酶的分類和反應(yīng)

關(guān)于酶的分類和反應(yīng)2.1酶的命名和分類

1961年國際酶學(xué)委員會（InternationalEnzymeCommissionEC）提出了酶的系統(tǒng)分類法，該系統(tǒng)按酶催化反應(yīng)的類型將酶分成六個大類，分別用EC1,EC2,EC3,EC4,EC5,EC6表示)第2頁,共148頁，2024年2月25日，星期天六大類酶分別是：氧化還原酶轉(zhuǎn)移酶水解酶裂合酶異構(gòu)酶連接酶第3頁,共148頁，2024年2月25日，星期天2.2氧化還原酶（oxidoreductaseEC1.x.x.x）

氧化還原酶催化底物氧化或還原。一些氧化還原酶需要輔酶NADH或NADPH、FDA或FMN.如乳酸脫氫酶。

一些氧化還原酶不需要輔酶如葡萄糖氧化酶。

生物催化的氧化反應(yīng)中常用三類重要的氧化酶：

單加氧酶、雙加氧酶和氧化酶第4頁,共148頁，2024年2月25日，星期天2.3單加氧酶（mono-oxygenases）單加氧酶輔酶循環(huán)Sub+NAD(P)H+H++O2SubO+NAD(P)+H2O第5頁,共148頁，2024年2月25日，星期天單加氧酶主要有兩大類：（一）細(xì)胞色素P450類單加氧酶有卟啉輔基，F(xiàn)e或Cu配位（二）黃素類單加氧酶以核黃素為輔基許多單加氧酶結(jié)合在細(xì)胞膜上，很難分離。往往用完整微生物細(xì)胞做生物催化劑.第6頁,共148頁，2024年2月25日，星期天第7頁,共148頁，2024年2月25日，星期天第8頁,共148頁，2024年2月25日，星期天單加氧酶催化的反應(yīng)底物產(chǎn)物反應(yīng)類型輔酶類型烷烴醇羥化金屬芳香烴酚羥化金屬烷基烯環(huán)氧化物環(huán)氧化金屬含雜原子雜原子雜原子氧化黃素化合物氧化物

酮酯或內(nèi)酯

Baeyer-Villiger黃素第9頁,共148頁，2024年2月25日，星期天微生物催化異丁酸不對稱羥化反應(yīng)微生物+O2惡臭假單胞菌ATCC21244e.e.%>95%

皺落假絲酵母IFO1542e.e.%97%

光學(xué)活性-羥基異丁酸是合成維生素、香料、抗生素等原料第10頁,共148頁，2024年2月25日，星期天

已研究了上百種微生物對非天然脂肪族羥化反應(yīng)。底物中有極性基團(tuán)(如乙酰胺）等，有利于底物在酶活性中心的定向，羥化反應(yīng)的發(fā)生在離極性基團(tuán)0.33nm-0.62nm范圍內(nèi)。

環(huán)狀的烷烴羥化的優(yōu)先次序為環(huán)庚基、環(huán)己基、環(huán)戊基。第11頁,共148頁，2024年2月25日，星期天少根根霉或黑曲霉木賊鐮孢第12頁,共148頁，2024年2月25日，星期天

就單加氧酶而言，目前尚不能對一個底物的氧化位點作出預(yù)測。但有三種方法可以用來改進(jìn)生物羥化反應(yīng)的區(qū)域選擇性和立體選擇性：（1）改變培養(yǎng)條件，增加細(xì)胞代謝壓力；（2）廣泛篩選不同的微生物菌種（3）底物修飾第13頁,共148頁，2024年2月25日，星期天第14頁,共148頁，2024年2月25日，星期天生物催化苯環(huán)羥化反應(yīng)單加氧酶H-多酚氧化酶多酚氧化酶o2H2Oo2

