手性医药化学品的绿色生物合成

手性在自然界中普遍存在,与生命现象密切相关,也显著影响物质的性能。手性医药化学品的化学合成存在原子经济性、过程经济性差、环境污染和资源浪费严重等问题。生物合成技术具有过程绿色、选择性好等优势。近年来,生物合成技术在手性医药化学品合成关键酶的选择、催化机制解析、光学纯手性中间体合成途径构建、工艺开发及放大生产等方面均取得长足进步,有望解决手性中心构筑复杂、光学纯度低、污染大等手性化学品制造的瓶颈问题,推动我国医药行业的绿色可持续发展。本文主要总结了中国科学院天津工业生物技术研究所成立以来在手性医药化学品生物催化合成方面的一些研究进展。     

手性医药化学品生物催化合成进展与实践

手性生物催化是利用生物催化剂对手性分子构型的识别能力进行选择性催化的新型物质加工过程,具有催化效率高、选择性强和反应条件温和等优势。近十年来,生物催化技术快速崛起,树立了多个大品种原料药过程替代的成功范例,成为手性医药化学品绿色制造不可或缺的重要工具。笔者分析了生物催化商业和学术发展的新动向,并结合笔者在手性药物生物催化合成的产业化开发实践,指出了今后的发展方向。     

酶及其生物催化技术的研究与应用

与传统化学催化工艺相比,基于酶的生物催化工艺具有反应条件温和、环境友好、操作简便、立体选择性优良等优势。当前已有多个生物催化工艺应用于生产精细大宗化学品和高附加值医药中间体,此外在食品、化妆品等领域也有广泛的应用。主要综述了酶及其生物催化技术的研究进展,包括酶序的构建、酶的定向进化,以及酶与生物催化技术在大宗化学品、医药中间体、食品、化妆品、纺织以及纸浆造纸工业中的应用。     

刊首语

手性生物制造是以生物、化学、工程及信息等多学科的交叉为手段,以手性医药、农药、材料等产品的高质量合成为目标,以绿色高效和高选择性为特征,以结构生物学、合成生物学、反应工程学及系统工程理论等为技术支撑,为手性化学品的高效清洁生产提供创造性设计思想和新型科学方法。手性化学品合成占据整个化学品制造领域的核心地位;手性生物制造是化学品绿色制造的必然趋势。     

生物制造手性化学品研究现状及发展趋势

手性化学品是传统制造工业的重要产品之一,现代生物技术的快速进步极大地推动了生物制造手性化学品的快速发展。目前,生物制造手性化学品受到世界各国的广泛关注,已经成为发达国家工业生物技术领域重要的科技与产业发展方向。本文主要介绍了国内外生物制造手性化学品的研究现状和发展趋势。今后应大力加强系统技术平台和理论体系的构建,为建设重要手性化学品的先进绿色生物制造产业提供全面的技术支撑。     

"生物催化"专辑卷首语

生物催化是一个由有机化学、生物化学、微生物学和过程工程学等多学科交叉的研究领域。生物催化技术与产业表明,它将传统的化学化工原理与现代生物技术完美地融为一体,具有条件温和、高效专一、环境友好等鲜明特征,生物催化技术符合“绿色化工”要求。生物催化技术已被看作是对传统发酵与化学化工产业改造极为重要的技术之一,它向精细化学品、大宗化学品、能源、材料等领域的渗透日趋明显,成为发酵与化工行业中最活跃的一部分,并将担当起实现绿色生物制造和有效解决资源环境问题的重要责任。同时已成功产业化的生物催化技术也已产生显著的经…     

生物制造手性化学品的现状及其发展趋势

手性化学品是传统制造工业的重要产品之一,具有高度选择性的生物制造技术尤其适用于高光学纯度化学品的制造过程,大力发展手性化学品生物制造技术,符合国家重大需求,也是实现绿色制造的重要手段。论述了生物制造手性化学品的重要意义及国内外研究现状,对生物制造手性化学品的未来发展方向和趋势进行了展望。     

