eb o d yo fs o f tc o r a l t h e s e t e t r a t e r p e n o i d sm a yb es e r v ea sc h e m i c a ld e f e n d s k e y w o r d s ：m a r i n eb a c t e r i a , b i o t r a n s f o r m a t i o n , m e t a b o l i s mr e g u l a t i o n , m e t a b o l i t e s ， b i o s y n t h e s i s v u 原创性声明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：缸t 匆 日期：加踔月9 - e l 学位论文使用授权声明 学位论文使用授权声明 本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版，有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论 文进入学校图书馆、院系资料室被查阅，有权将学位论文的内容编入 有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其他方法保存学位论文。 学位论文作者签名：奴i 匆 日期：弘田年月7 日 1 1 知识产权保护声明 知识产权保护声明 本人郑重声明：我所提交答辩的学位论文，是本人在导师指导下 完成的成果，该成果属于中山大学化学与化学工程学院，受国家知识 产权法保护。在学期间与毕业后以任何形式公开发表论文或申请专 利，均需由导师作为通讯联系人，未经导师的书面许可，本人不得以 任何方式，以任何其它单位作全部和局部署名公布学位论文成果。本 人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名：荻i 扫 日期：细9 年6 月2 日 i i i 第一章前言 第一章前言 微生物生物转化( m i c r o b i a lb i o t r a n s f o r m a t i o n ) 是利用微生物细胞内特定的 酶对外源化合物( e x o g e n o u ss u b s t r a t e ) 进行结构修饰与改造，从而获得更有价值产 物的代谢反应，其本质是利用微生物本身所产生的酶对外源化合物进行的酶催化 反应。微生物生物转化反应操作简单、条件温和、环境友好，具有高效率和高选 择性等鲜明的优点，在有机合成、天然活性先导化合物、医药、环保、食品、精 细化工、能源材料等领域具有广阔的基础理论研究和应用前景。微生物生物转化 技术已被看作是对传统微生物发酵与化学化工产业改造极为重要的、很有吸引力 的生物技术之一，它向精细化学品、大宗化学品、能源、材料等领域的渗透日趋 明显，并将担当起实现绿色生物制造和有效解决资源环境问题的重要责任。同时， 成功的微生物生物转化技术也已经产生了显著的经济效益和社会效益。微生物生 物转化技术已经实现了一些有机酸、抗生素、生物激素等手性化合物的工业化生 产，它将化学化工原理与现代微生物技术完美地融为一体，已成为众学者竞相追 逐与研发的热点之一。在微生物生物转化中，常用的微生物主要有细菌、放线菌 和真菌。微生物生物转化是一个由化学、微生物学和过程工程学等多学科交叉的 研究领域，是当今世界上的一个研究热点和新的研究方向。 1 1 微生物生物转化的发展历史 人类利用微生物进行生物转化已有几千年的历史。在距今约8 0 0 0 年，我国 古代劳动人民就发明了制曲酿酒工艺，在春秋战国时期，制醋工艺已经相当成熟。 据创世纪中有关酿酒方面的记载，早在公元前6 0 0 0 年以前，苏美尔人和巴 比伦人已经会酿造啤酒。在酿酒工艺中，利用霉菌淀粉酶对谷物淀粉进行酶催化 糖化，然后利用酵母菌进行酒精发酵。在制醋工艺中，利用酵母菌细胞内的酶在 有氧状态下对酒精进行催化氧化，从而得到醋酸。尽管人类很早就能够利用微生 物生物转化技术，但对其研究的雏形出现于1 9 世纪后半期。1 8 6 2 年，p a s t e u r 研究了乙醇到乙酸的生物转化，推断出他称之为“醋花”的薄膜层所起的作用是将 中山大学硕士学位论文 空气中的氧传递给多种有机底物。