H2O聚合物RH2OL-酪氨酸L-多巴（帕金森癥）產(chǎn)率高，無消旋作用第15頁,共148頁，2024年2月25日，星期天化學(xué)法催化苯環(huán)羥化常用重氮鹽水解或其他取代法，需要多步反應(yīng)且副產(chǎn)物多。單加氧酶能催化鄰、對位取代芳烴立體選擇性羥化第16頁,共148頁，2024年2月25日，星期天烯烴的環(huán)氧化末端烯烴的環(huán)氧化分支烯烴的環(huán)氧化R=n-C5H11-e.e.%=88%馬棒狀桿菌R1=n-C13H27e.e.%~100第17頁,共148頁，2024年2月25日，星期天不需要輔酶的參與，但過氧化氫可使CPO失活第18頁,共148頁，2024年2月25日，星期天硫原子的氧化反應(yīng)第19頁,共148頁，2024年2月25日，星期天第20頁,共148頁，2024年2月25日，星期天第21頁,共148頁，2024年2月25日，星期天Baeyer-Villiger反應(yīng)

利用過氧酸氧化酮生成酯或內(nèi)酯的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理第22頁,共148頁，2024年2月25日，星期天假單胞菌單加氧酶甲酸脫氫酶使輔酶再生第23頁,共148頁，2024年2月25日，星期天第24頁,共148頁，2024年2月25日，星期天生物催化法的立體選擇性比化學(xué)法高環(huán)己酮單加氧酶R構(gòu)型e.e.%n-PrS>98%t-BuS>98%n-BuR52%第25頁,共148頁，2024年2月25日，星期天第26頁,共148頁，2024年2月25日，星期天第27頁,共148頁，2024年2月25日，星期天單加氧酶催化的反應(yīng)底物產(chǎn)物反應(yīng)類型輔酶類型烷烴醇羥化金屬芳香烴酚羥化金屬烷基烯環(huán)氧化物環(huán)氧化金屬含雜原子雜原子雜原子氧化黃素化合物氧化物

酮酯或內(nèi)酯

Baeyer-Villiger黃素第28頁,共148頁，2024年2月25日，星期天2.4

雙加氧酶（dioxygenase）雙加氧酶的典型反應(yīng)Sub+O2Sub-O-O-HSub-OH雙加氧酶還原e.g.NaBH4Sub+O2雙加氧酶SubOO還原e.g.NaBH4SubOHOH內(nèi)過氧化物氫過氧化物第29頁,共148頁，2024年2月25日，星期天烯烴的氫過氧化反應(yīng)大豆脂氧酶催化亞油酸的氫過氧化反應(yīng)大豆脂氧酶O2Se.e.%95%還原后可得手性醇亞油酸第30頁,共148頁，2024年2月25日，星期天第31頁,共148頁，2024年2月25日，星期天芳烴的雙羥基化反應(yīng)雙氧酶還原酶二氫二羥基脫氫酶微生物氧化代謝**光學(xué)純度高的順式聯(lián)二醇脫氫酶缺陷變異株第32頁,共148頁，2024年2月25日，星期天第33頁,共148頁，2024年2月25日，星期天第34頁,共148頁，2024年2月25日，星期天2.5氧化酶

氧化酶催化底物脫氫，脫下的氫再與氧結(jié)合，生成水或過氧化氫。

氧化酶氧化酶第35頁,共148頁，2024年2月25日，星期天氧化酶有黃素氧化酶（如葡糖糖氧化酶等）；金屬黃素蛋白氧化酶（醛氧化酶）；血紅素蛋白氧化酶（過氧化氫酶、過氧化物酶）等

脫氫酶可以催化氧化和還原雙向可逆反應(yīng)，在有機(jī)合成中，一般以催化還原反應(yīng)為主第36頁,共148頁，2024年2月25日，星期天2.6脫氫酶催化的還原反應(yīng)第37頁,共148頁，2024年2月25日，星期天輔酶的循環(huán)使用化學(xué)法、電化學(xué)法、光化學(xué)法、酶法第38頁,共148頁，2024年2月25日，星期天第39頁,共148頁，2024年2月25日，星期天

從博伊丁假絲酵母得到的FDH是大規(guī)模、經(jīng)濟(jì)地再生

NADH的好方法，但不宜用于NADPH的再生應(yīng)用基因工程從假單胞菌中克隆的FDH適合NADPH的再生甲酸脫氫酶第40頁,共148頁，2024年2月25日，星期天6-磷酸葡萄糖脫氫酶（GDH）可將6-磷酸葡萄糖(G6PDH）氧化為6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯，后者再自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸葡萄糖酸，并產(chǎn)生NADPH。是一個很好的NAPDH的再生系統(tǒng)。葡萄糖脫氫酶與葡萄糖6-磷酸脫氫酶第41頁,共148頁，2024年2月25日，星期天

