生物转化在天然产物化学中的研究进展

彭强芒（邵阳学院生物与化学工程系,湖南邵阳422000)

生物转化在天然产物化学中的研究进展

彭强芒
（邵阳学院生物与化学工程系,湖南邵阳422000)

摘要：近几年，生物科学发展迅速，天然产物化学开始逐渐应用生物转化。文章首先对生物转化中主要的几种化学反应进行了介绍，进而阐述了生物转化在天然产物化学中的应用。

关键词：生物转化；天然产物化学；化学反应̓̓

外源性化合物利用生物体系或者酶制剂对其结构进行修饰的生物化学过程，叫做生物转化。从本质上来看，生物转化是外源性底物在生物体系的作用下，产生的酶催化反应。生物转化反应的优点较多：反应清洁、高效、产物单纯、高选择性、能耗低、易分离纯化等，满足了绿色化学的各种要求。生物转化在天然产物化学中有着较大的应用市场，其在设计和发展进程中产生了新的底物，通过使用酶，并且结合遗传工程，从而对其催化性质进行改变，这两者为制药工业带来了新的思路。所以，研究者开始重点关注生物转化方法，促进其迅速发展。

1生物转化反应的主要类型

生物转化具有各种各样的反应类，最常见的有以下几种：一，羟基化反应。该反应在生物转化中是最为普遍的反应，而且其重要性也最显著。羟基化反应可以发生于多个位置，与此同时会产生各种衍生物。在合成甾体药物及其中间体时，羟基化生物转化技术有着不可替代的作用。二，糖苷化反应。该反应在植物悬浮培养体系介导的生物转化反应中最常见。其中主要的糖苷化反应包括两个方面：其中一种反应为糖基化反应，反应物为糖片段与羟基；另一种则会发生酯化反应，反应物是糖片段和羧酸。三，醇酮的氧化还原反应。通过对植物细胞进行培养，进而把醇转化成酮，在对手性化合物进行生产时，对映选择性氧化反应有着较大的作用。而且在生物催化剂的作用下，醛酮中的羰基也能还原成醇。四，C=C双键的还原反应。原芹酮的C=C双键在烯酮还原酶的作用下，还原成C—C键，人们利用该反应，从而对立体化学以及其作用机制进行充分研究。五，硝基还原反应。TNT在植物细胞培养物作用下可以生成ADNT。六，环氧化反应。应用该反应可以用来修饰细胞带有毒性的倍半萜烯的结构。七，成环反应。细胞色素P450酶具有环化作用，能够对植物生物合成的过程进行模仿，查耳酮分子成环之后产生黄酮。

2生物转化在天然产物化学中的应用

2.1拆分与合成手性药物

现今，手性药物开始席卷全球，已经发展成为研究新药的主要内容。根据相关研究发现，已经研发出的药要有1200种，其中手性药物就有820种，在新药开发中的比重已经超过了68%。由于对映异构体有着不同的光学活性，因此手性药物在生命体内部也会产生不同的生物学活性。

酶生物体系中有着较大的优势，主要包括区域选择性、对映体选择性以及化学选择性三个方面，因而生物转化反应在手性药物的拆分与合成方面有着较大的应用潜力。手性药物利用酶对其进行拆分，然而酶活性中心的环境并不是一个对称的，在相关条件下，酶只能够催化消旋体中的单个对映体，再产生化合物，最终达到分离两个对映体的目的。与此同时，酶还能够催化合成手性药物。当前，使用比较广泛的是酶或者微生物，这两者能偶直接将其转化。另外，还可以选择的酶有氧化还原酶、水解酶、裂解酶、环氧化酶、羟化酶和合成酶等不对称合成各种较复杂的手性化合物。而且这种方法不用准备前体衍生物，可以直接把所有的前体全部转化成手性化合物，所以在工业中具有较大的应用价值。

2.2对天然产物结构进行有机合成

天然药物的含量一般都不高，而且具有复杂性较强的结构、能够使用的资源较少，合成还不可以利用化学方法进行，因此在开发新药的过程中，一般都用不到。生物转化的本质为酶催化化学反应，一般具有较快的催化效率，而且具有位置与立体选择性优势，具有较多的反应类型，而且反应条件温和，不会对环境造成污染。所以为了合成具有活性的天然产物或者寻找其衍生物，就可以生物转化的方法，不但容易得到结构新颖的化合物，而且能够简化合成的步骤，大幅度增加产物的收率。目前，生物转化反应已经被广泛用于开发新药的进程中。

2.3阐明抑真菌药物的耐药机制

最近，Aleu等人发现Botrytiscinerea能够改变抑真菌活性的天然化合物Isoprobotryan9a-ol和Ginsenol的结构，产生羟基化产物，最终失去抗真菌作用。此项研究表明生物转化能够对微生物耐受抑真菌药物的脱毒发生作用，为研制抑真菌药物提供了新的思路。此外，经过实验还发现植物对病原性真菌的耐受和生物转化机制存在相似性。真菌产生的有害物质在植物体内发生羟基化与糖苷化等反应，就会丧失毒性。

2.4成为药物代谢机制的研究模型

在对其研究多年后，人们发现一个现象，那就是药物体内代谢产生的产物与微生物转化产物之间有着较大的类似性，因而，有人提出建议，用微生物转化模型来代替药物体内的代谢，此时，生物转化技术正式开始了一个新的发展领域。在生物制品中，大多数的药物体内代谢产物的含量都比较低，而且受到杂质的严重干扰，很难对产物进行结构鉴定或者分离纯化。相对而言，微生物分离转化产物是比较简单的，而且可以大量的制备产物，所以在鉴定药物代谢的微量时，可以将其用来辅助，甚至还可以辅助鉴定痕量产物。

3总结

生物转化在天然产物化学中的应用，当前已经有了较好的发展成果，在工业发展中存在较大的潜力。然而我国依旧把生物转化内容的研究重点局限在整体细胞的催化水平上，但是关于转化规律、生物催化机制方面的内容仍然过于薄弱，而且完全忽视了催化酶的分子水平研究。值得称赞的是，现代分析以及生物技术近几年在迅速发展，传统的生物转化研究开始融入这些新兴的技术。由此可见，生物转化应该把研究重点放在催化酶上面，同时还要注意观察其具体的发展趋势；随着科学技术的不断发展，生物转化与化学方法之间的联系将会更加紧密。同时，其将会在研究与开发天然药物方面发挥更重要的价值。

参考文献：

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[3]刘庆鑫,李慧梁,柳润辉.微生物转化在天然产物研究中的应用[J].药学实践杂志,2012(05):321-325.

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