微生物药物学-第二十二章-生物转化的类型和机制剖析
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duli3生物转化
六、影响生物转化的因素
（一）物种差异和个体差异 在I相反应和II相反应中，外源化学物的生物
转化均存在显著不同。 １、代谢酶的种类不同 例如： 猪没有芳香胺乙酰化酶和硫酸结合反应。 猫缺乏N-乙酰转移酶和UDP葡萄糖醛酸转移酶； 豚鼠没有甘氨酸结合反应
OH
OH COO 2H5C
OO
OO
抗凝剂
4、环氧化物的水化反应
BaP BaP-7,8环氧化物 BaP-7,8二氢 二醇 BaP-7,8二氢二醇-9，10-环氧化 物（致癌物）。
水化反应在致癌物活化中有重要作用。
三、第二相反应（结合反应， Conjugation)：从极性到亲水性
经过 I相反应，使外源物增加了极性 基团，易与具有极性基团的内源性化合 物（Endogenous）发生结合反应进 一步增加极性和水溶性排泄消除，也 有例外。
N
N
H3C CH3H3C CH3
八甲磷
N-羟甲基八甲
磷
毒性增加10倍
B、芳香族羟化
[O ] C 6 H 5 R R C 6 H 4 O H
OH [O]
苯
苯酚
C：环氧化反应
H
脂肪族烯烃： C
H C
Cl
H
氯乙烯
O
H
Cl
CC
HO H
环氧氯乙烯
芳香环氧化反应：
O
H O H H
O H
D、脱烷基反应
NH2
NH C6H9O6
形成S-葡萄糖醛酸化物
SH
S C6H9O6
（二）、硫酸结合反应
在磺基转移酶（Sulfotransferase)的作用
下，将内源性硫酸结合到醇类、酚类和胺类化 合物上，形成硫酸酯。
《生物转化》课件
生物转化的途径与类型
1
生物转化涉及多种途径和类型，如糖代谢、脂肪 代谢、蛋白质代谢等，这些途径和类型在生物体 内相互联系、相互协调。
2
生物转化的途径和类型可以根据不同的分类标准 进行划分，如根据反应类型、底物性质、酶的来 源等。
3
生物转化的途径和类型具有高度的灵活性和可塑 性，能够适应不同的生理需求和环境变化，促进 生物体的生存和繁衍。
加强生物转化的应用研究
将生物转化技术应用于制药、化工、环保等 领域，解决实际问题。
生物转化在可持续发展中的地位与作用
生物转化是实现可持续发展的 重要手段之一，能够将可再生 资源转化为有用的产品，减少
对化石资源的依赖。
生物转化技术可以生产可持续 的化学品和燃料，替代传统的 石化产品，降低碳排放。
生物转化技术可以应用于废弃 物资源化利用，减少环境污染
，促进循环经济发展。
生物转化技术可以应用于制药 行业，生产天然药物和手性化 合物，促进人类健康事业的发 展。
05
生物转化的实际应用案例
生物转化在制药行业的应用
生物转化在制药行业的应用广泛，主要用于生产手性药物、 复杂药物和天然产物的类似物。通过生物转化，可以实现对 药物分子的立体选择性修饰，提高药物的疗效和降低副作用 。
例如，将BT基因转入棉花中，可以培育出抗虫棉花品种，减少农药的使用量；将 抗草甘膦基因转入大豆中，可以培育出抗除草剂大豆品种，提高大豆的产量和品 质。
生物转化在能源领域的应用
生物转化在能源领域的应用主要包括生物燃料的开发和利用。通过微生物或酶的作用，可以将废弃物 或可再生资源转化为生物燃料，如乙醇、生物柴油等。
对环境压力。
生物转化可以产生一些对生物体有益的代谢产物，如 维生素、激素和抗生素等，这些产物对于维持生物体
药物生物转化PPT参考课件
S OH
硫醇脲酸衍生物
COOH
HN
CH3
15