18 9 7 年，b u c h n e r 报道了用砂子研磨酵母细胞 制备的无细胞抽提物在不存在活细胞的情况下，能够催化乙醇发酵，从此开始了 休眠态细胞生物转化的历史。1 9 3 0 年，德国k n o l la g 公司将1 羟基1 苯基2 丙酮进一步转化为d ( ) 麻黄素。1 9 5 3 年，p e t e r s o n 等报道了根霉菌r h i z o p u s a r r h i u s 能够将孕甾酮转化为1 1 a 羟基孕甾酮，若用化学合成则需要9 步才能完 成。而利用微生物生物转化技术，一步就可以完成，且产率大于9 0 ，光学纯度 较好，从此解决了甾体类药物合成中的最大难题。1 1 a 一羟基孕甾酮是皮质酮合成 的一种中间化合物，尽管德国人m e r c k 提出的由脱氧胆酸进行化学合成的方法也 是可行的，但这种方法必须经过3 l 步化学反应才能从6 1 5 k g 脱氧胆酸中获取l k g 皮质酮。孕酮的微生物生物转化作用使皮质酮的价格从2 0 0 美元克很快降到l 美元克，这项发现使得人类第一次认识到了微生物生物工程在甾体药物和激素 生产上的重要作用。目前，甾体类化合物的微生物生物转化产品被广泛地运用于 避孕药和其他激素类药物。2 0 世纪5 0 年代，发现了d n a 的双螺旋结构和以及 r n a 和d n a 的化学本质，即遗传密码，这一科技进步使r - d n a 技术迅速促进 了微生物生物转化在工业生产上的发展。1 9 8 5 年，a n d e r s o n 等构建了一种能合 成2 酮一l 古洛糖酸的代谢工程菌株，从而极大地降低了l 抗坏血酸的生产成本。 1 9 8 0 年，美国c e t u s 公司开发了将烯烃转化为烯烃氧化物的微生物转化过程。 微生物生物转化为实现绿色化学的目标提供了许多优势：新型、高收率、周 期短、选择性高、常温常压、能耗低和污染小等。近年来随着酶催化过渡态理论、 分子生物学和重组d n a 技术的发展，微生物生物转化技术得到了很大的发展， 从而从真正意义上实现绿色化学生产，在节约能耗、减少环境污染、提高产品质 量、增加产品赋加值和开发新型原料等方面都具有独特的优势。我们坚信微生物 生物转化技术在各领域的发展和应用将会带来不可估量的奇效。 1 2 微生物生物转化的本质 微生物生物转化的本质就是利用微生物细胞内的酶对底物进行催化转化。微 生物在其代谢活动的过程中，合成了大量的酶，每一种酶都有自身的功能。胞内 酶在细胞内受保护的高度结构化的环境中起作用，胞外酶被分泌到细胞外，因而 2 第一章前言 在微生物的介质环境中起作用。酶是一种高效的催化剂，其催化反应的速率比化 学催化的速率要快很多，且具有高度的催化专一性；反应条件温和，一般在室温 状态下，且副反应相对较少；特殊性，能够催化很多用纯化学的方法而难以发生 的反应；广泛的选择性，例如：( 1 ) 化学选择性，即在多种活性官能团存在的情 况下，仅对某一单一官能团进行催化作用。( 2 ) 区域选择性，酶能在不同的化学 环境里区分不同的官能团，从而有效地实现对异构体化合物的分离。( 3 ) 对映体 立体选择性，酶具有特殊的立体结构，因此是一种特殊的手性催化剂，能够应用 于不对称催化反应和对映体异构体的拆分。除此之外，还具有操作简便，成本低 廉和公害较少等优点。1 9 6 1 年国际酶学委员会( e n z y m ec o m m i t t e e ，e c ) 根据酶所 催化的反应类型和机理，把酶分成6 大类( 表1 1 ) 。目前，涉及到作用于微生 物生物转化反应中酶的种类，主要是氧化还原酶和水解酶，其他种类的酶则相对 较少，随着对它们催化机理的深入透析，其应用于特殊的反应也呈现增长的趋势。 直接利用微生物对含有特定官能团的底物进行生物转化，将能得到具有高度立体 选择性的光学活性产物；对于同时含有多个活性官能团的底物，也可以利用酶促 反应的区域选择性和立体选择性，得到重要的有机合成中间体或药物前体。 表1 1 酶的分类 类别催化的反应 1 氧化还原酶( o x i d o r e d u c t a s e s ) 2 转移酶( t r a n s f e r a s e s ) 3 水解酶( h y d r o l a s c s ) 4 裂合酶( 1 y a s c s ) 5 异构酶( i s o m e r a s e s ) 氧化还原反应 功能团转移 水解反应 基团消去反应 异构化反应 1 3 微生物生物转化的应用 1 3 1 微生物生物转化在有机合成中的应用 微生物生物转化在有机合成中对底物着力点具有独特的识别作用，且具有化 学的、区域的和立体的选择性，在不需要官能团保护的情况下，能够获得用化学 方法难以制得的化合物，为目标化合物的合成提供了重要的中间体化合物，简化 了合成路线并提高了产率。 