生物转化与甾体药物ppt课件

1、陈代杰陈代杰上海来益生物药物研讨开发中心上海来益生物药物研讨开发中心Shanghai Health-Creation Centre for Biopharmaceuticals R & D1运用基因工程技术来构建具有高度专注性和高转化率的基因工程菌；2添加底物在水相中的溶解性；3改良固定化酶或固定化细胞的技术；4开发延续转化和产物回收的技术；5在培育基中运用像环糊精类物质来提高底物转化率。 虽然有不少用于不饱和甾体边链氧化的有效的化学方法，但对饱和的脂肪族C-17边链的氧化反响的收率非常低，而用微生物转化技术除去植物甾醇的边链是一种非常有效的方法。 虽然在甾体的分子构造中有许多可以被微

2、生物进展羟基化的基团，但目前在工业规模大量用微生物转化技术进展的羟基化反响主要是11-、11-和16-位点的羟基化反响。其它一些可以在工业规模用微生物转化技术进展羟基化反响的位点包括有7-、9-和14-。 COOHHOHOHHOOOCH3OCH3HOOCH3OCH3HOOCH3HNCH3HOHOC2H5HOC2H5HODeoxycholic acid (I)Hecogenin (II)Diosgenin (III)Solasodine (IV)Ergosterol (V)Stigm asterol (VI)Sitosterol (VII)Cholesterol (VIII) I：脱氧胆酸； I

3、I：海柯皂配基； III：薯蓣皂苷配基； IV：茄解定； V：麦角甾醇; VI：豆油甾醇； VII：谷甾醇； VIII：胆甾醇； 9111213148171615105671234HO19182023222625242127HOHOHO2425262728282922232829CholesterolCampesterolSitosterolStigmasteroll氧氧 化化 反反 应应 l羟基化羟基化l 一切甾体母核和角甲基位置均几被羟化一切甾体母核和角甲基位置均几被羟化l 能在边链上假设干位置上羟基化能在边链上假设干位置上羟基化l醇基氧化醇基氧化l 氧化饱和链上醇基至酮基氧化饱和链上醇基

4、至酮基l氧化丙烯基或高丙烯基至氧化丙烯基或高丙烯基至、-不饱和酮不饱和酮l环氧化作用环氧化作用 Epoxidation l碳碳键的裂开碳碳键的裂开l 氧的插入氧的插入Insertion构成酯、醇、酮、内酯和构成酯、醇、酮、内酯和酸酸l 逆醛醇缩合反响逆醛醇缩合反响 Retroaldol reactionsl 碳键裂开产生非官能团化的产物碳键裂开产生非官能团化的产物Unfunctionalized products双键的导入反响双键的导入反响 饱和饱和3酮和酮和4-3酮甾体的酮甾体的1位脱氢位脱氢 饱和饱和3酮和酮和-3酮甾体的酮甾体的4位脱氢位脱氢 伴着环芳香化的位脱氢伴着环芳香化的位脱氢 1

5、1053甾醇的芳香甾醇的芳香 化化 羟基、酯或过氧化合的消除羟基、酯或过氧化合的消除过氧化反响过氧化反响 5，7-双烯间构成双烯间构成5、8-表二氢化合物表二氢化合物 氢过氧化氢过氧化Hydroperoxidation杂原子氧化杂原子氧化 立体专注性氧化硫醚到亚砜立体专注性氧化硫醚到亚砜 胺胺 被被 氧氧 化化 到到 酮酮 还还 原原 反反 应应 还还 原原 酮酮 到到 醇醇 还还 原原 醛醛 到到 醇醇 还还 原某氢过氧化物到醇原某氢过氧化物到醇 还还 原原 烯烯 醇醇 到到 伯伯 醇醇 双双 键键 饱饱 和和 还还 原原1，4-3-酮到酮到4-3-酮酮 还还 原原4-3-酮到饱和酮到饱和-

6、 酮酮 还还 原原4，6-3-酮到酮到4-3-酮酮 还还 原原1，6-20-酮到饱和酮到饱和20-酮酮 厌厌 氧氧 性性 脱脱 羟羟 基基 l异异 构构 化化 l6-3-酮异构化成酮异构化成4-3-酮酮 l-高环化高环化D-Homoannulationl反频哪酮重排反频哪酮重排Retropinacolic rearrangement l醇差向立体异构醇差向立体异构l-表二氢化合物重排到桥氧醇表二氢化合物重排到桥氧醇 l结结 合合 l 1 羟羟 基基 乙乙 酰化酰化 l 糖苷化糖苷化 l 酚酚 醚醚 形形 成成 l 胺胺 的的 乙酰乙酰 化化 l甾体生物碱与碳酸相结合甾体生物碱与碳酸相结合l水