定一药部它 前药体从般物位的提物生要代与基条内分物受谢官本件子学到酶能药原进：的药系团则物入进角物几发是体入度分乎挥碳生内血出子能作原，物液发本够用子可循：身对。的转能环动的无受经系物各化限控历统机种结氧反的的体官构化生药是能变应。物物一团化的转和个和的化其反结分特过他应构子程点异器因的体，特
底物
肝 （单脏mo微加no粒氧o体x酶y单ge加na氧se芳酶）香族化合物
催化反应（即P450脂同肪族化合物
功酶）
N- O- S-原子
胺
反应类型 羟基化 羟基化
脱烷基化 脱氨氧化
醇脱氢酶
醇
醛脱氢酶
醛
醇氧化 醛氧化
6
芳香结构的羟基化
O H3C
N O
N
O H3C
N O
N
- 脱烷基化
素相化 形底低的关合式物氧影酶物随非化响失， 尿专态。去只·、的了一有胆碳底具性汁原物有的、子专一生或的一定其化氧性的他反化（水排应是对溶泄动机性液物体时排机是，除体保才体的护能外重性以。要的溶能反解应的） 酶源 氧对促多。化每反数一反应异种应速体药度占化物较合据而慢物主言（是要，提是地只供脂产位了溶生多性一数的种药代物谢发产挥物作的用例的作 用子时大对很间不部大少。经分多。生代数物药谢转物化物来代的讲谢水：为溶低较性氧高增化水态强溶的性碳的原产子物是，其结分果将
U肝D脏P－含葡有萄大糖部醛分酸代转谢移活酶性（酶U。DP-glucuronyl transferase) 谷酶胱的甘分肽布－：S肝-转脏移的酶内（质g网lu膜ta系th统io和n－肝S线-tr粒an体s。ferase）
醇脱氢酶（alcohol dehydrogenase）
duli3-生物转化
葡萄糖醛酸； 硫酸：含硫氨基酸代谢产物； 谷胱甘肽：GSH； 乙酰基：乙酰辅酶A； 氨基酸： 甲基：主要由S-腺苷蛋氨酸提供。
(一) 葡萄糖醛酸结合反应
（Glucuronic conjugation)
在葡萄糖醛酸基转移酶（Glucuronyl transferase, GT)催化下，将葡萄糖醛酸基 结合到外源化学物的-OH、-COOH等极性 基团上。
反应场所： 主要在肝脏进行， 但肝外组织
也有一定代谢能力，如肾脏、小肠、 肺脏和皮肤等。
生物转化的反应类型
氧化
生 物
还原
转 化
水解
结合
第一相反应 外源化学物 第二相反应 排出体外
二、第一相反应：从亲脂性到极性
（一）氧化：最重要的1相反应
氧化反应
微粒体混合功能氧化酶 非微粒体混合功能氧化酶
脂 肪 族 羟 化
带－COOH的外源化合物与氨基酸肽式结合， 以甘氨酸为主．
C6H5COOH+NH2CH2COOH
苯甲酸 甘氨酸
C6H5CONHCH2COOH +H2O
马尿酸
3、甲基结合 由甲基转移酶催化，
由S-腺苷氮氨酸提供甲基 HO
可甲基化的化合物：多酚 类、硫醇类、胺类、氮杂 环化合物、重金属等
体内生物胺失活的主要方 式，但产物水溶性常降低。
2、酰胺类水解反应： R-CO-NH-R’ +H2O R-COOH+R’NH2
乐果的水解。
3、水解脱卤反应： 例如：DDT水解脱卤DDE(毒性降低、可继
续转化为易排泄物） 人体吸收的DDT，60%可经此途径转化。
(Cl-C6H4)2>CH-CCl3 +H2O (Cl-C6H4)2>C=CCl2+HCl
生物转化
我国在生物转化和生物催化技术等现代生物 工程技术应用方面与西方发达国家有20年的差距 ，集中体现在研究的生物转化反应类型和原始创 新项目较少。以重要为出发点，充分发挥重要的 优势，应用现代生物技术开展重要的全成分转化 研究，辅之以药理筛选，对形成具有自主知识产 权的新药具有极其广阔的前景，该种研究思路是 一般化学转化所无法完成的，能在短时间内形成 具有中国特色的生物转化研究体系，也是重要现 代化的重要途径。我国有悠久的中药用药历史， 也有丰富的生物资源，两者有机的结合，必将为 中药资源开发推向新的阶段，促进中药新的发展 。
