生物合成反应PPT参考幻灯片.ppt

,1,生物合成反应BIOSYNTHETICREACTIONS,2,生物合成反应利用酶（Enzymes）或有机体（细胞、细胞器等）作为催化剂实现化学转化的过程，生物催化反应（Biocatalysis）生物转化（biotransformations）,3,生物合成反应的特点,反应速度快，比非酶反应快106-1012倍用量少，10-3-10-4mol，化学催化剂0.1-1%反应条件温和，pH5-8，反应温度20-40溶剂常常采用水，环境友好多酶体系同时催化，可减少反应步骤连续酶反应体系，易工业化回收率高，成本低对底物高度专一性：化学、区域、立体能催化绝大多数化学反应,4,生物合成反应的选择性,化学选择性,5,区域选择性,6,立体选择性,7,烷、芳、醇、醛、酮、硫醚、亚砜氧化和还原酯、酰胺、内酯、内酰胺、醚、酸酐、环氧、氰的水解和合成水、氨、氰化的加成和消除卤化、脱卤、烷基化、去烷基化、异构化、偶联、醛醇缩合、michael加成Claisen重排（-重排），Diels-Alder和Cope重排除外非活泼位置的选择氧化-羟基化,生物催化反应的类型,8,还原反应,脱氢酶酵母醇脱氢酶（YADH）马肝醇脱氢酶（HLADH）布氏热厌氧菌醇脱氢酶（TBADH）羟基甾体脱氢酶（HSDH）,酵母细胞,9,脱氢酶,10,立体示意图,Prelog规则,11,常用脱氢酶底物优先结构特征,酵母醇脱氢酶,马肝醇脱氢酶,布氏热厌氧菌醇脱氢酶,羟基甾体脱氢酶,12,酵母细胞（Yeast）的还原反应,简单无环酮的还原与脱氢酶相似，遵循Prelog规则,13,无环-酮酯的还原,L-,D-,-酮酯,添加不饱和化合物可抑制L脱氢酶，使D产物增加添加卤代醋酸酯可抑制D脱氢酶，使L产物优势,Prelog规则,14,无环-单取代-酮酯的还原,15,Prelog规则,16,环状-二酮的还原,Prelog可预测,小环（5-6元）顺式（syn)优先生成，极高的选择性,17,环状-酮酯的还原,18,去消旋化反应,Dl-泛解酸内酯,消旋,D-泛解酸内酯100,19,酵母细胞催化还原，-不饱和酯（烯键还原）,由NADH依赖的烯酸还原酶控制，反式加成,20,(-)-LY300164治疗神经退化性疾病,Yield：1651%,绿色化学挑战奖,还原反应在药物合成中应用,21,SQ31765钙拮抗剂,互变异构,22,MK0507碳酸酶抑制剂青光眼,（R）-3-羟基丁酸甲酯,23,MK0507,24,左炔诺孕酮,25,氧化反应,26,单加氧酶催化的氧化反应（细胞色素P450单加氧酶和黄素类辅酶单加氧酶）,27,饱和碳原子的羟基化反应,极高的区域以及立体选择性,28,微生物催化异丁酸不对称羟化反应,恶臭假单胞菌ATCC2124495%ee皱落假丝酵母IFO057099%ee,皱落假丝酵母IFO154297%ee,机制,29,30,30,pH6.8,3天，转化率达于80%对映体过量大于99%ee,31,芳香化合物的羟化反应,32,不饱和碳原子（烯键）环氧化反应,33,Sharpless环氧化反应,34,BaeyerVilliger反应,区域选择性：氧原子插入的区域选择性，基于迁移碳原子的稳定性立体选择性：催化中心为黄素辅基-似类于过酸，起亲核试剂的作用,35,单环酮的BaeyerVilliger反应,用于拆分消旋体,36,双环酮BV,37,双氧酶催化的氧化反应,38,手性联二醇的应用,39,氧化酶和脱氢酶的催化反应,40,马肝醇脱氢酶氧化拆分醇,ee，大于97%,41,马肝醇脱氢酶氧化潜手性或内消旋体的不对称化,42,氧化反应在药物合成中应用,43,Diosgenin,Stigmasterol,44,diosgenin,45,卡托普利Captopril,46,47,GABA受体激动剂R-巴氯芬为活性成分选择性激动GABAB,48,49,水解反应,水解酶Hydrolase,酯酰胺蛋白质核酸多糖环氧化合物腈,酯酶esterase脂肪酶lipase蛋白酶proteinase,50,51,反应机制,52,MECHANISMOFTHEBASEHYDROLYSISOFESTERS,53,54,酶酰基中间体,55,酯的酶解,56,酯酶,反应条件温和,57,区域选择性,58,对映选择性,RCH3，苯基etc较小,R环戊基etc较大基团,59,微生物酯酶（羧酸酯酶等）,60,酯酶活性的蛋白酶（chymotrypsin，papain，PGA等）,61,62,环氧物的酶解,微粒体环氧物水解酶MEH胞质环氧物水解酶CEH,肝微粒体环氧水解酶微生物环氧水解酶,63,肝微粒体环氧水解酶,64,微粒体环氧物水解酶MEHR-环氧乙烷的碳原子易受到进攻，形成R-二醇，留下S-环氧物R对选择性影响很大，直链选择性差，支链提高选择性R转化率二醇n-C4H91614(CH3)3CCH22872(CH3)C3892,65,与环的大小有关n二醇190294340470,66,微生物环氧水解酶,67,酰胺的酶解,68,69,70,71,应用实例,72,Taxol,73,74,75,Aspartame,Volume:2000tons/yearLowcaloriesweetener200timesassweetassugarManyapplicationsinfooddiet-softdrinksicecreamyogurtchocolate,L-aspartate-L-phenylalaninemethylester（Aspartame）,76,77,78,转移和裂合反应,还原酶和水解酶，占90%转移酶、裂合酶、异构酶和连接酶10%，能催化C-C，C-N，C-O，C=C以及C=O键的生成,转移反应,79,氨基转移酶（Aminotransferases）,80,81,糖基转移酶（Glycosyltransferases）,82,83,糖苷酶（Glycosidases）：水解酶,84,85,利巴韦林,磷酸化酶（Phosphorylases）,86,裂合反应,裂合酶（Lyases）：醛缩酶、水合酶、脱羧酶能催化形成CC，CN，CO，CC等键的裂解与形成,醛缩酶,87,醛醇缩合反应类型,88,89,偶姻反应acyloinreactions,90,加成和消去反应,氰醇反应,91,水和氨的加成反应,92,93,Michael加成反应,94,生物催化反应的特点,反应速度快，比非酶反应快106-1012倍用量少，10-3-10-4mol，化学催化剂0