微生物药物学-第二十二章-生物转化的类型和机制.ppt

（一） 脂肪酶的定义 脂肪酶的简单定义为：催化长链酰基甘油水解（或合成）的羧基酯酶（carboxylesterase）； 如果以三油酰甘油酯（trioleoylglycerol）为标准底物时，水解含有酰基链长大于10个碳原子的甘油酯时，往往被称之为脂肪酶（lipase），如果当以三丁酸甘油酯为标准底物时，水解含有小于10个碳原子的甘油酯时，往往被称之为酯酶（esterase）。但应该注意的是，这些脂肪酶往往具有优先水解酯酶底物。 另外一种更为容易的理解的含义是：对于含大的手性羧酸和小的醇的酯，其水解或酯交换由酯酶催化，而对由小的羧酸和大的手性醇构成的酯，则由脂肪酶催化，如图所示。 脂肪酶和酯酶催化的酯水解反应 已经实现商业化的一些微生物来源的脂肪酶 微生物名称 用途 Candida rugosa Candida Antarctica A/B Thermomyces lanuginosus Rhizomucor miehei 有机合成 有机合成 洗涤剂 食品加工 Burkholderia cepacia Pseudomonas alcaligenes Pseudomonas mendocina Chromobacterium viscosum 有机合成 洗涤剂 洗涤剂 有机合成 细菌脂肪酶的三维结构和催化机制 典型的α/β水解酶折叠 铜绿假单胞菌脂肪酶的结构 脂肪酶的催化机制 1、亲核丝氨酸残基的活化，其活化过程一方面来自于被邻近的组氨酸，另一方面来自于受丝氨酸中O-作用的底物羧基碳原子的亲核进攻； 2、被活化的丝氨酸与底物中的羧基碳结合，形成一个过度态的四元中间体，这个中间体由于两个肽中的NH基团与O- 的作用而使其稳定，组氨酸在这一过程中提供一个质子给底物中要离去的醇基上； 3、共价中间体（“酰化酶”）的形成，底物中的酸部分与酶中丝氨酸残基形成酯键，周围的水分子被邻近的组氨酸活化，结果是OH-对共价中间体中的羧基碳原子进行亲核进攻； 4、组氨酸残基提供一个质子给活化的丝氨酸残基中的氧原子，使丝氨酸与酰基化部分的酯键断裂，释放酰基化产物。 脂肪酶的催化机制 亲核试剂捕捉酶分子活性部位形成酰基/酶复合物的过程 脂肪酶进行酯水解和酯合成的过程 （a）：不溶性酯的水解 （b）：涉及到不溶性生物催化剂、溶于有机溶媒的酰化基和底物的转酯反应 图显示了该酶的活性部位：底物基团与酶结合的三个结合袋，以及位于结合袋周围的氨基酸残基。如图所示：飞镖形的活性部位被分为一个大大的疏水沟，其可以恰如其分地容纳sn-3酰基链；一个可以嵌入抑制剂的醇部分，其可以再被分为一个可以容纳sn-2部分的疏水/亲水袋，（由于sn-2结合袋对底物结合的交互作用最密切，因此，这可能是决定酶立体选择性的优先因素），和一个较小的可以容纳sn-1链的结合袋。范德华力是维持以上底物中这些基团与酶结合的主要作用。另外，sn-2链中的酯氧原子与活性部位组氨酸的NE2原子之间的氢键，对固定抑制剂的位置具有重要的作用。 一些由微生物来源的脂肪酶催化潜手性化合物成为单一异构体的反应种类 2、双加氧酶催化的氧化反应 双加氧酶（dioxygenases），有称双氧酶，能催化氧分子中的两个氧原子加入到一个底物分子中。这类酶一般含有紧密结合的铁原子，如血红素铁，其催化的典型反应有以下三种（如图所示）。 双加氧酶催化的氧化反应 双加氧酶催化的氧化反应 双加氧酶催化的反应有烯烃的氢过氧化反应。烯烃可被一种双加氧酶-脂氧酶氧化为脂质氢过氧化物，其对细胞具有毒性，并能引起病变。脂质氢过氧化物能被过氧化物酶还原为醇。大豆脂氧酶能够催化天然的亚油酸的氧化并不有很高选择性，同时对非天然的底物也能够进行同样的催化反应。 过氧化物酶 过氧化物酶能够催化过氧化氢化许多芳香族胺或酚类化合物，也有的过氧化物酶能够用于特定构型仲醇的制备。 同样，由于过氧化酶的立体选择性，此酶还可用于消旋体氢过氧化物的拆分。 双加氧酶在能够用于制备顺式环状二醇和顺式环状连二醇，这些手性化合物具有很多的用途。 3、氧化酶和脱氢酶的催化反应 氧化酶催化电子转移到分子氧中，以氧作为电子受体，最终生成水或过氧化氢。 氧化酶有黄素蛋白氧化酶（氨基酸氧化酶、葡萄糖氧化酶）、金属黄素蛋白氧化酶（醛氧化酶）和血红素蛋白氧化酶（过氧化氢酶、过氧化物酶）等。 其中有些具有重要的应用价值。 脱氢酶 可以催化氧化和还原双向可逆反应，一般以催化还原反应为主，但根据需要设计反应条件可以使还原反应转化为氧化反应。脱氢酶能够催化多元醇分子中的某一羟基区域选择性氧化，而化学方法需要对多元醇中的其他羟基进行保护和脱保护的反应。另外，某些脱氢酶能够催化消旋体醇对映体选择性地氧化而用于拆分。 三、水解反应 水解酶（hydrolases，