化学微生物学第7章微生物转化精选.ppt

微生物转化 UM-BBD 第一节 微生物转化历史 一、转化历史 二、酶促转化历史 三、与传统化学的比较 二 微生物转化方法 从20世纪50年代开始，微生物学家通过有机化学、物理学、生物化学和遗传基因学等学科的帮助，来研究了微生物代谢产物中的化学组成以及生命活动中酶和酶的化学反应使生物学科向分子水平发展；同时也提供了微生物学向化学学科的渗透。微生物学研究者应用现代的生物技术来帮助生物化学和有机化学工作者解决一些复杂和疑难的微生物代谢产物和化学合成的反应．创造出不少人工合成的新化合物，推动了生物化学和有机化学的发展。 微生物转化是通过微生物细胞将复杂的底物进行结构修饰，也就是利用微生物谢过程中产生的某个或某一系列的酶对底物特定部位(基团)进行的催化反应。 微生物作为一个生命体，其体积虽小，但有一套自身特异性的酶体系。在它的生长过程中有无数酶的参与，合成酶、水解酶、异构酶、氧化酶、还原酶等都可能对加入其中的底物发生作用，使其结构发生变化。 正因为微生物有着这独特的优点，微生物转化就具备了生物量积累快、转化时间短、转化酶表达效率高、便于工业化生产的特点。 微生物转化历史悠久，早在2500年前的春秋战国时期，人们就已经知道制酱和醋。在宋代，采用老的曲子进行接种，还根据酸大米和明矾水在较高温下培养制造红曲。不过当时人们并没有认识到可以利用微生物来合成化学物质。 因此一般认为微生物转化研究始于1864年巴斯德利用乙酸杆菌将乙醇氧化为乙酸，但工业化微生物转化的重要里程碑应该是20世纪50年代美国普强药厂的Murray和Peterson利用微生物黑根霉(Rhizonpus nigricans)的羟化酶将黄体酮转化为11α-羟基黄体酮，即对甾体化合物的结构改造。 利用微生物的作用来进行某种化学反应称为微生物转化反应(microbial transformation or microbial bioconversion)。 准确地说应该是利用微生物代谢过程中某一个酶或者一组酶系对底物进行催化反应称为微生物转化反应。 随着生物学科进一步发展，特别是固定化细胞、诱变和基因重组等重要的生物技术的发展，不仅使得生物转化成倍地提高转化率，并且能将几种不同合成基因构建到同一个工程菌中使得一次培养同时进行几步转化反应，使微生物转化在天然药物修饰中发挥更重要的作用。 第一节微生物转化的反应 随着现代生物技术的不断进步，特别是固定化细胞、诱变和基因重组等的发展，使微生物转化的转化率成倍提高，也为天然药物结构修饰带来了广大的发展空间。 不同类的微生物都含有不同的酶系。现在将目前应用和研究上用得比较多的微生物按化学反应分类。 1．应用于氧化反应 (1)脱氢反应 应用于脱氢反应的主要是细菌 (2)羟基化反应 2、应用于水解反应 应用于水解反应的主要是细菌、酵母菌和霉菌 3、应用于还原反应 应用于还原反应的主要是酵母菌和霉菌。 4、应用于酰基化反应 应用于酰基化反应的主要是细菌 5、应用于降解反应 应用于降解反应的主要是细菌 6、应用于脱水反应 应用于脱水反应的主要是细菌和霉菌 第二节微生物转化的一般过程 微生物转化实验概要过程如下： 选择需要的菌株 培养成熟菌丝或孢子 选择合适的转化方式 转化培养或转化菌丝及孢子悬浮液转化 转化液的分离提取 产品纯化 1．选择菌种 选择好的菌种是做好微生物转化反应的关键；根据微生物转化反应的类型，选择哪类微生物含这类反应的酶。一般可以向国家或地方保管菌种机构去函索取。 2. 制备培养基 按微生物转化菌种的培养特征和转化反应需要配制培养基；一般要求培养基的成分能使菌丝生长丰满和富含需要的酶。 3 加转他底物 加底物时有两个同等重要的影响因素：选择合适的菌种生长期加底物；选择加底物的方法和方式。 4 添加刺激剂或抑制剂 添加抑制剂是抑制酶副反应或抑制其他反应不良酶的生长；添加刺激剂是提高酶活力和增加酶生长量。 5 控制好转化反应培养时间 按有关微生物转化反应各种因素，控制好转化反应培养终点电，使底物转化达到最大反应完全值。 6 调控好影响因素 调控好整个转化过程中各项影响因素。 7 控制好转化反应终点 当取样分析反映转化培养液中转化产物积累不再增加时，立刻采用物理方法将菌丝体及培养物除去来停止转化反应。 8 分离纯化转化产物 此时转化产物已与生物转化系统分开，可按化学方法将产物分离提纯 三几种常用的微生物转化方法 随着固定化细胞、诱变和基因重组等重要的生物技术的发展，不仅使得微生物转化在天然药物修饰中发挥更重要的作用，使生物转化成倍地提高转化率，并且使得微生物转化