生物催化在藥品合成領(lǐng)域中應用作者王曼竹單位武漢工程大學生物工程02摘要:生物催化與生物轉(zhuǎn)化是人類賴以生存生態(tài)系統(tǒng)將太陽輻射巨大能量加以固化與儲存有效手段,是地球上一切生物質(zhì)循環(huán)轉(zhuǎn)化本質(zhì)特征,也是人類從石油文明向“低碳經(jīng)濟”過渡最好路徑。藥用化合物通常是與人體內(nèi)酶、蛋白質(zhì)或其她功效性生物大分子發(fā)生特異性相互作用活性小分子。生物轉(zhuǎn)化在手性藥品和天然藥品合成中較傳統(tǒng)化學合成和天然提取方法含有顯著優(yōu)勢。關(guān)鍵詞:生物催化;生物轉(zhuǎn)化;手性化合物;天然藥品BiotransformationandItsApplicationinthePharmaceuticalSynthesisWANGMan-ZhuAbstract:BiocatalysisandBiotransformationhumansurvivalecosystemofthetremendousenergyofsolarradiationtobeaneffectivemeansofcuringandstorage,allbiomasscycleintotheessentialcharacteristicsoftheearth,isalsoahumanfromtheoilcivilizationtothelow-carboneconomythebestwaytotransition.Thepharmaceuticallyacceptablecompoundsaregenerallywiththebodyoftheenzyme,proteinorotherfunctionalbiologicalmacromoleculesactivesmallmoleculespecificinteractionoccurs.BiotransformationinthesynthesisofchiraldrugsandnaturaldrugscomparedwithtraditionalchemicalsynthesisandnaturalextractionmethodhasobviousadvantagesKeywords:Biocatalysis;Biotransformation;Chiralcompounds;Naturalmedicine;生物催化是指利用酶或細胞作為催化劑來完成化學反應過程,又稱為生物轉(zhuǎn)化。從數(shù)百年前生用生物催化劑關(guān)鍵是粗制酶和微生物整體細胞,在實際應用中各有千秋。酶含有反應步驟少、催化效率高、副產(chǎn)物少和產(chǎn)物易分離純化等優(yōu)點,而整體細胞含有不需要輔酶再生和制備簡單等特點.生物轉(zhuǎn)化大多是在室溫或中性環(huán)境中進行,含有沒有毒、無污染、低能耗、高效率、高選擇性等優(yōu)點。生物轉(zhuǎn)化還能夠合成化學上難以合成物質(zhì),尤其是復雜天然活性物質(zhì)。生物轉(zhuǎn)化還能夠合成化學上難以合成物質(zhì),尤其是復雜天然活性物質(zhì)。同時,采取化學合成—生物轉(zhuǎn)化相結(jié)合合成方法。手性是自然界物質(zhì)基礎(chǔ)屬性,組成生命有機體分子都是不對稱分子,生命中普遍存在糖為D型、氨基酸為L型、DNA螺旋構(gòu)象和蛋白質(zhì)都是右旋,而且生命體內(nèi)很多內(nèi)源性化合物,包含與藥品發(fā)生藥動學和藥效學相互作用天然大分子都含有手性。所以手性藥品已成為國際新藥研究與開發(fā)新方向之一SchoemakerH,MinkD,WubboltsM.Dispellingthemyths-bSchoemakerH,MinkD,WubboltsM.Dispellingthemyths-biocatalysisinindustrialsynthesis[J].Science,,299(5613):1694酶含有反應步驟少、催化效率高、副產(chǎn)物少和產(chǎn)物易分離純化等優(yōu)點,能夠催化多個化學反應取得光學純度和收率高手性化合物,能夠用于手性化合物拆分和合成。酶催化手性化合物合成是將潛手性化合物和前體經(jīng)過酶催化反應轉(zhuǎn)化為單一對映體光學活性化合物,如氧化還原酶、裂解酶、羥化酶、水解酶、合成酶和環(huán)氧化酶等。手性藥品是指分子結(jié)構(gòu)中含有手性中心或者不對稱中心藥品,它包含單一立體異構(gòu)體、2個或2個以上立體異構(gòu)體混合物。