乙醇-醇脫氫酶體系，酶價格適中，乙醛及乙醇易于從體系中揮發(fā)出來。需要及時除去乙醇或乙醛，否者會抑制酶的活性第42頁,共148頁，2024年2月25日，星期天人工電子傳遞體游離酶輔酶循環(huán)系統(tǒng)微生物細(xì)胞輔酶循環(huán)系統(tǒng)人工電子傳遞體輔助輔酶循環(huán)系統(tǒng)第43頁,共148頁，2024年2月25日，星期天人工電子傳遞體的還原態(tài)可以直接或間接地再生NADH，傳遞體的氧化態(tài)可被廉價的還原劑（如氫、甲酸、一氧化碳等）經(jīng)生物催化再生。第44頁,共148頁，2024年2月25日，星期天第45頁,共148頁，2024年2月25日，星期天脫氫酶用于還原反應(yīng)

脫氫酶用于醛、酮羰基的不對稱還原，以及烯烴碳碳雙鍵的還原，并使?jié)撌中缘孜镛D(zhuǎn)化為具有手性的產(chǎn)物。

脫氫酶催化酮還原的Prelog規(guī)則：H-從空間位阻小的方向進(jìn)攻羰基，可根據(jù)此規(guī)則預(yù)測產(chǎn)物立體選擇性S代表小基團(tuán)L代表大基團(tuán)第46頁,共148頁，2024年2月25日，星期天

酵母醇脫氫酶（YADH）、馬肝醇脫氫酶（HLADH）和羥基甾體脫氫酶(HSDH)均有商品化供應(yīng)。它們催化酮還原反應(yīng)的立體選擇性遵循Prelog規(guī)則。布氏熱厭氧菌醇脫氫酶（TBAD）催化大分子酮時選擇性遵循Prelog規(guī)則，但對小分子構(gòu)型相反。

一些微生物細(xì)胞（如面包酵母）作催化劑時也遵循此規(guī)則，但一些微生物反此規(guī)則常用脫氫酶的特點第47頁,共148頁，2024年2月25日，星期天第48頁,共148頁，2024年2月25日，星期天馬肝醇脫氫酶（HLADH）外消旋順式十氫萘-2，7-二酮外消旋反式十氫萘-2，7-二酮第49頁,共148頁，2024年2月25日，星期天第50頁,共148頁，2024年2月25日，星期天第51頁,共148頁，2024年2月25日，星期天酵母細(xì)胞催化酮還原

酵母脫氫酶（YADH）的底物專一性強(qiáng)，只有醛或甲基酮才能作為其底物，而環(huán)狀酮或非甲基酮均不能作為它的底物.

酵母細(xì)胞含有多種脫氫酶和輔酶，用細(xì)胞作為生物催化劑可省去酶的分離純化步驟，不需要額外添加輔酶循環(huán)系統(tǒng)，酶反應(yīng)活性高

第52頁,共148頁，2024年2月25日，星期天1簡單酮的還原一般只能還原甲基酮，遵循Prelog規(guī)則。面包酵母R1R2

構(gòu)型e.e.%Me–CH2OHS91%Me環(huán)己基S>95%第53頁,共148頁，2024年2月25日，星期天-酮酯的還原

-酮酯易被酵母細(xì)胞還原為

-羥酯，后者可作為內(nèi)酰胺、昆蟲激素和類胡蘿卜素等合成的手性源。面包酵母面包酵母H-H-酵母細(xì)胞中含有多種脫氫酶LD第54頁,共148頁，2024年2月25日，星期天第55頁,共148頁，2024年2月25日，星期天-單取代--酮酯

-單取代--酮酯有兩個潛手性中心，因此它被酵母細(xì)胞還原時，可以得到四種可能的非對映異構(gòu)體-羥基酯，通過選擇恰當(dāng)?shù)奈⑸锟梢缘玫剿铇?gòu)型的產(chǎn)物。第56頁,共148頁，2024年2月25日，星期天

-單取代--酮酯還原得到非對映體順式和反式

-羥基酯，其產(chǎn)物的比率不是1：1，這是由于烯醇化引起的快速原位消旋，從而改變了動力學(xué)拆分結(jié)果。順、反非對映體的比率取決于還原過程中酶的立體選擇性，有時可高達(dá)100：0

