生物轉(zhuǎn)化在天然產(chǎn)物化學(xué)中的研究進(jìn)展

彭強(qiáng)芒（邵陽學(xué)院生物與化學(xué)工程系,湖南邵陽422000)

生物轉(zhuǎn)化在天然產(chǎn)物化學(xué)中的研究進(jìn)展

彭強(qiáng)芒
（邵陽學(xué)院生物與化學(xué)工程系,湖南邵陽422000)

摘要：近幾年，生物科學(xué)發(fā)展迅速，天然產(chǎn)物化學(xué)開始逐漸應(yīng)用生物轉(zhuǎn)化。文章首先對生物轉(zhuǎn)化中主要的幾種化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行了介紹，進(jìn)而闡述了生物轉(zhuǎn)化在天然產(chǎn)物化學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：生物轉(zhuǎn)化；天然產(chǎn)物化學(xué)；化學(xué)反應(yīng)??

外源性化合物利用生物體系或者酶制劑對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾的生物化學(xué)過程，叫做生物轉(zhuǎn)化。從本質(zhì)上來看，生物轉(zhuǎn)化是外源性底物在生物體系的作用下，產(chǎn)生的酶催化反應(yīng)。生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)較多：反應(yīng)清潔、高效、產(chǎn)物單純、高選擇性、能耗低、易分離純化等，滿足了綠色化學(xué)的各種要求。生物轉(zhuǎn)化在天然產(chǎn)物化學(xué)中有著較大的應(yīng)用市場，其在設(shè)計(jì)和發(fā)展進(jìn)程中產(chǎn)生了新的底物，通過使用酶，并且結(jié)合遺傳工程，從而對其催化性質(zhì)進(jìn)行改變，這兩者為制藥工業(yè)帶來了新的思路。所以，研究者開始重點(diǎn)關(guān)注生物轉(zhuǎn)化方法，促進(jìn)其迅速發(fā)展。

1生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)的主要類型

生物轉(zhuǎn)化具有各種各樣的反應(yīng)類，最常見的有以下幾種：一，羥基化反應(yīng)。該反應(yīng)在生物轉(zhuǎn)化中是最為普遍的反應(yīng)，而且其重要性也最顯著。羥基化反應(yīng)可以發(fā)生于多個(gè)位置，與此同時(shí)會(huì)產(chǎn)生各種衍生物。在合成甾體藥物及其中間體時(shí)，羥基化生物轉(zhuǎn)化技術(shù)有著不可替代的作用。二，糖苷化反應(yīng)。該反應(yīng)在植物懸浮培養(yǎng)體系介導(dǎo)的生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)中最常見。其中主要的糖苷化反應(yīng)包括兩個(gè)方面：其中一種反應(yīng)為糖基化反應(yīng)，反應(yīng)物為糖片段與羥基；另一種則會(huì)發(fā)生酯化反應(yīng)，反應(yīng)物是糖片段和羧酸。三，醇酮的氧化還原反應(yīng)。通過對植物細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)，進(jìn)而把醇轉(zhuǎn)化成酮，在對手性化合物進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，對映選擇性氧化反應(yīng)有著較大的作用。而且在生物催化劑的作用下，醛酮中的羰基也能還原成醇。四，C=C雙鍵的還原反應(yīng)。原芹酮的C=C雙鍵在烯酮還原酶的作用下，還原成C—C鍵，人們利用該反應(yīng)，從而對立體化學(xué)以及其作用機(jī)制進(jìn)行充分研究。五，硝基還原反應(yīng)。TNT在植物細(xì)胞培養(yǎng)物作用下可以生成ADNT。六，環(huán)氧化反應(yīng)。應(yīng)用該反應(yīng)可以用來修飾細(xì)胞帶有毒性的倍半萜烯的結(jié)構(gòu)。七，成環(huán)反應(yīng)。細(xì)胞色素P450酶具有環(huán)化作用，能夠?qū)χ参锷锖铣傻倪^程進(jìn)行模仿，查耳酮分子成環(huán)之后產(chǎn)生黃酮。

2生物轉(zhuǎn)化在天然產(chǎn)物化學(xué)中的應(yīng)用

2.1拆分與合成手性藥物

現(xiàn)今，手性藥物開始席卷全球，已經(jīng)發(fā)展成為研究新藥的主要內(nèi)容。根據(jù)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，已經(jīng)研發(fā)出的藥要有1200種，其中手性藥物就有820種，在新藥開發(fā)中的比重已經(jīng)超過了68%。由于對映異構(gòu)體有著不同的光學(xué)活性，因此手性藥物在生命體內(nèi)部也會(huì)產(chǎn)生不同的生物學(xué)活性。

