第六講典型生物催化的反應(yīng)氧化還原反應(yīng)演示文稿

第六講典型生物催化的反應(yīng)氧化還原反應(yīng)演示文稿當前第1頁\共有125頁\編于星期五\23點優(yōu)選第六講典型生物催化的反應(yīng)氧化還原反應(yīng)當前第2頁\共有125頁\編于星期五\23點脫氫酶催化的還原反應(yīng)當前第3頁\共有125頁\編于星期五\23點輔酶的再生氧化還原酶的催化特點氧化還原酶需要氧化還原輔酶，提供（或接受）還原（或氧化）反應(yīng)中的化學平衡物質(zhì)。輔酶的類型

NAD（H）：80％NADP（H）：10％黃素（FMN，F(xiàn)AD）和吡咯喹啉醌（PQQ）比較少當前第4頁\共有125頁\編于星期五\23點輔酶的特點

1、分子相對不穩(wěn)定

2、價格昂貴（化學計量的數(shù)量）反應(yīng)中輔酶僅僅是其氧化還原狀態(tài)發(fā)生變化，因此可以用另外一個氧化還原反應(yīng)進行原位（insitu）再生。需要加入催化計量的輔酶，降低費用當前第5頁\共有125頁\編于星期五\23點輔酶重復利用性能的表征

TTN（Totalturnovernumber）總轉(zhuǎn)換數(shù)：代表循環(huán)過程的效率即：在一個完整的反應(yīng)過程中每mol輔酶可以產(chǎn)生的產(chǎn)物的總mol數(shù)。輔酶分子會在循環(huán)過程中受到破壞一般TTN需要達到103～104，對于大規(guī)模生產(chǎn)，最好能夠達到105。當前第6頁\共有125頁\編于星期五\23點還原反應(yīng)技術(shù)應(yīng)用的“瓶頸”輔酶的價格（大規(guī)模反應(yīng)）認識問題——深入研究——解決問題

當使用完整的微生物細胞作用生物催化劑時，輔酶的再生不再是一個關(guān)鍵問題。微生物含有代謝過程中所需的所有酶和輔酶。通過加入象糖類這些廉價易得的氧化還原平衡物質(zhì)可以進行輔酶的再生。當前第7頁\共有125頁\編于星期五\23點還原性尼克酰胺輔酶的再生1、非酶的化學還原比如用Na2S2O4TTN≤100，簡單，效率較低酶會由于Na2S2O4而引起失活當前第8頁\共有125頁\編于星期五\23點2、電化學、光化學再生

優(yōu)點：價格低廉，易于使用缺點：反應(yīng)區(qū)域控制性差，副反應(yīng)多

TTN≤10003、酶法還原NADH和NADPH

高效，復雜，費用高當前第9頁\共有125頁\編于星期五\23點酶法還原再生底物偶聯(lián)法

當前第10頁\共有125頁\編于星期五\23點方法：輔酶的再生是通過加入一種輔助底物（Donor，供體），在同一種酶的作用下，向相反的方向進行反應(yīng)。為使反應(yīng)平衡向所期望的方向進行，供體通常是過量的，TTN≥103缺點：1、增加了產(chǎn)物純化難度

2、供體的加入可能引起酶的失活

3、輔助底物濃度高，引起底物抑制可以考慮使用氣膜等進行反應(yīng)與分離耦合當前第11頁\共有125頁\編于星期五\23點酶偶聯(lián)法當前第12頁\共有125頁\編于星期五\23點方法：兩個平行的氧化還原反應(yīng)，分別由兩種不同的酶催化主要底物和輔酶再生的轉(zhuǎn)化過程。特點：兩個酶對各自的底物有足夠的專一性，使兩個酶反應(yīng)可以各自獨立進行。所有的底物和輔助底物不會競爭某一個酶的活性中心，反應(yīng)效率較高，各自獨立進行轉(zhuǎn)化需要加入另外一種酶當前第13頁\共有125頁\編于星期五\23點NADH有一些進行再生的好方法，已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用，各有優(yōu)缺點。NADPH僅在實驗室規(guī)模進行再生，對于大規(guī)模生產(chǎn)尚需開始一種廉價高效的方法當前第14頁\共有125頁\編于星期五\23點FDH法：NADH的再生酶：FormateDehydrogenase當前第15頁\共有125頁\編于星期五\23點優(yōu)點：1、輔助底物和副產(chǎn)物對酶沒有抑制作用