3 中山大学硕士学位论文 甲硫哒嗪( t h d ) 1 是一种分噻嗪类药物，具有精神抑制作用。k e y l l e rb a a o s b o r g e s 等人利用植物内生真菌p h o m o p s i ss p 对t h d 进行了生物转化，研究发 现生物转化发生在t h d 分子中不同的硫原子上，同时得到不同的对映异构体2 ， 3 ，4 和5 。结果表明微生物生物转化具有明显的区域、立体选择性【1 1 。 q 三n 一 1 g 三n 色二 9 g 吾n ” 5 氰基化合物的水解往往需要较为苛刻的反应条件，在存在易水解官能团的情 况下，必须使用较温和的条件下进行，选用微生物生物转化方法不失为一种较为 经济而可行的有效途径。j o h na l l e n 等人利用细菌r h o d o c c o c u ss r l 4 2 8 1 对氰基 化合物6 ，7 和8 在中性条件水相中进行了生物转化反应，结果分别得到其水解 产物9 ，1 0 和1 1 2 1 。 n o 6 7 4 o ho o ho 囝 y 3各3 第一章前言 h 8 h n 6 。 b a e y e r - v i l l i g e r 反应是有机合成中经常用到的具有立体选择性的氧化反应， 具有广泛的用途。为了研究b a e y e r - v i l l i g e r 单加氧酶b v m o 对桥环酮的生物氧 化，r a d k as n a j d r o v a 等人用细菌e s c h e r i c h i ac o l i 对桥环酮1 2 进行了生物催化氧 化，得到内酯1 3 。研究发现桥环酮的生物催化氧化受具有烟碱辅基的 b a e y e r - v i l l i g e r 单加氧酶原子的空间立体构型的影响【3 1 。 x n e s c h e r i c h i ac o l ，bvm o x 1 3 很多的微生物在多种底物存在的环境里，能够表现出很强的适应性。在特定 的环境中的某些时刻，为了适应生物体的需要，微生物在底物的刺激下，会产生 多种特异酶，整个体系可能发生不可思议的变化。这种在微生物体内进行的微妙 的变化，也可以用于有机合成。n - a c e t y l d n e u r a m i n i ca c i d1 6 是合成流行性感冒 药r e l e n z a1 7 的重要中间体，以1 4 和1 5 为原料在微生物体内n - a c e t y l n e u r a m i n a t e p y r u v a t e l y a s e 烈a n a a l d o l a s e ) 的催化作用下，一步反应就可以顺利地完成1 4 1 。 h h 器o - - - - 坪+ 凡。h h 谜+ 凡o h 1 41 5 n a n a - a l d o l a s e h 5 h n - , ( n h z 1 7 n h o h 1 6 o h 中山大学硕士学位论文 微生物生物转化反应具有较强的立体选择性，适用于手性异构体的合成与分 离。生物催化酮的还原，得到具有单一旋光性的醇，是一种获得光学活性物质的 有效途径。c s u k 等人把互变体1 8 和1 9 加入到细菌s a c c h a r o m y c e sc e r e v i s i a e 的 培养液中，用于手性醇2 0 的合成，得到较好的效果【5 1 。 坞 1 3 2 微生物生物转化在天然活性先导化合物中的应用 天然活性先导化合物的微生物生物转化可以有效地提高已知天然活性先导 化合物的活性、降低毒副作用、改善水溶性和生物利用度，也可以用来生产具有 重要应用价值的微量天然活性先导化合物，同时可用于药物代谢机制的研究。针 对萜类、大环内酯类、黄酮类、醌类和甾体等化合物开展的天然活性先导化合物 生物转化研究，将具有重要意义。 