传统的生物转化方法 ①分批培养转化法；②静止细胞转化法；③应用微 生物孢子进行生物转化，空白背景干扰小，生物 转化活力较高；④应用固定化细胞进行生物转化 ，可以反复使用，具有产物提取简单，便于自动 化和大规模的工业化生产的优势；⑤应用渗透细 胞进行生物转化，适合于胞内酶作用的生物转化 ；⑥利用酶进行生物转化，具有专一性强的特点 。
二、新技术在生物转化上的应用
新技术在生物转化上的应用
生物催化剂的固定化
分子定向进化技术
双水相系统在生物转化 过程中的应用
三、讨论与展望
生物转化是一个充满机遇与挑战的研究热点, 它具有原料来源广、制备简单、质量好及环境污 染小等优点,可在一定程度上减轻野生资源不足的 状况,同时也可生产一些化学法无法生产或生产成 本高或对环境产生不良影响的新材料。
生物转化在中药研究 进展中的应用 药物分析201040047付云 飞
前言Βιβλιοθήκη 生物转化也称生物催化，是利用生物反应器对加入到反应体系中的外 源有机底物的某一特定部位或功能基团进行特异性的结构修饰以获得 有价值的不同化学产物，其本质是利用生物体系本身所产生的酶对外 源化合物进行酶催化反应。
duli3生物转化
主要存在于肝细胞内质网与微粒体中；
特点：特异性低，可催化几乎所有外源化学物的 氧化反应；
(1) MFOS组成：由多种酶构成的多酶 系统。
Cyp P450（P448) NADPH（辅酶II） Cyp b-5 NADH （辅酶I） 环氧化物水化酶； 黄素蛋白单加氧酶（FAD)
Man rabbit
HO
OH
OH COO 2H5C
OO
OO
H2C
OH
COOH OH
H2C
OO
OO
2、代谢酶的活性不同。
苯酚（Phenol）结合反应（占总排泄％）
葡萄糖醛酸基转移酶 磺基转移酶
猫Cat
0
87
男人Man
23
71
鼠Rat
25
68
返 兔Rabbit
46
45
回 猪Pig
100
0
个体差异：主要是酶活力的差异。
肝、肾细胞坏死
（二）通过II相反应的生物活化
形成的硝离子 和羰离子具有 很强的亲核性， 能与RNA， DNA和蛋白质 等大分子结合， 导致细胞死亡 或恶变（肿 瘤）。
苯胺葡萄糖醛 酸结合产物在 酸性条件下分 解，形成羟基 苯胺，亲电子 化合物，导致 膀胱癌。
二溴乙烷，谷胱 苷肽结合产物， 转化为高度亲电 子化合物。致畸， 致癌。
酶：谷胱甘肽S-转移酶 部位：存在于肝、肾细胞的微粒体中 可与卤代芳香烃、卤代硝基苯、环氧化物等结合 体内重要解毒机制。 谷胱甘肽的结构：
O NH-C-CH3 HS-CH2-CH-COOH
(G-SH)
Cl Cl
GSH
GS Cl
NO2
NO2
环氧化物的解毒
特点：特异性低，可催化几乎所有外源化学物的 氧化反应；
(1) MFOS组成：由多种酶构成的多酶 系统。
Cyp P450（P448) NADPH（辅酶II） Cyp b-5 NADH （辅酶I） 环氧化物水化酶； 黄素蛋白单加氧酶（FAD)
Man rabbit
HO
OH
OH COO 2H5C
OO
OO
H2C
OH
COOH OH
H2C
OO
OO
2、代谢酶的活性不同。
苯酚（Phenol）结合反应（占总排泄％）
葡萄糖醛酸基转移酶 磺基转移酶
猫Cat
0
87
男人Man
23
71
鼠Rat
25
68
返 兔Rabbit
46
45
回 猪Pig
100
0
个体差异：主要是酶活力的差异。
肝、肾细胞坏死
（二）通过II相反应的生物活化
形成的硝离子 和羰离子具有 很强的亲核性， 能与RNA， DNA和蛋白质 等大分子结合， 导致细胞死亡 或恶变（肿 瘤）。
苯胺葡萄糖醛 酸结合产物在 酸性条件下分 解，形成羟基 苯胺，亲电子 化合物，导致 膀胱癌。
