手性化合物制备的方法

手性是自然界最重要的属性之一,分子手性识别在生命活动中起着极为重要的作用。同一化合物的两个对映体之间不仅具有不同的光学性质和物理化学性质,而且它们具有不同的生物活性,比如在药理上,药物作用包括酶的抑制、膜的传递、受体结合等均和药物的立体化学有关;手性药物的对映体的生物学活性、毒性、代谢和药物素质完全不同。手性化合物的制备已成为当前国内外较热门的研究课题之一。本文从非生物法和生物法两个方面较全面地综述了手性化合物的制备方法,希望为相关研究者提供参考。     

手性化合物制备的方法

手性是自然界最重要的属性之一,分子手性识别在生命活动中起着极为重要的作用。同一化合物的两个对映体之间不仅具有不同的光学性质和物理化学性质,而且它们具有不同的生物活性,比如在药理上,药物作用包括酶的抑制、膜的传递、受体结合等均和药物的立体化学有关;手性药物的对映体的生物学活性、毒性、代谢和药物素质完全不同。手性化合物的制备已成为当前国内外较热门的研究课题之一。本文从非生物法和生物法两个方面较全面地综述了手性化合物的制备方法,希望为相关研究者提供参考 。     

一种来源于Burkholderia phytofirmans PsJN的ω-转氨酶的表达纯化及性质分析

ω-转氨酶(ω-transaminase)可以通过手性拆分和不对称合成的催化反应来获得光学纯的手性胺类化合物和非天然氨基酸,在医药中间体合成中是一种重要的生物催化剂。采用基因挖掘技术,在基因组数据库中获得一个来自伯克氏菌Burkholderia phytofirmans Ps JN的ω-转氨酶基因(hbp),将该基因在大肠杆菌BL21(DE3)中克隆、表达,利用镍柱亲和层析将该酶(HBP)进行纯化并研究了其酶学性质和底物谱。结果表明,以β-苯丙氨酸(β-Phe)为氨基供体、丙酮酸为氨基受体,HBP具有较高的活力(33.80 U/mg)和立体选择性;其最适温度为40℃左右,最适p H在8.0–8.5之间。研究过程中,建立了一种简便快捷的紫外吸收法来检测β-Phe的脱氨反应,证明了该反应的热力学平衡性质。底物谱研究表明HBP可以以β-Phe及其衍生物为氨基供体。结果表明HBP能够有效地手性拆分rac-β-Phe及其衍生物,转化率在50%左右,ee99%。     

高通量筛选具有催化活性和立体选择性羰基还原酶

根据羰基还原酶催化可逆氧化还原反应的原理,利用与偶氮还原酶催化偶氮染料还原反应耦合的颜色变化,建立了一种新的羰基还原酶筛选方法。由于羰基还原酶在催化醇底物氧化反应时会产生NAD(P)H,当在反应体系中加入偶氮还原酶AzoB和偶氮染料金橙Ⅰ的时候,偶氮还原酶可以利用NAD(P)H作为电子的供体与底物金橙Ⅰ发生反应,导致反应体系颜色的变化,这样就能够根据明显的颜色变化推断出该羰基还原酶是否对所选底物表现出特定的活性,进而可以筛选出有活性的羰基还原酶。同时,使用不同构型的手性醇作为底物时,根据体系的颜色变化,可以实现羰基还原酶的活性和立体选择性的同时筛选。     

乙内酰脲酶及其在氨基酸手性合成中的应用

乙内酰脲水解酶、氨甲酰化酶和乙内酰脲消旋酶构成的酶系能够以5-取代乙内酰脲类化合物为原料合成天然和非天然D-或L-氨基酸,用于各种手性氧基酸的生产。近来的研究重点在分离新酶或提高原酶的活性,包括定向突变、三维结构解析与结构功能关系研究、酶固定化、蛋白融合和构建完整细胞生物催化剂等。     

迅速发展中的不对称生物催化技术

本文概述了生物催化技术近年来迅速发展的背景、现状和前景,特别谈到酶在手性合成领域的广泛应用;结合国内外实例,分别介绍了生物催化的不对称氧化还原反应和水解酶催化的对映选择性合成两个主要方面的研究与开发动态.     