j a n e tl t a y l o r 等人将细胞分裂素n 6 - b e n z y l a d e n i n e ( b a ) 2 1 加入到细菌 s e r r a t i a p r o t e a m a c u l a n s 的培养液中，分离到b a 的转化产物8 - h y d r o x y - n 6 - b e n z y l a d e n i n e ( 8 o h b a ) 2 2 。后来又发现通过嘌呤环c 8 位置上的氧化，得到化合物 n 6 - ( 2 i s o p e n t e n y l ) a d e n i n e2 3 和a d e n i n e 2 4 1 6 1 。 倍半萜类化合物是一种高效的植物抗毒素，能够有效地抑制植物内生真菌的 繁殖。为了得到更多具有抗菌活性的真菌抑制剂，m o u r a dd a o u b i 等人利用能够 引起诸多植物疾病的植物内生真菌b o t r y t i sc i n e r e a 对具有抗菌活性的 d i i s o p h o r o n e2 5 进行了生物转化，得到了8 a - h y d r o x y d i i s o p h o r o n e2 6 ，6 a h y d r o x y d i i s o p h o r o n e2 7 ，6 f l - h y d r o x y d i i s o p h o r o n e2 8 和暇l4 p - d i h y d r o x y d i i s o p h o r o n e2 94 个转化产物【7 1 0 6 第一章前言 o h 刀 o h oo h 2 9 o h n n h 三环二萜是植物次级代谢产物中含量最高的成分之一，d e h y d r o a b i e t i ca c i d ( d h a ) 广泛地分布于欧洲赤松针叶林中，具有微生物毒性，能够毒死一些寄 生在植物体内的寄生菌，起到自我保护的作用。t e r i s a v 孤b e e k 等人利用两株 真菌p h l e b i o p s i sg i g a n t e a 和t r a m e t e sv e r s i c o l o r 对d h a 进行了生物转化实验，经 7 中山大学硕士学位论文 h p l c d a d e l s d 检测，发现d h a 快速地被真菌降解，从真菌p h l e b i o p s i s s i s g i g a n t e a 中分离到化合物3 0 ，3 l ，3 2 ，3 3 和3 4 ，从真菌t r a m e t e sv e r s i c o l o r 中分离到化合物3 4 ，3 5 ，3 6 ，3 7 ，3 8 和3 9 。其有化合物3 4 是两株真菌共同的 转化产物，化合物3 2 ，3 6 ，3 7 和3 9 是新发现的天然产物【8 1 。 3 4 3 qr1 = r 2 = r 3 = r 4 = h 3 1 r 1 = o h ，r 2 = r 3 = r 4 = h 3 2 r i = o h ，r 2 = o h ，r 3 = r 4 = h 弘r i = r 3 = o h ，r 2 = r 4 = h 3 5 r i = r 4 = h ，r 2 = o h ，r 3 = o h 3 6 r 1 = r 3 = o h ，r 2 = o h ，r 4 = 1 1 3 8r 1 = r 4 = o h ，r 2 = r 3 = i - i 诅r 1 = r 3 = o h ，r 2 = o h ，r 4 = h r 强r = m e 缸r = c h 2 0 h 大环内酯类化合物是临床上一种重要的抗细菌感染药物，对于肠道疾病有明 显的疗效。大环内类酯化合物的微生物生物转化是获得其衍生物的一种有效途 径。l a k s h m a n a nv e n k a t r a m a n 等人利用细菌s t r e p t o m y c e sv e n e z u e l a e 的突变异种 将大环内酯n a r b o n o l i d e4 0 转化为其衍生物p i k r o m y c i n4 1 ，从而获得新的大环内 酯类化合物【9 1 。 m e m e 4 1 04 1 黄酮类化合物是植物体内一种常见的次级代谢产物，具有抗氧化、抗诱变的 功能，人的日摄入量为l 克。n o