2、輔助底物和副產(chǎn)物容易和產(chǎn)物進行分離

3、FDH有商品酶供應(yīng)，容易進行固定化，穩(wěn)定缺點：FDH價格昂貴，比活較低（3U/mg）固定化FDH可以解決上述問題最廣泛使用再生NADH的方法TTN：103～105，但是不能用于NADPH的再生當前第16頁\共有125頁\編于星期五\23點葡萄糖脫氫酶法：NAD(P)H的再生酶：GDH（Glucosedehydrogenase）當前第17頁\共有125頁\編于星期五\23點特點：從Bacilluscereus中提取的GDH很穩(wěn)定，比活較高缺點：1、GDH價格昂貴

2、產(chǎn)物分離困難如果不考慮純化問題，此法在實驗室中應(yīng)用是一個很好的方法，也是再生NADPH的最簡單的方法之一

當前第18頁\共有125頁\編于星期五\23點G6PDH也可以用于同樣的反應(yīng)體系從Leuconostocmesenteroides腸鏈球菌中提取的酶廉價，穩(wěn)定，可以NAD(P)＋為底物，而酵母中的G6PDH僅以為NADP＋底物缺點：G6P價格昂貴解決方法：用己糖激酶從葡萄糖利用酶法

制取，但是又涉及到ATP的再生

當前第19頁\共有125頁\編于星期五\23點可以使用6-硫酸-葡萄糖和從釀酒酵母中提取的G6PDH再生NADPH。硫酸不會作為酸催化劑水解NADPH，且底物比磷酸鹽容易制備。作為Glucose/GDH方法的補充，是再生NADH和NADPH的比較好的方法當前第20頁\共有125頁\編于星期五\23點乙醇脫氫酶和醇脫氫酶法乙醇脫氫酶（EthanolDH）醇脫氫酶（AlcoholDH）酵母中：NADHL.mesenteroides：NADPH當前第21頁\共有125頁\編于星期五\23點廣泛用于NADH和NADPH的再生優(yōu)點：1、ADH價格適中

2、乙醇、乙醛有揮發(fā)性缺點：1、只有醛或者環(huán)酮這樣有活性羰基的底物產(chǎn)率較高對其他底物必須加入過量（乙）醇或者不斷去除（乙）醛方法：通入氮氣，掃除乙醛把乙醛轉(zhuǎn)化為乙酸當前第22頁\共有125頁\編于星期五\23點

2、TTN較低

3、復雜、不穩(wěn)定的多酶體系

4、低濃度的乙醇和乙醛會抑制酶的活力或者引起酶的失活當前第23頁\共有125頁\編于星期五\23點氫化酶（Hydrogenaseenzyme）直接以分子氫作為供體，再生NADH優(yōu)點：1、還原性強2、不損傷酶和輔酶

3、沒有副產(chǎn)物缺點：1、對氧化很敏感

2、無商品酶

3、發(fā)酵制備工作復雜

當前第24頁\共有125頁\編于星期五\23點氧化型尼克酰胺輔酶的再生最好也是應(yīng)用最廣泛的再生NAD(P)＋的方法是用谷氨酸脫氫酶(GlutamateDH,GluDH)催化的α-酮戊二酸生成L-谷氨酸的反應(yīng)NADH和NADPH都可以作為輔酶α-酮己二酸可作為底物，產(chǎn)物為L-α-氨基己二酸當前第25頁\共有125頁\編于星期五\23點當前第26頁\共有125頁\編于星期五\23點丙酮酸和乳酸脫氫酶