二溴乙烷，谷胱 苷肽结合产物， 转化为高度亲电 子化合物。致畸， 致癌。
酶：谷胱甘肽S-转移酶 部位：存在于肝、肾细胞的微粒体中 可与卤代芳香烃、卤代硝基苯、环氧化物等结合 体内重要解毒机制。 谷胱甘肽的结构：
O NH-C-CH3 HS-CH2-CH-COOH
(G-SH)
Cl Cl
GSH
GS Cl
NO2
NO2
环氧化物的解毒
第二十二章-生物转化的类型和机制
三、水解反应
❖ 水解酶（hydrolases，EC 3.x.x.x）是最常 用的生物催化剂，占生物催化反应用酶的 65%左右。它们能够水解酯、酰胺、蛋白质、 核酸、多糖、环氧化物和腈等化合物，这些 反应的形式如图所示。
❖ 其中酯酶、脂肪酶和蛋白酶是生物催化手性 合成中最常用的水解酶。
生物催化的水解反应的类型
单加氧酶所催化的一些反应类型
Sub + NAD(P)H + H+ + O2
单加氧酶 辅酶循环
SubO + NAD(P)+ + H2O
CH
C OH R
O R
底物 烷烃 芳香烃
H
OH
Rn X
Rn X O 烷基烃
O
R1
R2
O
R2
R1
O
X=N, S, Se, P
含杂 原子 化合物
酮
产物
醇
酚
环氧 化物 杂原 子氧 化物 酯或 内酯
2、环氧化物水解
❖ 环氧化物是一类重要的有机化合物，是许多生 物活性物质合成的原料。
❖ 环氧化物水解酶能够催化环氧化物进行区域或 对映选择性水解，从而通过生物拆分法制备所 需构型的环氧化物。
❖ 生物催化的烯烃环氧化反应也能够直接制备光 学纯的环氧化物。
❖ 用于生物转化的环氧化物水解酶有肝微粒体环 氧化物水解酶和微生物环氧化物水解酶。
环氧化反应
❖ 手性环氧化合物是一种重要的手性合成前体， 可与多种亲核试剂反应产生重要的中间体。
❖ 单加氧酶催化的烯烃环氧化反应可用于制备小 分子环氧化合物，其中有些产物是传统的化学 方法所不能制备的。
❖ 另外，由单加氧酶催化的硫醚的氧化反应也是 非常重要的，已经发现了很多能够催化这类反 应的微生物。
微生物转化
5、应用固定化细胞进行生物转化
• 固定化细胞在适宜的转化条件下进行生物 转化能保持细胞相对活的状态，它的最大 优点是可以长期反复使用，有的能维持有 效催化达数月之久。 • 另外使用固定化细胞还使得产物提取简单， 便于自动化和大规模的工业化生产。 • 目前常用的固定化方法有聚丙烯酰胺聚合 法和卡拉胶包埋法。
应用于脱氢反应的主要是细菌
(2)羟基化反应
应用于羟基化反府的主要是放线菌
2、应用于水解反应
• 应用于水解反应的主要是细菌、酵母菌和霉菌
3、应用于还原反应
• 应用于还原反应的主要是酵母菌和霉菌。
4、应用于酰基化反应
• 应用于酰基化反应的主要是细菌
5、应用于降解反应
• 应用于降解反应的主要是细菌
2. 制备培养基 • 按微生物转化菌种的培养特征和转化反应 需要配制培养基；一般要求培养基的成分 能使菌丝生长丰满和富含需要的酶。
3 加转他底物 • 加底物时有两个同等重要的影响因素： 选择合适的菌种生长期加底物；选择加底 物的方法和方式。 4 添加刺激剂或抑制剂 • 添加抑制剂是抑制酶副反应或抑制其他 反应不良酶的生长；添加刺激剂是提高酶 活力和增加酶生长量。
第四节 微生物转化反应的特点
• 微生物转化反应，可以用静止地按洗涤 细胞进行研究．也可以用发酵方式进行转 化以及应用固定化细胞进行生产等。
它跟酶法转化和有机化学转化比较有以下 特点
•
1、反应条件温和、公害少、设备简单且反应速度 快 • ① 在微生物转化的反应中一般无需高压、强热 等比较苛刻的条件，只需在常温和pH为7左右的 环境下进行反应即可； • ② 原料除了普通的培养基和底物外没有其他化 学品，一般普遍认为公害比较少； • ③ 设备简单，反应条件比较温和，生产安全。 • ④ 微生物转化反应是酶催化的反应。在最合适 条件下，一秒内酶能催化底物转化成产物的分子 个数数量级是102～lO6
