生物轉化在天然產物化學中的研究進展

彭強芒（邵陽學院生物與化學工程系,湖南邵陽422000)

生物轉化在天然產物化學中的研究進展

彭強芒
（邵陽學院生物與化學工程系,湖南邵陽422000)

摘要：近幾年，生物科學發展迅速，天然產物化學開始逐漸應用生物轉化。文章首先對生物轉化中主要的幾種化學反應進行了介紹，進而闡述了生物轉化在天然產物化學中的應用。

關鍵詞：生物轉化；天然產物化學；化學反應??

外源性化合物利用生物體系或者酶制劑對其結構進行修飾的生物化學過程，叫做生物轉化。從本質上來看，生物轉化是外源性底物在生物體系的作用下，產生的酶催化反應。生物轉化反應的優點較多：反應清潔、高效、產物單純、高選擇性、能耗低、易分離純化等，滿足了綠色化學的各種要求。生物轉化在天然產物化學中有著較大的應用市場，其在設計和發展進程中產生了新的底物，通過使用酶，并且結合遺傳工程，從而對其催化性質進行改變，這兩者為制藥工業帶來了新的思路。所以，研究者開始重點關注生物轉化方法，促進其迅速發展。

1生物轉化反應的主要類型

生物轉化具有各種各樣的反應類，最常見的有以下幾種：一，羥基化反應。該反應在生物轉化中是最為普遍的反應，而且其重要性也最顯著。羥基化反應可以發生于多個位置，與此同時會產生各種衍生物。在合成甾體藥物及其中間體時，羥基化生物轉化技術有著不可替代的作用。二，糖苷化反應。該反應在植物懸浮培養體系介導的生物轉化反應中最常見。其中主要的糖苷化反應包括兩個方面：其中一種反應為糖基化反應，反應物為糖片段與羥基；另一種則會發生酯化反應，反應物是糖片段和羧酸。三，醇酮的氧化還原反應。通過對植物細胞進行培養，進而把醇轉化成酮，在對手性化合物進行生產時，對映選擇性氧化反應有著較大的作用。而且在生物催化劑的作用下，醛酮中的羰基也能還原成醇。四，C=C雙鍵的還原反應。原芹酮的C=C雙鍵在烯酮還原酶的作用下，還原成C—C鍵，人們利用該反應，從而對立體化學以及其作用機制進行充分研究。五，硝基還原反應。TNT在植物細胞培養物作用下可以生成ADNT。六，環氧化反應。應用該反應可以用來修飾細胞帶有毒性的倍半萜烯的結構。七，成環反應。細胞色素P450酶具有環化作用，能夠對植物生物合成的過程進行模仿，查耳酮分子成環之后產生黃酮。

2生物轉化在天然產物化學中的應用

2.1拆分與合成手性藥物

現今，手性藥物開始席卷全球，已經發展成為研究新藥的主要內容。根據相關研究發現，已經研發出的藥要有1200種，其中手性藥物就有820種，在新藥開發中的比重已經超過了68%。由于對映異構體有著不同的光學活性，因此手性藥物在生命體內部也會產生不同的生物學活性。

酶生物體系中有著較大的優勢，主要包括區域選擇性、對映體選擇性以及化學選擇性三個方面，因而生物轉化反應在手性藥物的拆分與合成方面有著較大的應用潛力。手性藥物利用酶對其進行拆分，然而酶活性中心的環境并不是一個對稱的，在相關條件下，酶只能夠催化消旋體中的單個對映體，再產生化合物，最終達到分離兩個對映體的目的。與此同時，酶還能夠催化合成手性藥物。當前，使用比較廣泛的是酶或者微生物，這兩者能偶直接將其轉化。另外，還可以選擇的酶有氧化還原酶、水解酶、裂解酶、環氧化酶、羥化酶和合成酶等不對稱合成各種較復雜的手性化合物。而且這種方法不用準備前體衍生物，可以直接把所有的前體全部轉化成手性化合物，所以在工業中具有較大的應用價值。

2.2對天然產物結構進行有機合成

天然藥物的含量一般都不高，而且具有復雜性較強的結構、能夠使用的資源較少，合成還不可以利用化學方法進行，因此在開發新藥的過程中，一般都用不到。生物轉化的本質為酶催化化學反應，一般具有較快的催化效率，而且具有位置與立體選擇性優勢，具有較多的反應類型，而且反應條件溫和，不會對環境造成污染。所以為了合成具有活性的天然產物或者尋找其衍生物，就可以生物轉化的方法，不但容易得到結構新穎的化合物，而且能夠簡化合成的步驟，大幅度增加產物的收率。目前，生物轉化反應已經被廣泛用于開發新藥的進程中。

2.3闡明抑真菌藥物的耐藥機制

最近，Aleu等人發現Botrytiscinerea能夠改變抑真菌活性的天然化合物Isoprobotryan9a-ol和Ginsenol的結構，產生羥基化產物，最終失去抗真菌作用。此項研究表明生物轉化能夠對微生物耐受抑真菌藥物的脫毒發生作用，為研制抑真菌藥物提供了新的思路。此外，經過實驗還發現植物對病原性真菌的耐受和生物轉化機制存在相似性。真菌產生的有害物質在植物體內發生羥基化與糖苷化等反應，就會喪失毒性。

2.4成為藥物代謝機制的研究模型

在對其研究多年后，人們發現一個現象，那就是藥物體內代謝產生的產物與微生物轉化產物之間有著較大的類似性，因而，有人提出建議，用微生物轉化模型來代替藥物體內的代謝，此時，生物轉化技術正式開始了一個新的發展領域。在生物制品中，大多數的藥物體內代謝產物的含量都比較低，而且受到雜質的嚴重干擾，很難對產物進行結構鑒定或者分離純化。相對而言，微生物分離轉化產物是比較簡單的，而且可以大量的制備產物，所以在鑒定藥物代謝的微量時，可以將其用來輔助，甚至還可以輔助鑒定痕量產物。

3總結

生物轉化在天然產物化學中的應用，當前已經有了較好的發展成果，在工業發展中存在較大的潛力。然而我國依舊把生物轉化內容的研究重點局限在整體細胞的催化水平上，但是關于轉化規律、生物催化機制方面的內容仍然過于薄弱，而且完全忽視了催化酶的分子水平研究。值得稱贊的是，現代分析以及生物技術近幾年在迅速發展，傳統的生物轉化研究開始融入這些新興的技術。由此可見，生物轉化應該把研究重點放在催化酶上面，同時還要注意觀察其具體的發展趨勢；隨著科學技術的不斷發展，生物轉化與化學方法之間的聯系將會更加緊密。同時，其將會在研究與開發天然藥物方面發揮更重要的價值。

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