（Lactatedehydrogenase）再生NAD＋優(yōu)點：1、LDH價格便宜

2、比活較高，比GluDH高缺點：氧化還原勢能較低,無法再生NADP＋當前第27頁\共有125頁\編于星期五\23點當前第28頁\共有125頁\編于星期五\23點乙醛和乙醛脫氫酶再生NAD＋TTN在103～104之間缺點：酶失活優(yōu)點：1、酵母來源的醛脫氫酶價格便宜

2、試劑具有揮發(fā)性當前第29頁\共有125頁\編于星期五\23點用酶還原醛和酮許多酮可以用脫氫酶進行立體選擇性還原獲得手性仲醇產(chǎn)物可能為S－醇或者R－醇Prelog法則：根據(jù)底物的空間結(jié)構(gòu)需要而決定的立體化學反應(yīng)過程可用一個簡單的模型進行判斷當前第30頁\共有125頁\編于星期五\23點Prelog法則在Curvulariafalcata細胞進行微生物法還原的立體化學基礎(chǔ)上建立脫氫酶主要是從潛手性酮的Re面釋放氫大多數(shù)商品化的脫氫酶以及大多數(shù)微生物在進行酮的立體專一性還原的時候都遵循

Prelog法則（如YADH，HLADH）獲得到產(chǎn)物為S－醇當前第31頁\共有125頁\編于星期五\23點Prelog法則示意圖當前第32頁\共有125頁\編于星期五\23點脫氫酶種類選擇性輔酶商品酶Yeast-ADHPrelogNADH是Horseliver-ADHPrelogNADH是Thermoanaerobium

brockii-ADHPrelog(長鏈)Anti-(短鏈酮)NADPH是Hydroxysteroid-DHPrelogNADH是C.falcata-ADHPrelogNADPH否Mucor

javanicus-ADHAnti-PrelogNADPH否Lactobacillus

kefir-ADHAnti-PrelogNADPH否PseudomonasADHAnti-PrelogNADH否當前第33頁\共有125頁\編于星期五\23點各種脫氫酶的底物范圍當前第34頁\共有125頁\編于星期五\23點酵母醇脫氫酶（YADH）底物專一性范圍較窄，一般僅以醛和甲基酮為底物，碳鏈長于一個甲基的酮不能作為底物其他沒有商品酶供應(yīng)的ADH應(yīng)用受限制HLADH是一種常見酶，具有廣泛的的底物專一性，較好的立體專一性，因此是生物轉(zhuǎn)化中應(yīng)用最廣的脫氫酶當前第35頁\共有125頁\編于星期五\23點HLADH由兩個幾乎相同，各含有兩個鋅原子的亞基組成的二聚體

X衍射對其三維結(jié)構(gòu)研究表明，HLADH的一級結(jié)構(gòu)雖然和YADH相差很大，但是它們的三維結(jié)構(gòu)很相似主要用于對中間單環(huán)酮（4－9個C）和雙環(huán)酮的還原。大于10個C的環(huán)酮不易作為底物，無環(huán)酮還原時，對映體選擇性較低當前第36頁\共有125頁\編于星期五\23點HLADH拆分雙、多環(huán)酮當前第37頁\共有125頁\編于星期五\23點Xe.e.Ketone(%)e.e.Alcohol(%)O60>97S53>97當前第38頁\共有125頁\編于星期五\23點含N雜環(huán)酮會使酶失活，和含鋅活性中心發(fā)生作用HLADH催化2-烷基噻喃-4-酮的還原反應(yīng)，轉(zhuǎn)化率可達100％，以非對映體選擇性方式進行，得到順，反-S-醇的混合物。后者經(jīng)色譜分離后再氧化，可以得到光學純度很高的酮。當前第39頁\共有125頁\編于星期五\23點HLADH催化的非對映體還原當前第40頁\共有125頁\編于星期五\23點當前第41頁\共有125頁\編于星期五\23點潛手性萘烷二酮的選擇性還原當前第42頁\共有125頁\編于星期五\23點YADH和HLADH不能用于開環(huán)酮的不對稱還原，而TBADH可以還原開環(huán)甲基、乙基酮，帶雜環(huán)取代基的ω-鹵代烷基、甲基或三氟乙基酮，得到相應(yīng)的仲醇，立體選擇性很高α,β-不飽和酮和取代基大于乙基的酮不能作為底物當前第43頁\共有125頁\編于星期五\23點TBADH對映體選擇性還原酮TBADH遵循Prelog法則，得到的是S-醇對于小分子底物，得到的是R-醇當前第44頁\共有125頁\編于星期五\23點R1R2選擇性構(gòu)型e.e./%CH3C2H5Anti-PrelogR48CH3CH(CH3)2Anti-PrelogR86CH3cyclo-C3H5Anti-PrelogR44CH3n-C3H7PrelogS79CF3PhPrelogR94CH3CCHPrelogS86CH3CH2-CH(CH3)2PrelogS95CH3(CH2)3-ClPrelogS98CH3(CH2)5-ClPrelogS>99當前第45頁\共有125頁\編于星期五\23點TBADH最大的缺陷在于需要NADP(H)作為輔酶NAD(H)V可以代替NADP(H)NAD(H)V用NAD(H)和無機釩酸鹽(HVO42-)