duli3生物转化
葡萄糖醛酸； 硫酸：含硫氨基酸代谢产物； 谷胱甘肽：GSH； 乙酰基：乙酰辅酶A； 氨基酸： 甲基：主要由S-腺苷蛋氨酸提供。
(一) 葡萄糖醛酸结合反应
（Glucuronic conjugation)
在葡萄糖醛酸基转移酶（Glucuronyl transferase, GT)催化下，将葡萄糖醛酸基 结合到外源化学物的-OH、-COOH等极性 基团上。
（四）其他结合反应
1、乙酰结合：在乙酰转移酶的催化下，芳 香胺类，酰肼类、磺胺类化合物与乙酰辅 酶A结合。
反应场所：肝、肠粘膜细胞。
可掩盖胺类毒物中具有重要生物活性的氨 基，但乙酰化后，水溶性降低。
N H 2
C H 3 C O -S C o A +
H NCO 3 CH
+C o A S H
2、氨基酸结合
5、含卤基团的还原： 与碳原子结合的卤素被氢原子取代。 例1：在NADPH-Cyp P450催化下： CCl4+NADPH CCl3˙+ HCl CCl3˙自由基能破坏肝细胞膜脂质结构，引起肝
脂肪变性或坏死。
6、无机化合物的还原：AsO42- AsO32-+H2O
(三) 水解反应
酶：水解酶 血浆、肝、肾、肠、肌肉和神经组织 中含有多种水解酶。 1、酯类水解反应： RCOOR’+H2ORCOOH+R’OH
芳 香 族 羟 化
环 氧 化 反 应
N脱 烷 基 反 应
O脱 烷 基 反 应
S脱 烷 基 反 应
N羟 化 反 应
金 属 脱 烷 基 反 应
S氧 化 反 应
脱 硫 反 应
氧 化 脱 卤 反 应
醇醛胺 脱脱氧 氢氢化 酶酶酶
duli3-生物转化
甲基嵌入位置：-O, -N,-S
COOH
O-甲 基 转 移 酶
COOH
O H
O H
HO
O H OC3H
SH
S-甲基转移酶
S CH 3
CH3
N
N-甲基转移酶
N+
四、生物活化
经过I相反应和II相反应的生物转化作用，污染物分子极性和水溶性增加，易 于从体内排除，大部分化合物毒性降低。
由于生物转化的复杂性，一些化合物经过转化后，毒性增加，称为生物活化。
芳 香 族 羟 化
环 氧 化 反 应
N脱 烷 基 反 应
O脱 烷 基 反 应
S脱 烷 基 反 应
N羟 化 反 应
金 属 脱 烷 基 反 应
S氧 化 反 应
脱 硫 反 应
氧 化 脱 卤 反 应
醇醛胺 脱脱氧 氢氢化 酶酶酶
M FO S
（一）氧化反应 1、MFOS催化的氧化反应
MFOS(microsomal mixed function oxidase system)：微粒体混合功能氧化酶系
部位：主要在肝微粒体中进行，肾、
肠粘膜和皮肤中也可进行。在结合反应中 占有最重要的地位。
+UTP
U DP G焦磷 酸 化UDP-G
UDP-G脱氢酶
NAD+
HOOC
NADH+H+
O
O UDP
(UDP-GA, 葡萄糖醛酸)
形成O-葡萄糖醛酸化物
形成N-葡萄糖醛酸化物
OH
O C6H9O6
硫酸结合产 物，转化为 具有高度活 性的化合物。
五、生物转化的复杂性
(一) 生物转化的多样性
同一污染物在体内可能存在不同的 代谢方式,形成不同的代谢产物,产生不同 的毒性。
COOH
O-甲 基 转 移 酶
COOH
O H
O H
HO
O H OC3H
SH
S-甲基转移酶
S CH 3
CH3
N
N-甲基转移酶
N+
四、生物活化
经过I相反应和II相反应的生物转化作用，污染物分子极性和水溶性增加，易 于从体内排除，大部分化合物毒性降低。
由于生物转化的复杂性，一些化合物经过转化后，毒性增加，称为生物活化。