7、解l1 酯化 l 碳 酸 酯 l 内 酯 l 硫 酸 酯 l 醚 开 裂 l 烯 醇 醚 开 裂 为 酮 l 酚 醚 开 裂 为 酚 l 苷 开 裂 为 醇 l引入 杂 原 子 ： l1氮 ：由21位醇基甾体构成21-乙酰胺甾体 l卤 素 ：卤过氢化酶催化导入CH2OHCOOHHOOOCOOHOCH2OHOCOOHOCOOHOOO-C2H5COOH-CH3COOH-C2H5COOHOOCOOHOCOOHOOOCholesterol(VIII)(XIII)(IX)(XIV)(XVIII)(XIX)(XX)(XV)(XVI)(XVII)(XXI)(XXII)(XXIII)ADD4ADXV：甾醇：甾

8、醇C24-羧酸；羧酸； XVI：甾醇：甾醇C22-羧酸；羧酸； XVII：雄甾：雄甾-4-烯烯-3,17-二酮二酮(AD)；XVIII：C19-甾醇；甾醇；XXIII：雄甾：雄甾-1,4-双烯双烯-3,17-二酮二酮(ADD)；其他参见文章内；其他参见文章内 HOCH2ROCH2ROCH2CH2OHROCH2COSCoAROCHCSCoAROROCH2OROCOSCoARHOHOHOOCOOCOOOCOOHR CH3=Sitosterol(VII)H=Canpesteriol(XXV)HO(XXVI)(XXVII)(XXVIII)(XXXI)(XXXII)(XXX)(XV)(XIV)(XVII

9、)(XXIX)-C2H5COSCoA-CO2OCO CoEnz-R-CH2COOH-CH3COOH-C2H5COOH图 、微生物裂解甾醇和采油甾醇边链的反应OH OC O O HOOC H2O HOO C H3OOOOOOOOOOOOOOO HO( X V I I )( L V I I )( V I I )H O O COOOOOH OOO HO HOO HOH OH O( L V I I I )O H( X X I I I )( X V I I )( L X I I )( L X I )( L I X )( L X )( X V I I )( X X I I I )H OC O2H2OWi

10、l d t y p eA T O C6 8 4 2S C M- 1N R R LB - 8 1 1 9N R R LB - 1 1 0 4 5N R R LB - 8 1 2 9N R R LB - 8 1 2 8N R R LB - 8 1 1 3 5 9B - 8 1 3 5l1)添加有关的酶抑制剂l2)利用被修饰的底物进展生物转化l3)利用阻断突变株用于定向生物转化同时利用突变株、酶抑制剂和被修饰的底物进展生物降解边链所得到的产物A c OC H2O HC2H5H OOS ito stero l d eriv a tiv e(L X III)E stero n e(X X X V II)

11、H OOOH OROOOOH OC h o le ste ro l(V III)A n d ro sta -1 ,4 -d ie n e-3 ,1 7 -d io n e (X X III)R = H -c h o leste ro l(V III) C 2 H 5 -sito ste ro l(V II)A n d ro st-4 -e n e-3 ,1 7 -d io n e (V V II)-h y d ro x y a n d ro st-4 -en e -3 ,1 7 -d io n eM y c o b ac te riaN o ca rd ia S p .w ild ty p e

12、en z y m e in h ib ito rsM y co b a c te riu m S p .m u tan tsm u ta n tsm u ta n tsOOA n d ro sta-1 ,4 -d ien e -3 ,1 7 -d io n e(X X III)M y co b a c te riu m S p .M y c o b ac te riu m S p .部分边链降解的甾醇产物COOHOCOOHOOOOO图 同时利用突变株、酶抑制剂和被修饰的底物进行生物降解边链所得到的产物OOCH3HOOHOHOOCH3OCOOCH3CH2OHCH2OHCH2OH(LX)(LXIV

13、)(LIX)(LXV)(LXIV)(LXI)(LXVI)(LXVII)图 部分边链降解的甾醇产物OOOHOOHHOOH(CH3)2NO米 非 司 酮OOHOOHCHCHOOHOHHOADD雌 酚 酮雌 二 醇11-OH-ADD炔 雌 醇雌 三 醇COOHOCH2OHO泼 尼 松炔 雌 醚COOHOCH2OHHO泼 尼 松 龙OOCOOHOCH2OHHOFCH3倍 他 米 松COOHOCH2OHHOF OH确 炎 舒 松COOHOCH2OHHOFCH3CCH3COHCHCCH3O地 塞 米 松OO4ADOOOOHE s t r o n eOHOHCCHOHCCHOHOHOHOHADD乙 炔 雌

14、二 醇乙 炔 雌 二 醇甲 酯雌 二 醇雌 三 醇MeOOH卵 泡 激 素OO1 9 - 去 甲 乙 炔 睾 酮1 9 - 去 甲 雄 甾 - 4 - 烯 - 3 ， 1 7 - 二 酮OOH蛋 白 同 化 激 素OHCCHO黄 体 激 素OOOOO螺 内 酯矿 质 皮 质 激 素OOH睾 酮OOHMe甲 基 睾 酮雄 激 素OMeH甲 基 雄 甾 烷 醇 酮蛋 白 同 化 激 素OHOOH氢 化 可 的 松其 它 高 档 皮 质 激 素CCH2OHO利用经过修饰的底物进展边链的选择性裂解利用经过修饰的底物进展边链的选择性裂解底物底物产物产物微生物微生物19-羟基甾醇羟基甾醇雌酮雌酮restr