在溶液中合成由于加入釩酸鹽引起的副反應(yīng)由咪唑緩沖體系來抑制當前第46頁\共有125頁\編于星期五\23點當前第47頁\共有125頁\編于星期五\23點羥基甾體脫氫酶（HSDH）HSDH適用于還原大型單環(huán)和雙環(huán)酮天然底物為甾體類化合物，類似的空間結(jié)構(gòu)產(chǎn)物可以用Prelog法則判斷小分子底物也可以還原，但是選擇性就會比較差當前第48頁\共有125頁\編于星期五\23點當前第49頁\共有125頁\編于星期五\23點R1R2酶醇的e.e./%HHHSDH<10HHTBADH>95HClHSDH>90ClClHSDH>95MeClHSDH>98MeMeHSDH>95當前第50頁\共有125頁\編于星期五\23點從上述酶中選擇合適的脫氫酶可以將各種化學合成的酮轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的手性仲醇以NADH作為輔酶的LDH可以將α-酮酸還原為R或者S型的羥基酸甘油脫氫酶（GDH），有商品酶?？梢杂糜讦?羥基酮的立體選擇性還原嗜熱微生物的研究：酶的穩(wěn)定性好溫度對反應(yīng)選擇性的影響:可供選擇范圍大當前第51頁\共有125頁\編于星期五\23點完整細胞還原醛和酮和用純酶進行還原不同，利用完整細胞不需要昂貴的輔酶循環(huán)，具有以下優(yōu)點：