因為藥品作用靶點(如受體、酶或離子通道等)結(jié)構(gòu)上高度立體特異性,手性藥品不一樣立體異構(gòu)體與靶點相互作用不一樣,從而產(chǎn)生不一樣藥理學活性,表現(xiàn)出立體選擇性AgrawalY,BhattH,RavalH,etal.Chirality-aneweraofthera-peutics[J].Minireviewsinmedicinalchemistry,,7(5):451AgrawalY,BhattH,RavalH,etal.Chirality-aneweraofthera-peutics[J].Minireviewsinmedicinalchemistry,,7(5):451很多藥品是以消旋體形式使用,不過很多手性藥品外消旋體形式都存在或小或大副作用。所以,世界上諸如美國等很多國家都出臺了對應政策和法規(guī),明確要求一個含手性原因化學藥品,必需說明其兩個對映體在體內(nèi)不一樣生理活性、藥理作用和藥代動力學情況,以考慮單一對映體供藥問題。這很大程度上促進了單一對映體手性藥品研究和生產(chǎn)高速發(fā)展。阿扎那韋(Atazanavir商品召為Reyataz)是首個取得FDA同意用于抗艾滋病聯(lián)合診療法HIV蛋白酶抑制劑(PI)類藥品。它是經(jīng)過阻斷病毒gaI)和gap-pol前體多聚蛋白裂解,從而抑制病毒結(jié)構(gòu)蛋白、逆轉(zhuǎn)錄酶、整合酶和蛋白酶生成,使HIVE病毒釋放出非感染性不成熟病毒顆粒RobinsonB,RiccardiK,GongY,etal.BMS-232632,ahighlypotenthumanimmunodeficiencyvirusproteaseinhibitorthatcanbeusedincombinationwithotheravailableantiretroviralagents[J].Arrtimicrobialagentsandchemotherapy,,44(R):2093.。用酶法制備化合物2是合成HIV蛋白酶抑制劑一個關(guān)鍵手性中間體,這個手性中間體通常是用漢遜酵母菌和紅球菌生物催化合成,其中紅球菌產(chǎn)率>90%r,光學純度>98%r。經(jīng)過更深入研究發(fā)覺利用紅串紅球菌細胞轉(zhuǎn)化生產(chǎn)化合物2產(chǎn)率能夠達成>95%r,手性純度>98.2%RobinsonB,RiccardiK,GongY,etal.BMS-232632,ahighlypotenthumanimmunodeficiencyvirusproteaseinhibitorthatcanbeusedincombinationwithotheravailableantiretroviralagents[J].Arrtimicrobialagentsandchemotherapy,,44(R):2093.patelR,ChuL,MuellerR.Diastereoselectivemicrobialreductionof(S)一[3-chloro-2-oxo-1-(phenylmethyl)propylcarbamicacid,1,1-dimethvlethvlester[Jl.Tetrahedrom:Asyrrametry,,14(20):3105脂肪酶催化拆分普瑞巴林(pregabalin)是診療神經(jīng)源性疼痛藥品Lyric;ade有效成份,在使用化學拆分路線中,在拆分步驟前70%以上物料已轉(zhuǎn)化為廢物。關(guān)國輝瑞企業(yè)利用在水溶體系中利用脂肪酶生物拆分進行中間體合成,轉(zhuǎn)化率達成48%,然后深入反應生成普瑞巴林MartinezC,HuS,DumondY,etal.Deve-lopmentofache-moenzymaticmanufacturingprocessforpregabalin[J].OrganicMartinezC,HuS,DumondY,etal.Deve-lopmentofache-moenzymaticmanufacturingprocessforpregabalin[J].OrganicProcessResearch&Development,,12(3):392布洛芬是常見一個非舉體類抗炎手性藥品,化學結(jié)構(gòu)為2-(-異丁基苯基)丙酸,屬于2一號基丙酸類藥品,含有解熱、鎮(zhèn)痛、消炎及抗風濕生理效用。布洛芬分子在a位有一個手性碳原子,存在一對光學異構(gòu)體。其中,只有S(+)布洛芬含有生理活性,S布洛芬生理活性是R布洛芬160倍,而且R布洛芬存在會帶來副作用唐良華.脂肪酶生產(chǎn)及其在布洛芬于性拆分中應用基礎(chǔ)研究所.【D】..唐良華.脂肪酶生產(chǎn)及其在布洛芬于性拆分中應用基礎(chǔ)研究所.【D】..布洛芬類藥品一向都是用化學方法合成,通?？偟玫降攘恳粚τ丑w混合物,手性試劑拆分外消旋體過程復雜,產(chǎn)率低而且手性試劑比較昂貴。利用脂肪酶催化進行拆分布洛芬顯示出了成本低及對映體選擇性較高等優(yōu)點。