15、ictus诺卡氏菌诺卡氏菌 ATCC 1488719-norsterols雌酮雌酮诺卡氏菌诺卡氏菌ATCC 191703-羟基羟基-19- 1，3，5 甾醇甾醇 雌酮雌酮草分支杆菌草分支杆菌分支杆菌分支杆菌simplex节杆菌节杆菌IAM 166019-羟基羟基-4-胆甾烷胆甾烷-3-酮酮雌酮雌酮草分支杆菌草分支杆菌19-羟基羟基-胆甾醇胆甾醇-3- 乙酸盐乙酸盐雌酮雌酮草分支杆菌草分支杆菌19-羟基羟基- 4，7 甾醇甾醇3-羟基羟基-19-nor- 1，3，510甾甾醇醇3-羟基羟基-19-nor- 1，3，510，78甾醇甾醇马烯雌酮马烯雌酮马萘雌酮马萘雌酮雌酮雌酮分支杆菌分支杆菌6-1

16、9-oxidosten-eones3-乙酸基乙酸基-5-氯氟氯氟-6-19-氧化氧化-甾醇甾醇6-19-氧化氧化-AD诺卡氏菌诺卡氏菌ATCC 19170分支杆菌分支杆菌 一些用于抑制环裂解的最为有效的抑制剂一些用于抑制环裂解的最为有效的抑制剂抑制剂称号抑制剂称号抑制机理抑制机理2,2-联吡啶联吡啶1,10-菲咯啉菲咯啉8-羟基羟基-喹啉喹啉5-硝基硝基-1,10-菲咯啉菲咯啉铜铁灵铜铁灵双硫腙双硫腙二苯基二硫缩二氨基脲二苯基二硫缩二氨基脲二乙基二硫氨基甲酸酯二乙基二硫氨基甲酸酯异烟酸酰肼异烟酸酰肼黄原酸黄原酸邻苯二氨邻苯二氨4-异戊酸环庚三烯酚酮异戊酸环庚三烯酚酮硫化四乙基秋兰姆硫化四乙基秋

17、兰姆作为作为Fe2+的抑制剂的抑制剂Ni2+, Co2+, Pb2+, SeO32-, AsO2-用于取代铁离子或阻断用于取代铁离子或阻断SH-功能功能亚甲蓝亚甲蓝刃天青刃天青正丙醇正丙醇氧化复原反响氧化复原反响在有在有酶抑酶抑制剂制剂存在存在的条的条件下件下进展进展甾醇甾醇边链边链的选的选择性择性裂解裂解 抑制剂抑制剂产物产物微生物微生物螯合剂螯合剂2,2-联吡啶联吡啶1,10-菲咯啉菲咯啉8-羟基羟基-喹啉喹啉ADADD其它雄甾烷衍生物其它雄甾烷衍生物Arthrobacter simplex 分支杆菌分支杆菌红球菌红球菌草分支杆菌草分支杆菌诺卡氏菌诺卡氏菌Arthrobacter glob

18、iformis 螯合剂和活性炭螯合剂和活性炭ADD分支杆菌分支杆菌 NRRL B-3683螯合剂和苯乙烯螯合剂和苯乙烯-二乙二乙烯苯共聚物烯苯共聚物AD、ADD23,24-二去甲胆甾酸二去甲胆甾酸分支杆菌分支杆菌 NRRL B-3683螯合剂和脂肪、油、螯合剂和脂肪、油、甘油酯甘油酯ADD1-脱氢睾酮脱氢睾酮Arthrobacter simplex Brevibacterium lipolyticum草分支杆菌草分支杆菌无机离子无机离子AD、ADD其它雄甾烷衍生物其它雄甾烷衍生物分支杆菌分支杆菌 sp. KNGSF 70Arthrobacter simplex氧化复原颜料氧化复原颜料ADDAr

19、throbacter simplex丙醇丙醇AD、ADD和其它衍和其它衍生物生物假单胞菌假单胞菌 sp. NCIBOOCorynespora-CasicolaATCC 16718OOOH4-雄甾烯-3,17-反酮9 -羟基-4-雄甾烯-3,17-反酮O棒状杆菌ATCC 21329或短杆菌 NRRLB-8054OOH9 -羟基-3-氧化娠烷-4,17-反烯-20-羧酸COOHCOOH3-氧化娠烷-4,17-反烯-20羧酸OCH3O黑 根 霉Rhizopus N igricansA TCC 62276孕 酮11-羟 基 孕 酮（ 主 要 产 物 11,6 -二 羟 基 孕 酮（ 微 量 副 产 物 11还 原 孕 酮（ 偶 然 产 生 副 产 物 OCH3OOCH3OOCH3OHO+HOOHHHOOCH2OHO新月弯孢霉OCH2OHOOHHO147化合物S氢化可的松OCH2OHOOHHOF的瑰色链丝菌（Streptomyces roseochromogesATCC 3347OCH2OHOOHHOFOH Fe8+异构化OCH2OHOOHHOFO9