第57頁,共148頁，2024年2月25日，星期天第58頁,共148頁，2024年2月25日，星期天原位消旋第59頁,共148頁，2024年2月25日，星期天途徑R1R2R3

生物催化劑產(chǎn)率d.e.%e.e.%AMe

烯丙基Et面包酵母9492>99BMeMeEt白地霉80>98>98C4-MeOPh-ClEt流放側(cè)孢529698D4-MeOPh-ClMe不明毛霉58>98>99第60頁,共148頁，2024年2月25日，星期天酵母細(xì)胞催化烯烴還原

生物催化潛手性烯烴雙鍵的還原具有立體選擇性，這是常規(guī)化學(xué)還原所無法實現(xiàn)的。微生物中含有的烯酸還原酶負(fù)責(zé)這一催化反應(yīng)，該酶也需要輔酶NADH，氫反式加成到雙鍵上。

,-不飽和酯的還原第61頁,共148頁，2024年2月25日，星期天第62頁,共148頁，2024年2月25日，星期天2烯丙醇的還原面包酵母

面包酵母能將上述化合物中與芳香環(huán)共軛的C=C雙鍵還原，而其他雙鍵不還原第63頁,共148頁，2024年2月25日，星期天3

，-不飽和酮的還原酮的還原遵循Preg規(guī)則面包酵母快面包酵母主主次第64頁,共148頁，2024年2月25日，星期天第65頁,共148頁，2024年2月25日，星期天2.7轉(zhuǎn)移酶（transferase,EC2.x.x.x）

轉(zhuǎn)移酶催化功能團(tuán)從一個底物轉(zhuǎn)移給另一個底物。它們的底物必須有兩個，一個是供體，一個是受體。轉(zhuǎn)移的基團(tuán)可以是氨基、糖基、或一條多糖鏈、磷酸基。如轉(zhuǎn)氨酶、糖基轉(zhuǎn)移酶、磷酸化酶等。X-Y+ZX+Z-Y第66頁,共148頁，2024年2月25日，星期天氨基轉(zhuǎn)移酶

氨基轉(zhuǎn)移酶以磷酸吡哆醛（PLP）為輔酶，催化下列反應(yīng)，反應(yīng)中氨基酸將分子中的氨基轉(zhuǎn)移給

-酮酸，生成新的

-氨基酸和-酮酸

氨基轉(zhuǎn)移酶第67頁,共148頁，2024年2月25日，星期天氨基酸可用于食品添加劑、醫(yī)藥及輸液中

氨基酸轉(zhuǎn)移酶種類多、分布廣，能催化L-氨基酸的生物合成，例如：L-苯丙氨酸由苯丙酮酸與L-天冬氨酸在L-天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶的催化作用下生成，生產(chǎn)規(guī)?？梢赃_(dá)到600噸/年。

L-氨基酸還可以通過發(fā)酵的方法生產(chǎn)，但D-氨基酸不能通過發(fā)酵的方法生產(chǎn)，產(chǎn)率及光學(xué)純度都不高

應(yīng)用化學(xué)方法合成D-氨基酸成本高，較困難

氨基酸的生產(chǎn)方法有四種：從生物資源物質(zhì)中提??；化學(xué)法；發(fā)酵法；酶法第68頁,共148頁，2024年2月25日，星期天

下圖給出了以D-氨基酸為氨基供體工業(yè)規(guī)模合成新D-氨基酸的示意圖，產(chǎn)品規(guī)模達(dá)到多噸級以上目前可利用D-氨基轉(zhuǎn)移酶能催化D-氨基酸的合成。D-氨基酸如D-對羥苯甘氨酸是合成β-內(nèi)酰胺藥物的重要原料，D-氨基酸還是農(nóng)藥和食品添加劑的重要組成成分第69頁,共148頁，2024年2月25日，星期天芽孢桿菌中的D-天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶D-氨基酸的合成缺點：平衡轉(zhuǎn)化率只有約50%第70頁,共148頁，2024年2月25日，星期天