1、含有多種可以非天然物質(zhì)為底物的脫氫酶

2、含有所有需要的輔酶

3、含有輔酶再生的代謝過程

4、可用廉價碳源作為輔助底物

5、輔酶、酶的穩(wěn)定性好當前第52頁\共有125頁\編于星期五\23點缺點：1、生產(chǎn)效率低，因為非天然底物的濃度較低（0.1～0.3％左右）

2、產(chǎn)物回收困難，特別對于胞內(nèi)產(chǎn)物

3、C源產(chǎn)生大量副產(chǎn)物，少量用于輔酶再生

4、反應(yīng)專一性變化大

5、微生物菌種特異性強，重復實驗結(jié)果難當前第53頁\共有125頁\編于星期五\23點課堂作業(yè):請描述酶法制備S-2-氯丙酸聯(lián)產(chǎn)S-乳酸過程所用的原料名稱和酶當前第54頁\共有125頁\編于星期五\23點微生物還原的選擇性差的原因只有一種氧化還原酶催化還原反應(yīng)，但是手性識別能力不高兩種或者兩種以上氧化還原酶可以還原底物不同的異構(gòu)體，產(chǎn)生選擇的競爭性反應(yīng)的選擇性取決于各個反應(yīng)的相對反應(yīng)速率米氏方程，Vmax/Ks當前第55頁\共有125頁\編于星期五\23點改善微生物還原反應(yīng)選擇性的方法加反應(yīng)后可除去的保護基團修飾底物通過固定化技術(shù)改變代謝參數(shù)用不同生長階段的細胞改變發(fā)酵條件篩選更好的微生物選擇性抑制競爭酶的酶活當前第56頁\共有125頁\編于星期五\23點酵母細胞還原醛和酮面包酵母（Baker’sYeast）或釀酒酵母應(yīng)用最廣泛的進行酮不對稱還原的微生物來源廣，不需要無菌發(fā)酵，設(shè)備要求低用于生物轉(zhuǎn)化歷史悠久，可供參考文獻多還原簡單的脂肪醇和芳香醇遵循Prelog法則獲得S-醇除了長鏈甲基酮，其他長鏈酮不能作為底物當前第57頁\共有125頁\編于星期五\23點帶有氯、溴、氟、硝基、羥基和甲硅烷基等基團的酮也可以作為底物當前第58頁\共有125頁\編于星期五\23點R1R2構(gòu)型e.e./%MeEtS67Men-BuS82MePhS89MeCF3S>80CF3CH2-BrS>80MeC(CH3)2-NO2S>96MeCH2-OHS91Me(CH2)2-CH=C(CH3)2S94Mecyclo-C6H11S>95當前第59頁\共有125頁\編于星期五\23點R1R2選擇性構(gòu)型e.e./%Cl-CH2-CH2-CO2EtPrelogR90C2H5(CH2)2-CO2MePrelogS98CH3n-C5H11PrelogS99CH3n-C7H15PrelogS98C2H5n-C3H7PrelogS97C2H5(CH2)3-ClPrelogS99n-C3H7n-C3H7－－不反應(yīng)－－CH3E-CH=CH-CH(CH3)2－－不反應(yīng)－－當前第60頁\共有125頁\編于星期五\23點脂肪族β-酮酯被酵母還原產(chǎn)生β-羥酯當前第61頁\共有125頁\編于星期五\23點R1R2構(gòu)型e.e./%Cl-CH2-CH3D94Cl-CH2-C2H5D54Cl-CH2-n-C3H7D27Cl-CH2-n-C5H11L77Cl-CH2-n-C8H17L97(CH3)2C=CH-(CH2)2-CH3D92CCl3C2H5D85CH3CH3L87CH3C2H5L96t-Bu-O-CH2-C2H5L97N3-CH2-C2H5L80Br-CH2-n-C8H17L100C2H5-n-C8H17L95當前第62頁\共有125頁\編于星期五\23點反應(yīng)產(chǎn)生分歧的原因不是單酶底物選擇性根據(jù)底物結(jié)構(gòu)不同而發(fā)生了變化，主要是有一系列不同的脫氫酶，對同一種底物產(chǎn)生競爭，從而具有不同的立體選擇性D專一性酶（屬于脂肪酸復合酶系）對短鏈醇基的底物更具親和性，如甲酯L專一性酶對長鏈醇基的底物更具親和性，比如辛酯當前第63頁\共有125頁\編于星期五\23點因此可以通過仔細設(shè)計底物來調(diào)節(jié)控制反應(yīng)的選擇性選擇性抑制其中一種競爭性的酶其他方法，比如固定化當前第64頁\共有125頁\編于星期五\23點選擇性抑制L型酶R1R2反應(yīng)條件構(gòu)型e.e./%Cl-CH2-C2H5對照D43Cl-CH2-C2H5烯丙基醇D85C2H5CH3對照D37C2H5CH3甲基乙烯酮D89CH3C2H5對照L>98CH3C2H5聚氨基甲酸酯包埋L60C2H5CH3對照D5C2H5CH3聚氨基甲酸酯包埋D86當前第65頁\共有125頁\編于星期五\23點選擇性抑制D型酶R1R2反應(yīng)條件構(gòu)型e.e./%C2H5CH3對照L15C2H5CH3氯乙酸正丁酯L69C2H5CH3氯乙酸乙酯L91C2H5C2H5對照D40-5C2H5C2H5烯丙基溴L98Cl-CH2-C2H5對照D43Cl-CH2-C2H5氯乙酸乙酯L80當前第66頁\共有125頁\編于星期五\23點酵母還原α-單取代-β-酮酯還原后產(chǎn)生順/反-β-羥酯順/反不是1:1，烯醇化引起快速原位消旋非對映體選擇性由酶的立體選擇性決定，動力學拆分過程α取代基較小時，主要為順式（Syn）