反应温度调控生物催化立体选择性的研究进展

立体选择性调控是手性生物催化的重要内容。反应温度调节作为一种简单、便捷的立体选择性调控方式已在生物催化制备手性化学品中发挥了重要作用。分析了温度引起酶立体选择性变化的机理,并综述了该方法在脂肪酶、酯酶、醇脱氢酶、青霉素G酰化酶和脱卤酶等酶催化反应中的应用。     

手性技术与生物催化

简要介绍了手性,手性技术与生物催化的基本概念。手性,是指一个有机分子具有不对称性,形成两种空间排布方式不同的对映异构体。手性技术即生产手性化合物的技术,手性化合物的制备方法主要有手性源、外消旋体拆分、不对称合成等几种。生物催化,即利用酶或微生物等生物材料催化进行某种化学反应,被认为是手性化合物生产取得突破的关健技术。文章还介绍了生物催化外消旋体拆分、生物催化不对称合成等几种生产手性化合物的应用实例。     

甘油原料转化生产手性环氧氯丙烷关键酶的开发

手性环氧氯丙烷是一种重要的三碳手性合成子,在医药、农药、化工、材料等领域有着广泛的应用。开发以甘油替代石油基原料合成手性环氧氯丙烷的绿色合成工艺具有重要的开发价值。生物催化技术可有效提高过程安全性与原子经济性,降低"三废"排放,提升产品质量。阐述了生物催化合成手性环氧氯丙烷关键酶技术的研究进展,进行了生物合成路线设计、卤化酶酶库构建、卤醇脱卤酶与环氧化物水解酶的筛选与改造、卤醇脱卤酶/环氧化物水解酶双酶串联合成手性环氧氯丙烷工艺构建等技术开发,为手性环氧氯丙烷绿色生物合成技术的研究与应用提供理论基础与技术支持。     

脂肪酶及其在化学品合成中的应用

脂肪酶催化过程具有高效和高选择性、条件温和以及环境友好等特点。目前可再生能源和绿色化工领域对新型酶催化转化技术的迫切需求使得越来越多的脂肪酶被应用到生物柴油、精细化学品和医药中间体合成的领域。本文主要介绍了脂肪酶的催化技术及其在化学品合成中的应用。     

精细化学品生物制造

正近年来发展迅速的生物制造技术由于效率高、反应条件温和、副反应少、生产安全性高等优势,为传统的精细化工生产带来了新的动力和生命。本期"精细化学品生物制造"专题邀请浙江大学化学工程与生物工程学院、工业生物催化国家地方联合工程实验室、华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室、江南大学、北京化工大学资源有效利用国家重点实验室等行业知名专家,围绕生物制造技术在精细化学品及其医药化学品、食品及饲     

内消旋-二氨基庚二酸脱氢酶不对称合成非天然手性D-氨基酸的研究进展

内消旋-二氨基庚二酸脱氢酶不对称合成非天然的手性D-氨基酸是目前生物催化领域的研究热点。内消旋-二氨基庚二酸脱氢酶具有优良的立体选择性,利用其进行酶催化不对称合成光学纯的手性D-氨基酸,被广泛用于医药、食品、化妆品、精细化学品等领域。为了促进生物催化法在合成手性D-氨基酸方向的进一步发展,本文对内消旋-二氨基庚二酸脱氢酶催化合成D-氨基酸的现状进行了综述。重点介绍了Corynebacterium glutamicum、Ureibacillus thermosphaericus、Symbiobacterium thermophilum来源的内消旋-二氨基庚二酸脱氢酶在新酶的挖掘、催化性能、晶体结构解析、分子改造、功能与催化机制、合成D-氨基酸新途径等方面的研究进展,并对内消旋-二氨基庚二酸脱氢酶的未来研究方向及策略进行了展望。本综述将进一步加深人们对内消旋-二氨基庚二酸脱氢酶的认识,也为具有挑战性的生物合成任务提供信息借鉴。     