下圖給出了以L-天冬氨酸作為氨基供體，通過偶聯(lián)酶系統(tǒng)來進(jìn)行D-氨基酸生產(chǎn)的流程圖該工藝的優(yōu)點是可以使用克隆的E.coli菌株，它可以進(jìn)行所有步驟反應(yīng)，利用廉價消旋底物高效生產(chǎn)D-氨基酸。

L-天冬氨酸在L-天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶的作用下，脫掉氨基變成β-酮戊二酸，它可進(jìn)一步脫羧變?yōu)楸?。丙酮酸可以參加轉(zhuǎn)氨反應(yīng)，生成丙氨酸，但在乙酰乳酸合酶的催化下，丙酮酸發(fā)生二聚反應(yīng)生成乙酰乳酸，它自發(fā)脫羧生成乙酰甲基丙醇，不再生產(chǎn)氨基酸。第71頁,共148頁，2024年2月25日，星期天第72頁,共148頁，2024年2月25日，星期天第73頁,共148頁，2024年2月25日，星期天環(huán)糊精糖基轉(zhuǎn)移酶第74頁,共148頁，2024年2月25日，星期天1)1反應(yīng)條件【1】8.3%可溶性淀粉

pH5.8-6.0溫度55℃介質(zhì)水反應(yīng)類型己糖基轉(zhuǎn)移反應(yīng)催化劑溶解酶酶環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶菌株芽孢桿菌第75頁,共148頁，2024年2月25日，星期天生產(chǎn)環(huán)糊精流程圖-環(huán)糊精與硬脂酸有非常好的結(jié)合性能第76頁,共148頁，2024年2月25日，星期天磷酸化酶

磷酸化反應(yīng)是生物體內(nèi)的一類重要生化反應(yīng)，體內(nèi)的一些代謝調(diào)控是通過磷酸化反應(yīng)而完成的。此外，生物體內(nèi)的許多分子以磷酸化的形氏參與到生命過程中，例如醛縮酶催化反應(yīng)中的磷酸二羥基丙酮。

化學(xué)法催化多羥基的磷酸化反應(yīng)不具有區(qū)域和立體選擇性，不能省去必要的保護(hù)和脫保護(hù)反應(yīng)第77頁,共148頁，2024年2月25日，星期天甘油激酶，80%乙酸激酶POCl3，60%

磷酸二羥基丙酮是醛醇縮合反應(yīng)中的重要底物，可由化學(xué)法或酶法合成化學(xué)法純度低，產(chǎn)率低酶法純度高，其水溶液可以直接應(yīng)用第78頁,共148頁，2024年2月25日，星期天2.8水解酶（hydrolase,EC3.x.x.x）

水解酶催化底物的水解，需要水分子參與。水解酶分子結(jié)構(gòu)簡單，來源豐富，廣泛地用于生物催化的手性合成反應(yīng)中，占生物催化反應(yīng)用酶的65%，如脂肪酶、酯酶、蛋白酶等。它們能催化酯、酰胺、蛋白質(zhì)、核酸、多糖、環(huán)氧化物和腈的水解。第79頁,共148頁，2024年2月25日，星期天第80頁,共148頁，2024年2月25日，星期天酯水解酯的結(jié)構(gòu)類型I型酯第81頁,共148頁，2024年2月25日，星期天II型酯第82頁,共148頁，2024年2月25日，星期天Ⅰ型酯的手性中心在羧酸部分Ⅱ型酯的手性中心在醇部分手性中心應(yīng)盡可能在水解反應(yīng)位點附近，以保證手性識別第83頁,共148頁，2024年2月25日，星期天

酯酶對高親水性化合物的反應(yīng)性較差，因而酶的底物分子中不宜有極性或帶電基團(tuán)：如-COOH,-CONH2,-NH2等;

Ⅰ型酯中長鏈醇基會降低酶的活性（脂肪酶除外）;Ⅱ型酯中?；糠宙滈L也應(yīng)盡可能短;

酯分子中添加吸電子基可以提高羰基的反應(yīng)活性底物的手性碳原子上通常有一個必須為氫原子

第84頁,共148頁，2024年2月25日，星期天豬肝酯酶（pigliveresterase,PLE）反應(yīng)條件溫和第85頁,共148頁，2024年2月25日，星期天區(qū)域選擇性高第86頁,共148頁，2024年2月25日，星期天對映選擇性底物（R）產(chǎn)物(e.e.%)t-Bu-OCH2（大基團(tuán)）

