生物催化与生物转化III市公开课一等奖百校联赛优质课金奖名师赛课获奖课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。,转移和裂合反应,在六大类酶中，氧化还原酶和水解酶在生物催化手性合成中应用最多，约占生物催化用酶,90,。然而其它四大类酶,转移酶、裂合酶、异构酶和连接酶在生物催化中也有着主要应用，它们能催化,C,C,、,C,N,和,C,O,以及,C,C,、,C,O,等化学键生成或裂解反应。,伴随化学与生物学发展和学科间交叉融合，这些酶研究和应用将会逐年增加，并发挥越来越主要作用。,1/45,第一节转移反应,转移酶是一类常见生物催化剂，它所催化转移反应如式,(9.1),所表示：,2/45,这类酶催化底物有氨基酸、酮酸、核苷酸和糖等化合物，其中糖基转移酶已被用于制备新型糖。,一、氨基转移酶,氨基转移酶以磷酸吡哆醛,(PLP),为辅酶催化以下反应，见式,(9.2),。反应中氨基酸将分子中氨基转移给,-,酮酸，生成新氨基酸和酮酸。,3/45,生物催化合成中惯用氨基转移酶有分支链氨基转移酶,(BCAT),、天冬氨酸氨基转移酶,(AAT),、酪氨酸氨基转移酶,(TAT),等。,4/45,氨基转移酶种类多、分布广，它们能催化,L-,氨基酸生物合成。,当前研究较多,D-,氨基酸转移酶,(DAT),能催化,D-,氨基酸合成。,5/45,采取基因工程法可在工程菌内转入乙酰乳酸合成酶,(ALS),基因，由该基因表示产生乙酰乳酸合成酶能催化两分子丙酮酸缩合为乙酰乳酸,(3),，后者再经脱羧反应转变为代谢惰性乙偶姻,(4),。这种方法已被用于生产,I,氨基酸,(5),和,D-2-,氨基丁酸,(6),，见图,9,1,。,6/45,7/45,合成前体。,比如,:,L-,叔亮氨酸,(7),可用于合成,HIV,蛋白酶抑制剂,L-,高苯丙氨酸,(8),可用于合成,ACE,酶抑制剂，用于治疗高血压,D-,苯丙氨酸,(10),用于制备凝血酶抑制剂，预防血栓形成，见图,9-2,。,8/45,9/45,二、糖基转移酶,寡糖含有主要生物学功效，在生命活动中包括细胞运动、细胞间相互作用、肿瘤发生与转移和病原体与细胞表面相互作用等,10/45,生物学过程。,寡糖在生物体内含量甚微，分离纯化困难。化学法合成寡糖是一复杂过程，合成时需要大量保护和脱保护反应，而且产率低。,因为酶含有区域选择性和立体选择性，采取生物催化法不需要过多保护和脱保护步骤，生物催化法合成寡糖含有非常诱人前景。,11/45,1,糖基转移酶催化特征,糖基转移酶负责体内寡糖合成，合成过程包含活化、转移和修饰三个步骤。,单糖在被转移之前必须先磷酸化，产生,1-,磷酸糖,1-,磷酸糖在核苷转移酶作用下与核苷三磷酸,(,普通是,UTP),反应生成核苷二磷酸糖,(NDE-,糖,),最终糖基转移酶将,NDP-,糖中糖基转移到,“,受体,”,(,单糖、寡糖、蛋白质和脂分子,),上，,NDP,从糖基上释放游离出来，完成糖基转移过程,12/45,13/45,14/45,-,半乳糖基转移酶是研究得最多一个糖基转移酶，该酶催化半乳糖,(Gal),从糖供体,UDP-Gal,中转移到糖受体中形成新糖苷键其它糖基转移酶即使研究得相对较少，但它们一样能催化糖基转移到各种糖受体上。,15/45,16/45,2,糖苷合成,糖苷酶水解逆反应可用于糖苷合成，利用游离单糖作为底物直接进行糖苷合成反应称为直接糖基化，,17/45,18/45,糖苷酶与糖基转移酶相比，糖苷酶更轻易获取。,糖苷酶催化反应缺点是产率低、产物常为混合物。,糖苷酶催化转糖基反应立体选择性和区域选择性受到许多原因影响，如反应温度、有机溶剂、活化供体反应活性、糖苷配基性质等。,19/45,20/45,21/45,22/45,23/45,四、磷酸化酶,磷酸化反应是生物体内一类主要生化反应，体内一些代谢调控是经过磷酸化反应而完成。