在有機相中脂肪酶催化布洛芬選擇性酯化SnellD,Colby,J.Enantioselectivehydrolysisofracemicibuprofenamideto-(+)-ibuprofenbyrhodococcusAJ270[J].EnzymeandMicrobialTechnology,1999,24(3-4):160,如Keehoonwon等人在異辛烷體系中,利用Cuudidurugo.su脂肪酶催化布洛芬酯化,來拆分其外消旋體SnellD,Colby,J.Enantioselectivehydrolysisofracemicibuprofenamideto-(+)-ibuprofenbyrhodococcusAJ270[J].EnzymeandMicrobialTechnology,1999,24(3-4):160WonK,Hong,J,KimK,etal.Lipase-catalyzedenantioselectiveesterificationofracemicibuprofencoupledwithpervaporation[J].ProcessBiochemistry,,41(2):264卡托普利（巰甲丙脯酸、甲巰丙脯酸、開搏通）Captopril（Capote,Lopirin,Tensiomin）化學名稱:1-（3-巰基-2-D-甲基丙?；?L-脯氨酸。英文化學名稱:(2s)-1-(3-mercapto-2-methylpropionyl)-l-proline;(s,s)-1-(d-3-mercapto-2-methyl-1-oxopropyl)-l-proline;1-(2-methyl-3-sulfanylpropanoyl)proline;(2S)-1-[(2S)-2-methyl-3-sulfanylpropanoyl]pyrrolidine-2-carboxylate卡托普利.中國化工制造網(wǎng)卡托普利.中國化工制造網(wǎng)能抑制血管擔心素1轉(zhuǎn)化為血管擔心素2,含有降低血壓作用,對腎性高血壓、原發(fā)性高血壓及常規(guī)藥品診療無效高血壓都有效,是第一個口服血管擔心素轉(zhuǎn)化酶抑制劑類藥品?？ㄍ衅绽肿又泻袃蓚€手性中心,活性取決于含巰基烷鏈構(gòu)型,其（S）型對映體是（R）型藥品活性100倍以上,所以,最好藥品分子應為（S,S）構(gòu)型。傳統(tǒng)化學合成方法生成是非對映體混合物（R,S+S,S）,然后用二環(huán)己胺成鹽后分離得到（S,S）構(gòu)型,但產(chǎn)率很低梅樂和.《現(xiàn)代酶工程》梅樂和.《現(xiàn)代酶工程》生物轉(zhuǎn)化在天然藥品提取和化學合成:如香草醛(Vanillin)現(xiàn)在關(guān)鍵由化學方法合成制備,依據(jù)美國和歐盟要求,合成香草醛在農(nóng)產(chǎn)品和食品添加劑中使用會引發(fā)法律方面爭議,再加上消費者喜好,更促進了生物技術(shù)方法生產(chǎn)香草醛研究李永紅,鄭志強,孫志浩.TLC方法同時監(jiān)測生物轉(zhuǎn)化過程中阿魏酸、香草酸和香草醛[J].鄭州工程學院學報,,24(1):35-37.。由此促進研究人員去尋求生產(chǎn)天然香草醛替換方法。利用微生物轉(zhuǎn)化天然前體生產(chǎn)天然等同(nature-identical,NI)香草醛,稱為“生物香蘭素”(bio-vanillin),能夠替換從香莢蘭豆莢中提取價格昂貴天然香草醛李永紅,鄭志強,孫志浩.TLC方法同時監(jiān)測生物轉(zhuǎn)化過程中阿魏酸、香草酸和香草醛[J].鄭州工程學院學報,,24(1):35-37.鄭志強,朱書峰,孫志浩.微生物轉(zhuǎn)化方法生產(chǎn)香草酸與香草醛初步研究[J].工業(yè)微生物,,32(4):1-6.LESAGE-MEESSENL,STENTELAIREC,LOMAS2COLOA,etal..Fungaltransformationofferulicacidfromsugarbeetpulptonaturalvanillin[J].JSciFoodAgric,1999,79:487-490.BONNINE,BRUNELM,GOUYY,etal..AspergillusnigerI-1472andPycnoporuscinnabarinusMUCL39533,selectedforthebiotransformationofferulicacidtovanil2lin,arealsoabletoproducecellwallpolysaccharide-de2gradingenzymesandferuloylesterases[J].EnzymeandMicrobialTechnology,,28(1):70-80.王明君.微生物轉(zhuǎn)化香草酸生產(chǎn)香草醛[J].食品與發(fā)酵工業(yè),,(2):43-47.張莉力,遲玉杰.微生物轉(zhuǎn)化阿魏酸生產(chǎn)香蘭素研究[