R(96)Ph（小基團(tuán)）

S(86)第87頁,共148頁，2024年2月25日，星期天I型酯的水解水解酶催化潛手性戊二酸二甲酯衍生物水解水解酶水解酶第88頁,共148頁，2024年2月25日，星期天第89頁,共148頁，2024年2月25日，星期天I型酯的水解第90頁,共148頁，2024年2月25日，星期天II型酯的水解?；糠謱λ饷复呋钚杂绊懞艽蟮?1頁,共148頁，2024年2月25日，星期天II型酯的水解產(chǎn)物構(gòu)型與PLE相反第92頁,共148頁，2024年2月25日，星期天微生物酯酶

完整微生物細(xì)胞能直接用于催化酯立體選擇性水解，枯草桿菌、產(chǎn)氨短桿菌、凝結(jié)芽孢桿菌、豆醬畢赤氏酵母和黑色根霉等是常用于酯水解的微生物

第93頁,共148頁，2024年2月25日，星期天第94頁,共148頁，2024年2月25日，星期天具有酯酶活性的蛋白酶胰凝乳蛋白酶第95頁,共148頁，2024年2月25日，星期天枯草桿菌蛋白酶第96頁,共148頁，2024年2月25日，星期天3青霉素?；傅?7頁,共148頁，2024年2月25日，星期天4米曲霉蛋白酶用于具有空間位阻酯類化合物的水解第98頁,共148頁，2024年2月25日，星期天脂肪酶

脂肪酶在動物、植物及微生物中都存在，能催化甘油三酯水解為脂肪酸和甘油，它們在食品和油脂加工、日用化學(xué)品及手性中間體的制備中有著廣泛的應(yīng)用。在生物催化反應(yīng)中，有30%以上的研究涉及到脂肪酶。脂肪酶催化反應(yīng)的分子機(jī)理與蛋白酶和酯酶不同。酯酶催化反應(yīng)符合米氏方程，而脂肪酶表現(xiàn)為S曲線第99頁,共148頁，2024年2月25日，星期天第100頁,共148頁，2024年2月25日，星期天脂肪酶活性中心外部有一個兩性

-螺旋片斷，像一個蓋子脂肪酶對Ⅰ型酯和Ⅱ型酯都有很高的立體選擇性3為了保證脂肪酶的催化活性，Ⅰ型酯的醇基部分應(yīng)該是長鏈，如正丁醇；Ⅱ型酯的?；糠謶?yīng)為長鏈，至少含3-4個碳原子不同來源的脂肪酶，立體選擇性不同曲霉屬脂肪酶能將分子大的酯作為底物，對小分子酯表現(xiàn)出低的選擇性；假絲酵母脂肪酶則處于二者之間；假單胞菌屬和毛霉屬脂肪酶只能將空間位阻小的酯作為底物;純PPL的立體選擇性與假單胞菌屬類似5細(xì)菌和真菌能產(chǎn)生胞外脂肪酶，便于大量生產(chǎn)

第101頁,共148頁，2024年2月25日，星期天豬胰腺脂肪酶（porcinepancreaticlipase,PPL）

PPL廉價且應(yīng)用廣泛。它的粗制劑中含有多種水解酶如PPL、

-胰凝乳蛋白酶、膽固醇酯酶、羧肽酶等，這些水解酶的立體選擇性各不相同，互相有干擾，因此有時對底物的立體選擇性不高。第102頁,共148頁，2024年2月25日，星期天底物結(jié)構(gòu)(R)溶劑產(chǎn)物構(gòu)型（e.e.%）Ph甲苯S（99）PhCH2O-異丙醚R（94）

產(chǎn)物一般為S構(gòu)型，選擇性（e.e%）與R的空間效應(yīng)及電荷效應(yīng)有關(guān)第103頁,共148頁，2024年2月25日，星期天乙醚萃取很容易分離產(chǎn)物第104頁,共148頁，2024年2月25日，星期天?；糠痔兼溤介L，選擇性越高第105頁,共148頁，2024年2月25日，星期天CRL假絲酵母脂肪酶PSL假單胞菌屬脂肪酶第106頁,共148頁，2024年2月25日，星期天環(huán)氧化合物的水解