,生物体内许多分子以磷酸化形式参加到生命过程中，比如醛缩酶催化反应中磷酸二羟基丙酮，糖基转移酶催化反应中,1-,磷酸糖苷等。,化学法催化多羟基化合物磷酸化反应需要采取多步保护和脱保护反应，而酶法催化磷酸化反应含有区域和立体选择性，能够省去无须要保护和脱保护反应。,24/45,第二节 裂合反应,裂合酶,(1yases,，,EC 4.x.x.x,),能催化一个化合物分裂为两种化合物或其逆反应。这类酶包含醛缩酶、水合酶和脱羧酶等。,裂合酶在工业生产中有着主要应用，它们能催化,C,C,、,C-N,、,C-O,等键裂解和生成，有时还伴随双键形成。,裂合酶逆反应也有很高工业应用价值，比如工业上利用苯丙氨酸氨裂解酶PLA,，,EC 4.3.1.5),和天冬氨酸酶,(aspartase,，,EC 4.3.1),催化合成,L-,苯丙氨酸和,L-,天冬氨酸。,25/45,一、醛缩酶,醛缩酶,(aldolases),能催化不对称,C,C,键形成，并能使醛分子延长,2,3,个碳单位，对有机合成极为有用。,醛缩酶惯用于糖合成，如氨基糖、硫代糖和二糖类似物合成。醛缩酶底物专一性不高，能催化各种底物反应。,26/45,转酮醇酶可从酵母和菠菜中提取，但这些方法产生量很有限，当前已经有用大肠杆菌高表示酵母转酮醇酶报道。,转酮醇酶比醛缩酶更能识别醛基部分手性，所以，当用消旋体,-,羟基醛作为受体时，反应中只有,R-,型对映体被转化为对应酮糖，而,S-,型对映体不被转化，从而实现消旋体,-,羟基醛动力学拆分。,27/45,三、偶姻反应,偶姻反应是指两分子醛缩合形成酮醇反应，如两分子丁醛缩合形成丁偶姻。,28/45,29/45,面包酵母中催化偶姻生物合成酶允许底物醛分子结构有一定改变。如芳香醛能够是苯甲醛、,2,氯苯甲醛、茴香醛、邻位及对位取代苯甲醛。,面包酵母能催化,，,不饱和芳香醛和,，,-,不饱和脂肪醛与,酮酸进行偶姻反应生成手性二醇，这些化合物是天然产物合成主要中间体。,30/45,第三节 加成和消去反应,裂合酶还可催化小分子化合物如水或氨不对称加成到,C,C,双键，以及氢氰酸加成到,C,O,键上。,依据底物结构类型，反应过程中潜手性底物能够产生一个或两个手性中心。催化这类反应酶底物专一性很高，只接收天然底物或与天然底物结构非常类似化合物为底物。,31/45,一、氰醇反应,醇腈酶,(oxynitrilase),催化氢氰酸不对称加成到醛或酮分子羰基上，形成手性氰醇，这种反应早在,1908,年就被使用。,手性氰醇能转化为拟除虫菊酯杀虫剂醇基部分，如溴氰菊酯、氯氟胺氰戊菊酯。,醇腈酶含有很高立体选择性，,(R)-,或,(S)-,醇腈酶能立体选择地催化潜手性底物生成,(R)-,或,(S)-,氰醇，见图,9-37,、表,9-6,、表,9-7,。,32/45,(R)-,或,(S)-,醇腈酶能从不一样起源植物中分离制备。,33/45,34/45,二、水和氨加成反应,富马酸酶是一个脱水酶，其逆反应能催化水立体特异性地加成到富马酸碳碳双键中生成,L-,苹果酸。,天冬氨酸酶则催化氨加成富马酸生成,L-,天冬氨酸。,35/45,36/45,37/45,面包酵母能催化取代巴豆醛衍生物,(,甲,),中碳碳双键加水反应和醛基还原反应。,38/45,39/45,碳碳双键不对称加水含有很好手性合成应用前景，不一样微生物细胞可对不一样取代碳碳双键进行加水反应。,腐皮镰孢细胞能高选择性地催化萜烯醇分子中内式,(E)-,加水反应。,微生物完整细胞催化反应时，有水解、还原和碳链降解等副反应发生。,40/45,41/45,五、脱卤素反应,因为环境中生物合成与生物降解处于一个动态平衡中，所以生态环境中卤化物浓度是相当恒定。,近年来因为人类活动，大量含卤素有机化合物被排放到环境中，给地球造成了污染。幸亏有微生物脱卤素降解作用，不然后果将不堪构想。自然界中存在五种主要卤化物降解路径，见表,9-9,。,42/45,1,卤代醇环氧酶,43/45,44/45,45/45,