α取代基較大時，主要為反式（Anti）當前第67頁\共有125頁\編于星期五\23點當前第68頁\共有125頁\編于星期五\23點R1R2R3Syn(e.e./%)Anti(e.e./%)Syn/AntiCH3CH3C2H510010083:17CH3CH3Ph-CH21008067:33Ph-CH2-O-CH2-CH3(CH3)2CH-96a50a24:76CH3CH2=CHCH2-C2H510010025:75CH3Ph-CH2-C2H510010033:67CH3Ph-S-CH3969617:83a:獲得的是2R,3R-Syn和2S,3R-anti當前第69頁\共有125頁\編于星期五\23點羰基還原產(chǎn)生的仲醇手性遵循Prelog法則模型預測：非對映體選擇性

1、α-取代基小于羧基部分，進入S

α-取代基大于羧基部分，進入L2、酵母中存在多種脫氫酶，可以獲得各種可能的非對映體產(chǎn)物α-取代基為羥基、硫代烷基、疊氮基、乙酰氨基或者α位完全取代時，不利于發(fā)生烯醇異構(gòu)化，不能原位消旋當前第70頁\共有125頁\編于星期五\23點當前第71頁\共有125頁\編于星期五\23點環(huán)狀β酮酯的還原根據(jù)上述模型，可以推測酵母還原β-環(huán)酮獲得相應(yīng)的順式β-羥酯。原因在于環(huán)狀結(jié)構(gòu)的剛性，使α、β-碳碳鍵不能旋轉(zhuǎn)因此環(huán)酮還原反應(yīng)的對映體選擇性比無環(huán)酮要高環(huán)結(jié)構(gòu)中引入S，生物轉(zhuǎn)化后再除去，增加對映體選擇性當前第72頁\共有125頁\編于星期五\23點當前第73頁\共有125頁\編于星期五\23點R1R2e.e./%(CH2)2C2H598(CH2)3C2H586~99SCH2CH385CH2SCH395當前第74頁\共有125頁\編于星期五\23點用相同方法可以將α-酮酯，α-酮酰胺轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的α-羥基衍生物根據(jù)Prelog法則，利用酵母作為催化劑，可以將丙酮酸鹽和α-酮苯乙酸酯轉(zhuǎn)化為高光學純度（e.e.為91～100％）的S-乳酸鹽和

R-扁桃酸酯當前第75頁\共有125頁\編于星期五\23點環(huán)狀β-雙酮還原產(chǎn)物為β-羥基酮，而不會產(chǎn)生雙羥基α碳上的H具有酸性，可能會導致底物和乙醛發(fā)生縮合反應(yīng)。所以可在此處用取代基進行取代，以避免這一副反應(yīng)對于小環(huán)，順式產(chǎn)物占優(yōu)勢，光學純度高環(huán)變大時，立體選擇性比較難以預測，產(chǎn)率會下降當前第76頁\共有125頁\編于星期五\23點當前第77頁\共有125頁\編于星期五\23點Rne.e.Syn/%Syn/antiCH3-C(=CH2)-CH2-198100:0CH2=CH-CH2-19890:10HCC-CH2-190100:0MeO2C-CH2-198100:0NC-(CH2)2-19896:4CH3-C(=CH2)-CH2-29824:76CH2=CH-CH2-29845:55HCC-CH2-29827:73NC-(CH2)2-2983:70CH2=CH-CH2-398100:0CH2=CH-CH2-49882:18CH2=CH-CH2-598Noreaction當前第78頁\共有125頁\編于星期五\23點酵母還可以用于還原帶有硝基、氟、硫和雜環(huán)功能化合物的還原，以及金屬有機化合物的還原。產(chǎn)物一般是S-醇很多成功的實例，有些已經(jīng)工業(yè)化除了酵母外，當酵母催化的反應(yīng)立體選擇性較低，或者產(chǎn)生的產(chǎn)物與所需構(gòu)型相反，則可以考慮用其他微生物進行催化