環(huán)氧化物是一類重要的有機(jī)化合物，是許多生物活性物質(zhì)合成的原料。一般可用化學(xué)方法制備環(huán)氧化物，但反應(yīng)的立體選擇性不高。環(huán)氧化物水解酶能催化環(huán)氧化物進(jìn)行區(qū)域性和對映選擇性水解。通過生物酶的拆分，得到所需構(gòu)型的環(huán)氧化物環(huán)氧化物水解酶在生物體內(nèi)的外源性化合物代謝中起重要作用。第107頁,共148頁，2024年2月25日，星期天第108頁,共148頁，2024年2月25日，星期天肝微粒體環(huán)氧化物水解酶（MEH）

第109頁,共148頁，2024年2月25日，星期天第110頁,共148頁，2024年2月25日，星期天末端環(huán)氧化合物的水解第111頁,共148頁，2024年2月25日，星期天末端環(huán)氧化合物的水解取代基R的空間位阻越大，選擇性越好第112頁,共148頁，2024年2月25日，星期天非末端環(huán)氧化合物的水解第113頁,共148頁，2024年2月25日，星期天微生物環(huán)氧化物水解酶第114頁,共148頁，2024年2月25日，星期天其他親核試劑與環(huán)氧化合物的酶催化反應(yīng)第115頁,共148頁，2024年2月25日，星期天腈水解

含有腈基的有機(jī)化合物是一種重要的合成原料，根據(jù)底物不同，腈水解有腈水解酶和腈水合酶兩種途徑腈水解酶腈水合酶酰胺酶第116頁,共148頁，2024年2月25日，星期天腈水合酶

含金屬離子做輔酶第117頁,共148頁，2024年2月25日，星期天腈水解酶不需要金屬離子做輔酶第118頁,共148頁，2024年2月25日，星期天腈的化學(xué)選擇性水解

化學(xué)法水解腈一般為羧酸，需要在酸或堿的催化作用下進(jìn)行，選擇性差，還產(chǎn)生一些有毒的副產(chǎn)物如氰化物及其鹽。酶法水解可在接近生理pH的溫和條件下進(jìn)行，同時具有化學(xué)選擇性、區(qū)域選擇性和對映選擇性要求。由于分離純化的腈水解酶不穩(wěn)定，絕大多數(shù)生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)都是利用完整細(xì)胞做催化劑。腈水解酶還可以用于工業(yè)廢水中氰化物的水解脫毒。

第119頁,共148頁，2024年2月25日，星期天

丙烯酰胺是聚丙烯酰胺類高分子材料合成的重要單體，全世界年產(chǎn)量約為20萬噸。廣泛應(yīng)用于絮凝、土壤調(diào)節(jié)、紙張?zhí)幚?、黏合劑、涂料以及石油回收試劑。傳統(tǒng)化學(xué)法是利用銅催化劑催化丙烯腈水合生成丙烯酰胺具有以下缺點：（1）丙烯酰胺的生成速度低于丙烯酸的生成速度（2）底物與產(chǎn)物的雙鍵引起副產(chǎn)物的產(chǎn)生，如乙烯，羥基乙腈，腈基三丙烯酰胺（3）易發(fā)生雙鍵聚合反應(yīng)丙烯酰胺的生物催化制備方法第120頁,共148頁，2024年2月25日，星期天

目前工業(yè)上使用的第三代生產(chǎn)菌玫瑰色紅球菌是一種酰胺酶突變菌株，這從根本上解決了酰胺酶引起的副產(chǎn)物丙烯酸的生成，使產(chǎn)物丙烯酰胺得到積累，轉(zhuǎn)化液中丙烯酰胺濃度大于400g/L腈水解酶酰胺酶

生物轉(zhuǎn)化的優(yōu)點是不需要回收未反應(yīng)的丙烯腈，因為轉(zhuǎn)化率為100%，也不需要除銅催化劑，產(chǎn)率也近100%。工業(yè)上用固定化細(xì)胞進(jìn)行生物催化。第121頁,共148頁，2024年2月25日，星期天