胺脱氢酶催化合成手性胺的机遇与挑战

光学纯的手性胺是一类重要的手性砌块,广泛应用于药物、天然产物、精细化学品等化合物的合成中。手性胺的酶促合成方法因立体选择性高、反应条件温和、反应过程绿色等优点,引起了学术界与工业界的广泛关注。近年来,一类新颖的胺脱氢酶被报道,其能够利用廉价氨作为氨基供体,催化酮的不对称还原胺化,成为一种有潜力的手性胺合成生物催化剂。在胺脱氢酶的发现、分子改造、底物谱拓展、过程强化、多酶级联构建等方面已取得了显著的进展。本文中,笔者对该类酶取得的研究进展进行总结,并预测其未来的研究趋势和应用中面临的机遇与挑战。     

微生物硫酸酯酶研究进展:来源、催化机制及应用

手性醇是合成医药、农用化学品和其他精细化学品的关键中间体。硫酸酯酶可催化水解硫酸酯键裂解形成无机硫酸盐和相应的仲醇。笔者综述了硫酸酯酶微生物来源、催化反应机制及其应用,也介绍了固定化提高催化稳定性及通过添加金属离子或有机助溶剂提高硫酸酯酶选择性的方法。     

酿酒酵母的工业化应用

酿酒酵母广泛应用于食品、酿造、化工、医药等领域.基于已建成投产或工业示范化生产的酿酒酵母生产线,回顾酵母生物质制造产业的发展历程和关键技术;综述酵母生物质在酿酒行业的应用,酵母生物质用于开发和制造功能性食品和食品添加剂的进展;总结酵母细胞工厂的发酵生产优势,介绍酿酒酵母制造大宗化学品、天然产物和生物燃料等产品的产业化进...     

生物催化立体选择性氧化还原中存在问题及其发展策略

以立体选择性氧化还原酶或其全细胞催化的不对称氧化还原反应已经成为转化光学活性手性醇及其他手性化合物的有效手段。然而,生物催化氧化还原反应体系存在着催化活性与专一性、反应体系与催化稳定性等生物催化剂所固有的局限性问题,而且,生物氧化还原反应必需辅酶及其再生问题也是限制该转化途径产业化应用的一个重要因素。围绕上述生物催化立体选择性氧化还原中存在的关键问题,现代分子生物技术及反应工程的不断突破和发展为改善生物催化立体选择性氧化还原在催化剂本身和反应工程方面的局限性提供了有效的发展策略,为其进一步大规模产业应用提供了发展基础。     

ω-转氨酶不对称合成手性胺及非天然氨基酸的研究进展

ω-转氨酶不对称合成手性胺及非天然氨基酸是目前生物加工过程的研究热点之一。ω-转氨酶具有优良的立体选择性及区域选择性,利用其进行生物催化生产手性胺,已被应用于医药、农药和化工等领域。本文中,笔者综述了ω-转氨酶的基本结构特性,并以转氨酶法制备西他列汀关键中间体等为例,同时阐述了该酶的高通量筛选方法及分子改造方面的研究进展,并对级联反应提高手性胺产量的策略作了进一步讨论。最后,本文简要总结了ω-转氨酶在不对称合成非天然氨基酸中的具体应用。     

合成生物学——取自生物质的化学品的关键

生物炼制的重要产品不仅是沼气、生物柴油、生物乙醇和生物丁醇等家用能源及移动能源的载体,而且是当今取自天然气、石油或煤炭的化学品的替代品。在诸如专用化学品和聚合物等化工生产领域,生物技术已做出了巨大贡献。手性药物前体、维生素、非蛋白氨基酸和丙烯酰胺的生产都是众所周知的实例。鉴于上述大多数路径仍然基于单步酶转化,     

精细化学品的生物合成

正精细化学品在所有化学品中的占比是一个国家化学工业发展水平的重要标志。目前,我国已经成为全球最大的精细化学品供应国。但是,当前的精细化工产业还普遍存在技术落后、环境污染比较严重的问题。进入21世纪,以蛋白质工程和合成生物学等为代表的现代生物技术的进步,为高性能工业生物催化剂的开发提供了有效手段。酶或全细胞催化技术已经在医药化学品、食品和饲料添加剂、农药及其中间体、日用化学品、助剂等精细化学品生产领域展示出强大的竞争力和巨大的发展潜力,生物制造有望成为精细化学品产业发展的重要方向。根据应用领域,分别介绍了近年来生物合成技术在各类精细化学品制造方面取得的典型进展。