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类球红杆菌不对称催化还原性能与底物结构的关系

作　者: 闫甫昆
导　师: 王梦亮
学　校: 山西大学
专　业: 微生物学
关键词: 类球红杆菌 羰基还原酶 辅酶再生 对映体过剩值
分类号: O643.32
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


利用生物转化技术进行不对称合成越来越受到人们的关注,尤其在药物中间体合成领域。目前,人们主要利用酵母菌、蓝藻、植物细胞和一些真菌类微生物,对较为单一模式的底物进行研究。通过对单一模式底物的研究,已经在一定程度上阐明了生物催化的最适条件,包括pH值、温度、底物浓度和反应时间等。但有关生物催化剂性能与底物结构之间关系的研究较少。尽管生物催化剂在合成手性化合物方面具有较大的优势和广泛的底物适用性,但在催化结构不同的底物时,反应结果差别较大。因此,阐明生物催化剂性能与底物结构之间的关系,可以避免尝试盲目的催化反应,为今后实验室研究和工业化生产选择较为理性的生物催化剂奠定一定的基础。本文采用一株能进行不放氧光合作用的类球红杆菌(Rhodobacter sphaeroides),可以直接利用光能催化潜手性酮生成手性醇。对底物的还原为亲核反应,它借助于自身的羰基还原酶,在还原过程中有烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(还原型辅酶Ⅱ,NADPH)的参与。NADPH在光能的作用下可以在类球红杆菌内部再生,在再生过程中NADPH被氧化为NADP+时释放出负氢离子,后者在羰基还原酶的作用下进攻酮羰基的碳正离子,从而还原底物。本文在此机理的基础上,研究了类球红杆菌的催化能力与潜手性酮底物结构之间的构效关系。得出如下结论：1、利用化学的方法对22种化合物进行了催化还原,得到了混旋的还原产物。首先,通过自动旋光指示仪对还原产物进行手性测定；其次,对每一种底物及其还原产物建立气相色谱的检测方法,确定其保留时间。这样就为之后生物催化还原结果的分析讨论奠定了基础。2、利用之前工作构建好的类球红杆菌全细胞不对称催化还原体系,在最优的反应条件下,对22种化合物进行了催化还原。在催化产率方面,对22种酮类化合物的还原结果表明,吸电基团的取代更有利于此反应的进行；通过对脂肪酮反应液OD485值的检测说明,直链脂肪酮的链长越长对细胞完整性的破坏就越严重,从而使得产率有所下降。在光学纯度方面,无论是芳香酮还是脂肪酮化合物,ee值的变化都遵循Prelg规则。3、通过分离纯化类球红杆菌胞内的羰基还原酶以及细菌叶绿素BCHla,构建了羰基还原酶与辅酶再生体系的耦合催化体系。为进一步说明类球红杆菌催化还原不同底物时,内部酶与不同底物间的构效关系以及酶的专一性提供了条件。4、利用构建的酶耦合催化体系对22种酮类化合物进行了催化还原,并且于标准条件下测定了酶活(以4’-Fluoroacetophenone的酶活为100%),计算了每种酮类化合物的动力学常数Km。表明,强电负性的小取代基团与酶的亲和性要高于弱电负性的大取代基团；在脂肪酮类化合物中,酶对五碳脂肪酮的专一性较高。另外,酶对脂肪酮类化合物的专一性要高于芳香酮类化合物,并且酶催化的ee值全部在99%左右,较全细胞催化有更高的立体选择性。

全文目录


中文摘要  10-12
英文摘要  12-15
第一章 引言  15-28
  1.1 手性化合物的重要性  15-17
    1.1.1 手性药物  15-16
    1.1.2 手性农药  16-17
    1.1.3 手性化合物在其余领域  17
  1.2 手性化合物的制备  17-21
    1.2.1 物理法  17-18
    1.2.2 化学法  18-19
    1.2.3 天然手性产物的获得  19
    1.2.4 生物催化  19-21
  1.3 手性化合物的生物合成与转化  21-25
    1.3.1 全细胞催化  21-22
    1.3.2 酶催化  22-25
  1.4 论文的研究思路及课题的创新点  25-28
    1.4.1 论文的研究思路  25-26
    1.4.2 课题的创新性  26-28
第二章 标准品的制备及检测方法的建立  28-31
  2.1 实验仪器及试剂  28
  2.2 实验方法  28-29
    2.2.1 标准品的制备  29
    2.2.2 检测条件的确定  29
  2.3 实验结果  29-31
    2.3.1 回收率测定  29
    2.3.2 精密度实验  29-30
    2.3.3 检测条件的确定  30-31
第三章 类球红杆菌全细胞催化反应的研究  31-36
  3.1 实验仪器及试剂  31
    3.1.1 实验仪器  31
    3.1.2 实验试剂  31
  3.2 实验方法  31-32
    3.2.1 类球红杆菌全细胞生物催化体系的构建  31-32
    3.2.2 产物的分析方法  32
    3.2.3 反应液中类胡萝卜素光密度值的测定  32
  3.3 结果与讨论  32-36
    3.3.1 类球红杆菌全细胞催化芳香酮类化合物  32-34
    3.3.2 类球红杆菌全细胞催化脂肪酮类化合物  34-35
    3.3.3 底物链长对细胞完整性的影响  35-36
第四章 辅酶再生体系与羰基还原酶耦合催化体系的构建  36-40
  4.1 实验仪器及试剂  36
    4.1.1 实验仪器  36
    4.1.2 实验试剂  36
  4.2 实验方法  36-38
    4.2.1 羰基还原酶的分离纯化  37
    4.2.2 羰基还原酶酶活的测定  37
    4.2.3 细菌叶绿素BCH1a的分离纯化  37
    4.2.4 辅酶再生体系的构建  37-38
    4.2.5 辅酶再生体系与羰基还原酶偶合催化体系的构建  38
  4.3 结果与讨论  38-40
第五章 酶耦合催化反应的研究  40-43
  5.1 实验仪器及试剂  40
    5.1.1 实验仪器  40
    5.1.2 实验试剂  40
  5.2 实验方法  40-41
    5.2.1 酶对底物的催化还原  41
    5.2.2 米氏常数Km值的测定  41
  5.3 结果与讨论  41-43
第六章 结论与展望  43-44
  6.1 结论  43
  6.2 展望  43-44
参考文献  44-50
研究成果  50-51
致谢  51-52
个人简况及联系方式  52-54

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 物理化学（理论化学）、化学物理学 > 化学动力学、催化作用 > 催化 > 催化反应
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