芳 香 族 羟 化
环 氧 化 反 应
N脱 烷 基 反 应
O脱 烷 基 反 应
S脱 烷 基 反 应
N羟 化 反 应
金 属 脱 烷 基 反 应
S氧 化 反 应
脱 硫 反 应
氧 化 脱 卤 反 应
醇醛胺 脱脱氧 氢氢化 酶酶酶
M FO S
（一）氧化反应 1、MFOS催化的氧化反应
MFOS(microsomal mixed function oxidase system)：微粒体混合功能氧化酶系
部位：主要在肝微粒体中进行，肾、
肠粘膜和皮肤中也可进行。在结合反应中 占有最重要的地位。
+UTP
U DP G焦磷 酸 化UDP-G
UDP-G脱氢酶
NAD+
HOOC
NADH+H+
O
O UDP
(UDP-GA, 葡萄糖醛酸)
形成O-葡萄糖醛酸化物
形成N-葡萄糖醛酸化物
OH
O C6H9O6
硫酸结合产 物，转化为 具有高度活 性的化合物。
五、生物转化的复杂性
(一) 生物转化的多样性
同一污染物在体内可能存在不同的 代谢方式,形成不同的代谢产物,产生不同 的毒性。
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单加氧酶所催化的一些反应类型
Sub + NAD(P)H + H+ + O2
单加氧酶 辅酶循环
SubO + NAD(P)+ + H2O
CH
C OH R
O R
底物 烷烃 芳香烃
H
OH
Rn X
Rn X O 烷基烃
O
R1
R2
O
R2
R1
O
X=N, S, Se, P
含杂 原子 化合物
酮
产物
醇
酚
环氧 化物 杂原 子氧 化物 酯或 内酯
合成）过程中的某一步或几步反应，而那些 直接来源于微生物的代谢产物是微生物进行 “从头到尾”的合成过程。
在许多国外文献中经常能够看到 的描述这种技术的名词有：
❖ microbial transformation; ❖ microbial conversion; ❖ Biotransformation ❖ Bioconversion ❖ Biocatalysis ❖ enzymation等。
微生物(酶)转化是有机化学反应 中的一个特殊的分支
❖ 微生物转化的本质是某种微生物将一种物质 （底物）转化成为另一种物质（产物）的过 程，这一过程是由某种微生物产生的一种或 几种特殊的胞外或胞内酶作为生物催化剂进 行的一种或几种化学反应，简言之，即为一 种利用微生物酶或微生物本身的合成技术。
微生物(酶)转化是有机化学反应 中的一个特殊的分支
在研究一个微生物（或酶） 转化过程时，需要考虑的问题
❖ 所用转化底物的选择；
❖ 所用微生物对不同底物转化能力的考察、转 化路线或转化反应的选择等；
❖ 其中最主要的是寻找适合于所设计转化过程 的微生物，以及如何来提高这种微生物的转 化能力，即提高这种酶活力；
❖ 再则是发现一种新的酶或一种新的反应以便 为设计一个新的微生物转化过程提供一条线 索。
Sub &
酶
SubO2
O2 + 2e-
氧
化
酶
O22-
+2H+
H2O2
O2 + 4e-
氧
化
酶
Sub = 底物
2O2- +4H+
2H2O
生物催化的氧化反应类型
1、单加氧酶催化的氧化反应
❖ 单加氧酶（mono-oxygenases）可以使氧 分子（O2）中的一个氧原子加入到底物分子 中，另一个氧原子使还原型NADH或NADPH 氧化并产生水（H2O）。单加氧酶在生物催 化的手性合成中有着重要的应用，图所示为 该酶催化的一些反应类型。
第二十二章 生物转化的类型和机制
第一节 生物转化的定义与研究内容 第二节 生物转化的基本类型 一、还原反应 二、氧化反应 三、水解反应 四、转移和裂合反应 第三节 参与药物制备过程重要反应酶类的作用机制 一、脂肪酶 二、环氧化物水解酶 三、糖苷化酶