“生物制造手性化学品的科学基础”举办“长三角”博士生论坛专场报告会

2012年11月8～10日,“长三角”先进生物制造博士生论坛在南京工业大学举行。本次大会为973计划“生物制造手性化学品的科学基础”项目举办了专场报告会,项目首席科学家杨立荣教授。     

973项目“生物制造手性化学品的科学基础”取得突出进展

“生物制造手性化学品的科学基础”项目围绕手性生物制造的关键科学问题,在手性识别规律解析、生物催化剂理性设计、反应调控、典型生物制造过程重构等方面取得了较大进展。     

酵母脂肪酶分子进化及催化合成(S)-1,4-苯并二口恶烷*

Objective: 1,4-Benzodioxane is an important chiral intermediate for antihypertensive (Proroxan and Doxazosin), antidepressant (MCK-242) and other drugs, and it displays a broad spectrum of applications in the pharmaceutical field. Currently, in spite of high-yield advantage of chemical synthesis, there are some problems of environmental pollution and low production safety. Using lipase to catalyze synthesis of 1,4-benzodioxane provides a new pathway of green synthesis of 1,4-benzodioxane. However, natural enzymes face the dilemma of poor enantioselectivity. Therefore, molecular evolution was performed on Candida antarctica lipase B, and a technical route for the catalytic synthesis of 1,4-benzodioxane was established. Methods: Firstly, the key amino acid residues involved in substrate binding and conversion in the active center of Candida antarctica lipase B were analyzed, and saturation mutagenesis libraries on the interaction sites were constructed. Improved mutants with high efficiency and high enantioselectivity were then obtained using HPLC detection. Furthermore, catalytic synthesis conditions of mutant D223N/A225K were systematically optimized. Results: The results indicated that the mutants mainly derived from the pairwise site D223/A225 (such as D223N/A225K and D223G/A225W) were biased towards the synthesis of (S)-isoforms, while most of the mutants derived from the pairwise site E188/I189 (such as E188D/I189M) showed a bias for the synthesis of (R)-isoforms. Compared with WT, the ee_s value of the best mutant D223N/A225K to synthesize (S)-1,4-benzodioxane was increased from 11.9% to 29.3%. After systematic optimization of the reaction conditions, an ee_s value of (93.9±0.16)% and a conversion rate of (47.5±2.33)% were achieved using mutant D223N/A225K to catalyze kinetic resolution of methyl (R,S)-2,3-dihydro-1,4-benzodioxin-2-carboxylate in n-butanol/phosphate buffered saline (20∶80, V/V) biphasic solvent at 37℃ for 50 min. Conclusion: An efficient kinetic resolution of methyl (R,S)-2,3-dihydro-1,4-benzodioxin-2-carboxylate was successfully achieved by molecular evolution and optimization of conditions, which provides a new example for the creation of new enzymes by protein engineering technology, and also provides a theoretical and technical foundation for the efficient synthesis of (S)-1,4-benzodioxane molecules by enzymatic methods.     

手性自组装短肽对子宫创伤修复的影响

本研究旨在探索手性自组装短肽在大鼠子宫创伤修复过程中发挥的作用。通过圆二色谱仪分析手性自组装短肽的二级结构;刚果红染色观察短肽自组装过程;红细胞裂解实验检测短肽对细胞膜的裂解作用;通过在模拟子宫创伤大鼠模型上引入手性自组装短肽,利用HE染色及免疫组织手段分析其在子宫创伤修复过程中的影响。结果显示,手性自组装短肽二级结构均为稳定的β折叠;可在盐离子触发下自组装形成致密的膜状结构;短肽自组装前后对细胞膜无裂解作用;可为细胞提供三维培养支架;Hela细胞在短肽形成的水凝胶环境中可持续生长;动物实验结果表明,手性自组装短肽可明显加快子宫修复过程。手性自组装短肽作为新型生物工程材料,可构建细胞三维培养环境并用于子宫创伤修复。