也通過加入酰胺酶抑制劑，生物轉(zhuǎn)化腈類化合物為酰胺。丙烯酰胺不穩(wěn)定易聚合，水合反應(yīng)多在低溫下（大約5℃）進(jìn)行。已有1000多個微生物菌株被用于丙烯腈等腈類化合物的水解或水合。玫瑰色紅球菌可以產(chǎn)生兩種腈轉(zhuǎn)化酶：腈水解酶與水合酶。甲基丙烯酰胺、尿素等為誘導(dǎo)劑可以提高水合酶的產(chǎn)量和活性，添加鈷或鐵離子能極大提高水合酶的活性。

第122頁,共148頁，2024年2月25日，星期天微生物腈水合酶催化芳香腈水解

尼克酰胺和尼克酸是維生素PP的成分第123頁,共148頁，2024年2月25日，星期天己二腈5-氰基戊酰胺綠葉假單胞菌腈水裂合酶pH7.0；溫度5℃介質(zhì)：水相/有機(jī)相催化劑：細(xì)胞固定在海藻酸鈣小球轉(zhuǎn)化率：97%；產(chǎn)率：93%；選擇性：96%停留時間：4h產(chǎn)量：數(shù)噸/年公司：Dupon生物轉(zhuǎn)化條件5-氰基戊酰胺是除草劑合成中間體第124頁,共148頁，2024年2月25日，星期天相比與生物催化法，轉(zhuǎn)化率和選擇性降低第125頁,共148頁，2024年2月25日，星期天腈水解酶的區(qū)域選擇性水解止血劑玫瑰色紅球菌支頂孢屬菌還原第126頁,共148頁，2024年2月25日，星期天腈水解酶的對映選擇性水解白色球擬酵母糞產(chǎn)堿桿菌消旋體R=ph扁桃酸e.e.%>90%e.e.%=100%第127頁,共148頁，2024年2月25日，星期天酰胺的水解1酰胺酶

氨基酸酰胺酶又稱氨基肽酶，可用于外消旋氨基酸的拆分，合成L-氨基酸。酰胺酶消旋化PhCH=OR=烷基、芳基第128頁,共148頁，2024年2月25日，星期天氨基酰化酶

氨基?；改苓x擇性催化L-N-?；被崴?，拆分外消旋氨基酸氨基?；窤c2O消旋化R=烷基，芳基；Acyl=乙?；?，氯乙?；?29頁,共148頁，2024年2月25日，星期天內(nèi)酰胺酶

化學(xué)上比較穩(wěn)定的內(nèi)酰胺環(huán)能抵抗蛋白酶水解，但卻很容易被內(nèi)酰胺酶所水解。內(nèi)酰胺酶可用于消旋體內(nèi)酰胺的水解拆分。紅球菌屬內(nèi)酰胺酶外消旋體第130頁,共148頁，2024年2月25日，星期天4D-海因酶D-對羥基苯甘氨酸是半合成青霉素、氨卞青霉素和阿莫西林的關(guān)鍵原料。它可由化學(xué)法與生物催化法聯(lián)合生產(chǎn)。D-海因酶L-海因D-海因D-N-氨基甲基氨基酸轉(zhuǎn)化率100%第131頁,共148頁，2024年2月25日，星期天D-N-氨基甲基氨基酸

D-對羥基苯甘氨酸D-海因酶來自短芽孢桿菌，并以固定化細(xì)胞形式使用日本一家公司按該合成路線年產(chǎn)200噸外消旋海因由苯酚、乙醛酸和尿素為原料通過Mannich反應(yīng)合成第132頁,共148頁，2024年2月25日，星期天裂合酶（lyase,EC4.x.x.x）

裂合酶催化底物裂解為兩個部分，其中之一含有雙鍵，這和水解酶不同，這類酶催化的反應(yīng)具有可逆性，裂解的鍵可以是碳碳、碳氧或碳氮健等，這類酶包括醛縮酶、水合酶和脫羧酶等第133頁,共148頁，2024年2月25日，星期天醛縮酶在活細(xì)胞中發(fā)生的羥醛縮合反應(yīng)能催化不對稱C-C鍵的形成,常用于糖的合成。第134頁,共148頁，2024年2月25日，星期天

裂合酶不僅可以催化鍵的斷裂，還可以催化小分子化合物如水或氨不對稱加成至C=C、以及HCN加成到C=O鍵上。催化這類反應(yīng)的酶底物專一性很高，只接受天然底物或與天然底物結(jié)構(gòu)非常類似的化合物作為底物