第一节 生物转化的定义与研究内容
❖ 生物转化的含义更强调的是： ❖ 用微生物或酶来进行药物合成（或其他有机
第二节 生物转化的基本类型 一、还原反应
❖ 脱氢酶被广泛地用于醛和酮羰基以及烯烃碳碳双键的还原，这种生物转化反应可使潜手 性底物转化为手性产物，如图所示。
❖ 面包酵母醇脱氢酶和马肝醇脱氢酶能催化酮 不对称还原，其还原产物仲醇的对映体过量 率接近100%。
OH
OH
O
R1
R2
脱
氢
酶
或
R1
R2
R1
R2
❖ 生物催化的氧化反应主要由三大类酶：单加 氧酶、双加氧酶和氧化酶，它们所催化的反 应如图所示。
二、氧化反应
❖ 单加氧酶和双加氧酶直接在底物分子中加氧，而氧化 酶是催化底物脱氢，脱下的氢再与氧结合生成水或过 氧化氢。
❖ 脱氢酶与氧化酶相似，也是催化底物脱氢，但它催化 脱下的氢与氧化态NAD(P)+结合，而不是与氧结合， 这是两者的主要区别。氧化反应表面上看是加氧或脱 氢，其本质是电子的得失。
用于转化的微生物或酶的多样性
❖ 用于微生物转化的菌株或酶的筛选的范围应 该尽可能地广，因为至目前为止已经发现了 3000 余种能够催化各种化学反应的酶，其中 有些酶的催化效果比化学催化剂好；另外， 微生物的多样性和其生理生化特性的多样性 （它们能够修饰和降解许许多多有机化合 物），使我们有可能找到某种微生物或酶来 催化某种特定的和所期望的化学反应。
环氧化反应
❖ 手性环氧化合物是一种重要的手性合成前体， 可与多种亲核试剂反应产生重要的中间体。
特异性 Prelog Prelog Prelog
Prelog Prelog Anti-Prelog
Anti-Prelog Anti-Prelog
反应所需的辅酶 NADH NADH NADPH
NADH NADPH NADPH
NADPH NADPH
商品化 + + +
+ +
-
二、氧化反应
❖ 氧化反应是向有机化合物分子中引入功能基 团的重要反应之一。
反应类型 羟化
辅酶类 型
金属
羟化
金属
环氧化
金属
杂原子氧化 黄素
Baeyer-
黄素
Villiger
羟化反应是一类重要的氧化反应
❖ 碳氢化合物中非活泼的C—H键的羟化是一种 非常有用的生物转化反应，传统的有机化学 合成方法几乎不能进行这样直接的羟化反应。 但很多微生物能够直接进行烷烃和芳香烃的 羟化反应，其中工业化应用最为广泛的是甾 体的羟化反应。
❖ 单加氧酶、双加氧酶和氧化酶是催化底物氧化失去电 子，并将电子交给氧，即氧是电子受体；脱氢酶催化 底物失去电子，它将电子交给NAD(P)+，然后还原型 NAD(P)H再通过呼吸链或NAD(P)H氧化酶将电子最 终交给氧并生成水。
Sub + NAD(P)H + H+ + O2
单
加
氧
酶
辅
酶
循
环
SubO + NAD(P)+ + H2O
❖ 这些具有生物催化剂作用的酶大多数对其微 生物的生命过程也是必需的，但在微生物转 化过程中，这些酶仅作为生物催化剂用于化 学反应。由于微生物产生的这些能够被用于 化学反应的大多数生物催化剂不仅能够利用 自身的底物及其类似物，且有时对外源添加 的底物也具有同样的催化作用，即能催化非 天然的反应（unnatural reactions）。
R1 R2
X
还
原
型
辅
酶
R3
氧
化
型
辅
酶
R1
循
环
系
统
R2 H
X
或
H R3
H R3
R1
X
R2 H
脱氢酶催化的还原反应
生物转化中常用的一些脱氢酶
脱氢酶名称
酵母醇脱氢酶
马肝醇脱氢酶
布氏热厌氧菌醇脱氢 酶
羟基甾体醇脱氢酶
弯孢菌脱氢酶
乳杆菌属的 Lactobacillus kefir
醇脱氢酶 爪哇毛霉醇脱氢酶
甲单胞菌属醇脱氢酶