當前第79頁\共有125頁\編于星期五\23點無環(huán)α-雙酮的還原生產(chǎn)二醇首先是空間位阻較小的羰基被還原為S-α-羥基酮（Prelog法則）然后是空間位阻較大的酮被進一步還原，產(chǎn)生二醇，主要產(chǎn)物為反式二醇當前第80頁\共有125頁\編于星期五\23點當前第81頁\共有125頁\編于星期五\23點Re.e.anti-doil/%Anti/synPh9495:51,3-dithian-2-yl9795:5Ph-S-CH29786:14當前第82頁\共有125頁\編于星期五\23點完整細胞還原C＝C鍵酶立體選擇性催化還原潛手性C＝C雙鍵具有較高的專一性，可用于很廣的底物范圍，一般來說是用傳統(tǒng)化學方法很難實現(xiàn)的酶：以NADH為輔酶的烯酸還原酶很多微生物中都存在，比如Clostridia，Proteussp.以及酵母中當前第83頁\共有125頁\編于星期五\23點烯酸還原酶已經(jīng)被分離純化和鑒定制備性生物轉(zhuǎn)化還是利用完整細胞，因為存在輔酶再生的問題，同時烯酸還原酶對痕量氧很敏感酶反應(yīng)的立體化學過程：氫反式加成在C＝C雙鍵上（植物細胞中有順式加成）當前第84頁\共有125頁\編于星期五\23點酵母細胞不對稱還原C＝C雙鍵1934年發(fā)現(xiàn)面包酵母可以不對稱還原C＝C建立了一套面包酵母對C＝C不對稱還原的作用規(guī)律，有時可以用于其他微生物C=C需經(jīng)吸電子取代基團活化以后才能被還原，單獨的C＝C和碳碳三鍵無法被還原具體的活化基團見隨后的具體例子當前第85頁\共有125頁\編于星期五\23點α,β-不飽和碳酸和酯的還原產(chǎn)物的絕對構(gòu)型可以通過起始烯烴的順反異構(gòu)體（E，Z）來控制一般是酯先被水解為相應(yīng)的酸，然后再被還原α,β-不飽和內(nèi)酯也可以作為還原底物，產(chǎn)物為R型當前第86頁\共有125頁\編于星期五\23點當前第87頁\共有125頁\編于星期五\23點R構(gòu)型e.e./%C2H5-E－R47(CH3)2CH-E－R68CHCl2-E－R92C2H5-Z－S98(CH3)2CH-Z－S98CHCl2-Z－S98CCl3-Z－S98當前第88頁\共有125頁\編于星期五\23點不飽和內(nèi)酯當前第89頁\共有125頁\編于星期五\23點XYe.e./%--99O-97OO77(lowyield)當前第90頁\共有125頁\編于星期五\23點α,β-不飽和醛的還原首先C＝C被烯酸還原酶還原生產(chǎn)飽和醛飽和醛被脫氫酶還原得到手性鏈烷醇烯丙醇也可以作為底物當前第91頁\共有125頁\編于星期五\23點共扼二烯中只有α,β雙鍵被選擇性還原當前第92頁\共有125頁\編于星期五\23點α,β-不飽和酮的還原C＝C首先被還原，得到飽和酮然后被脫氫酶還原產(chǎn)生手性仲醇有些時候，吸電子基團活化的不飽和酮首先被還原α,β-不飽和硝基化合物可被轉(zhuǎn)化為手性硝基烷烴，但是光學純度不高當前第93頁\共有125頁\編于星期五\23點當前第94頁\共有125頁\編于星期五\23點Re.e.Ketone/%syn/antiC2H54472:28n-C5H118289:11n-C8H178495:5當前第95頁\共有125頁\編于星期五\23點全細胞體系的輔酶再生技術(shù)可以避免輔助底物產(chǎn)物不需要的代謝物將不可降解的有機染料分子用于電子傳遞的中間體提高反應(yīng)速率，相當于加入了輔酶中間體的還原形式可以直接或者間接再生NADH氧化型中間體可以用廉價還原物質(zhì)酶法再生再生所需酶微生物體內(nèi)都具備當前第96頁\共有125頁\編于星期五\23點課堂作業(yè):請描述酶法制備S-2-氯丙酸聯(lián)產(chǎn)S-乳酸過程所用的原料名稱和酶當前第97頁\共有125頁\編于星期五\23點2氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)是向有機分子引入功能基團的重要反應(yīng)化學方法立體選擇性差，副反應(yīng)多，環(huán)境污染嚴重生物法一般具有較好的立體選擇性