酶生物體系中有著較大的優(yōu)勢，主要包括區(qū)域選擇性、對映體選擇性以及化學(xué)選擇性三個(gè)方面，因而生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)在手性藥物的拆分與合成方面有著較大的應(yīng)用潛力。手性藥物利用酶對其進(jìn)行拆分，然而酶活性中心的環(huán)境并不是一個(gè)對稱的，在相關(guān)條件下，酶只能夠催化消旋體中的單個(gè)對映體，再產(chǎn)生化合物，最終達(dá)到分離兩個(gè)對映體的目的。與此同時(shí)，酶還能夠催化合成手性藥物。當(dāng)前，使用比較廣泛的是酶或者微生物，這兩者能偶直接將其轉(zhuǎn)化。另外，還可以選擇的酶有氧化還原酶、水解酶、裂解酶、環(huán)氧化酶、羥化酶和合成酶等不對稱合成各種較復(fù)雜的手性化合物。而且這種方法不用準(zhǔn)備前體衍生物，可以直接把所有的前體全部轉(zhuǎn)化成手性化合物，所以在工業(yè)中具有較大的應(yīng)用價(jià)值。

2.2對天然產(chǎn)物結(jié)構(gòu)進(jìn)行有機(jī)合成

天然藥物的含量一般都不高，而且具有復(fù)雜性較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)、能夠使用的資源較少，合成還不可以利用化學(xué)方法進(jìn)行，因此在開發(fā)新藥的過程中，一般都用不到。生物轉(zhuǎn)化的本質(zhì)為酶催化化學(xué)反應(yīng)，一般具有較快的催化效率，而且具有位置與立體選擇性優(yōu)勢，具有較多的反應(yīng)類型，而且反應(yīng)條件溫和，不會(huì)對環(huán)境造成污染。所以為了合成具有活性的天然產(chǎn)物或者尋找其衍生物，就可以生物轉(zhuǎn)化的方法，不但容易得到結(jié)構(gòu)新穎的化合物，而且能夠簡化合成的步驟，大幅度增加產(chǎn)物的收率。目前，生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)已經(jīng)被廣泛用于開發(fā)新藥的進(jìn)程中。

2.3闡明抑真菌藥物的耐藥機(jī)制

最近，Aleu等人發(fā)現(xiàn)Botrytiscinerea能夠改變抑真菌活性的天然化合物Isoprobotryan9a-ol和Ginsenol的結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生羥基化產(chǎn)物，最終失去抗真菌作用。此項(xiàng)研究表明生物轉(zhuǎn)化能夠?qū)ξ⑸锬褪芤终婢幬锏拿摱景l(fā)生作用，為研制抑真菌藥物提供了新的思路。此外，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)植物對病原性真菌的耐受和生物轉(zhuǎn)化機(jī)制存在相似性。真菌產(chǎn)生的有害物質(zhì)在植物體內(nèi)發(fā)生羥基化與糖苷化等反應(yīng)，就會(huì)喪失毒性。

2.4成為藥物代謝機(jī)制的研究模型

在對其研究多年后，人們發(fā)現(xiàn)一個(gè)現(xiàn)象，那就是藥物體內(nèi)代謝產(chǎn)生的產(chǎn)物與微生物轉(zhuǎn)化產(chǎn)物之間有著較大的類似性，因而，有人提出建議，用微生物轉(zhuǎn)化模型來代替藥物體內(nèi)的代謝，此時(shí)，生物轉(zhuǎn)化技術(shù)正式開始了一個(gè)新的發(fā)展領(lǐng)域。在生物制品中，大多數(shù)的藥物體內(nèi)代謝產(chǎn)物的含量都比較低，而且受到雜質(zhì)的嚴(yán)重干擾，很難對產(chǎn)物進(jìn)行結(jié)構(gòu)鑒定或者分離純化。相對而言，微生物分離轉(zhuǎn)化產(chǎn)物是比較簡單的，而且可以大量的制備產(chǎn)物，所以在鑒定藥物代謝的微量時(shí)，可以將其用來輔助，甚至還可以輔助鑒定痕量產(chǎn)物。

3總結(jié)

生物轉(zhuǎn)化在天然產(chǎn)物化學(xué)中的應(yīng)用，當(dāng)前已經(jīng)有了較好的發(fā)展成果，在工業(yè)發(fā)展中存在較大的潛力。然而我國依舊把生物轉(zhuǎn)化內(nèi)容的研究重點(diǎn)局限在整體細(xì)胞的催化水平上，但是關(guān)于轉(zhuǎn)化規(guī)律、生物催化機(jī)制方面的內(nèi)容仍然過于薄弱，而且完全忽視了催化酶的分子水平研究。值得稱贊的是，現(xiàn)代分析以及生物技術(shù)近幾年在迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的生物轉(zhuǎn)化研究開始融入這些新興的技術(shù)。由此可見，生物轉(zhuǎn)化應(yīng)該把研究重點(diǎn)放在催化酶上面，同時(shí)還要注意觀察其具體的發(fā)展趨勢；隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，生物轉(zhuǎn)化與化學(xué)方法之間的聯(lián)系將會(huì)更加緊密。同時(shí)，其將會(huì)在研究與開發(fā)天然藥物方面發(fā)揮更重要的價(jià)值。

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