當前第98頁\共有125頁\編于星期五\23點醇和醛的氧化酶：氧化酶，加氧酶脫氫酶一般不用于氧化反應(yīng)

1、熱力學上來說，醇的氧化反應(yīng)比較困難氧化型輔酶的再生也比較困難

2、產(chǎn)物抑制嚴重，醛、酮和酶結(jié)合比較緊密

3、酶氧化反應(yīng)最佳pH一般為8～9，而此時輔酶和產(chǎn)物（尤其是醛）是不穩(wěn)定的

4、仲醇的氧化一般涉及到手性中心的破壞當前第99頁\共有125頁\編于星期五\23點多元醇的區(qū)域選擇性氧化酶催化醇的氧化反應(yīng)只有涉及到復雜分子如多元醇才具有實際意義傳統(tǒng)方法氧化這些物質(zhì)存在選擇性問題，涉及到羥基的一系列保護和去保護步驟各種微生物，如Acetobaoter或Pseudomonas

等可以一步反應(yīng)就將多羥基化合物選擇性氧化為相應(yīng)的酮醇或者酮酸當前第100頁\共有125頁\編于星期五\23點當前第101頁\共有125頁\編于星期五\23點醇的氧化拆分理論轉(zhuǎn)化率100％當前第102頁\共有125頁\編于星期五\23點用HLADH進行對映體的選擇性氧化R=-CH2OH,-CH2F,-CH2Cl,-CH2Br,-CH3,-CH2NH2,-CH=CH2,-CH2CH3當前第103頁\共有125頁\編于星期五\23點用HLADH進行對映體的選擇性氧化，從而進行醇的拆分主要困難在于NAD＋的再生FMN再生體系可以用于HLADH對單、雙、多環(huán)仲醇的拆分為避免酶的失活，過程中產(chǎn)生的過氧化氫可用過氧化氫酶去除醇氧化為醛，繼而氧化為酸當前第104頁\共有125頁\編于星期五\23點不對稱氧化潛手性或者內(nèi)消旋二醇仲醇的拆分一般用酯酶代替上述氧化還原反應(yīng)潛手性或內(nèi)消旋結(jié)構(gòu)的二醇的不對稱反應(yīng)是合成手性內(nèi)酯的好方法HLADH一般選擇性氧化S或者潛手性S羥基存在自發(fā)形成半縮醛的反應(yīng)當前第105頁\共有125頁\編于星期五\23點當前第106頁\共有125頁\編于星期五\23點S型，高選擇性，e.e.100％當前第107頁\共有125頁\編于星期五\23點當前第108頁\共有125頁\編于星期五\23點HLADH對雙環(huán)內(nèi)消旋二醇的拆分當前第109頁\共有125頁\編于星期五\23點總的來說，HLADH對連接S-中心的羥甲基具有完全的對映體專一性經(jīng)HLADH催化，先生成的羥醛變成半縮醛，然后被進一步氧化產(chǎn)生內(nèi)酯僅在雙環(huán)辛烷體系中有少量中間體半縮醛存在當前第110頁\共有125頁\編于星期五\23點加氧反應(yīng)直接催化分子氧進入有機分子的酶稱為加氧酶非活性有機底物的直接加氧官能團反應(yīng)對合成化學來說有很多難以解決的問題酶催化加氧反應(yīng)就比較容易進行反應(yīng)尤其是存在區(qū)域