甾体化合物的生物转化
甾体化合物的生物转化
O
O
孕酮
根霉菌
O HO
O
11-羟基孕酮
O
HO
OH
O
皮质醇
O OH
O
OH
O
皮质酮
内容
1、概述 2、酶催化和微生物催化的反应类型 3、甾体生物转化的主要反应 4、代表性实例 5、结束语
1、 概述
生物转化（Biotransformation）是指利用生物体系以及它们所 产 生 的 酶 对 外 源 化 合 物 （ exogenous substrate, foreign substrate, xenobiotics compound）进行结构修饰而获得有价 值产物的生理生化反应，其本质是利用生物体系本身所产生的酶对 外源化合物进行酶促催化反应。生物转化具有反应选择性强（位置 选择性 regio-selectivity 和立体选择性 stereo-selectivity）、 高效率、反应条件温和、副产物少、不造成环境污染、后处理简单 等优点 。迄今，在生物转化研究领域已取得了很大的进展。生物 转化不仅应用于有机合成的研究中，而且还应用于植物次生代谢产 物的结构修饰、活性先导化合物的寻找及药物构效关系的探索等研 究中，被称为“绿色化学，green chemistry”，用于药物开发、 环境净化等科学领域，有着重要的理论意义及实际应用价值。
COOH O -呋喃甲酸
(4)
OH
O
C
C
H
乙酸杆菌属
OH
O
环戊酮
(5)
CH3
CHO
CH3 假单孢菌
CHO
OH
OH
4-羟 基苯 甲 醛
(6)
CH3
COOH
中药化学《甾体类化合物》重点总结及习题
中药化学《甾体类化合物》重点总结及习题本章复习要点：1.了解甾体类化合物的含义、分布、生源途径和生理活性。
2.了解强心苷的含义、分布及生物活性。
3.掌握强心苷、甾体皂苷的结构类型、理化性质和检识。
4.掌握强心苷、甾体皂苷的提取、分离方法。
5.熟悉强心苷、甾体皂苷的结构测定。
6.熟悉胆汁酸的理化性质及检识。
第一节 概述【含义】甾体类化合物是以环戊烷骈多氢菲为基本母核的一类化合物的总称。
【分类】甾体类化合物依-17位取代基团的不同，可分为：【 甾体类化合物由甲戊二羟酸的生物合成途径转化而来。
【概述】强心苷是指存在于植物体内的一类对心脏具有显著生物活性的甾体苷类，是由强心苷元与糖缩合而成的一类苷。
【结构与分类】1.苷元部分：天然存在的强心苷元是C 17侧链为不饱和内酯环的甾体化合物。
根据C 17侧链为不饱和内酯环的不同，强心苷元可分为：132564R78910111213141516171819构成强心苷的糖根据C2位上羟基的有无可分为：（1）α–羟基糖：2–羟基糖，主要为D–葡萄糖、L–鼠李糖。
（2）α–去氧糖：常见于强心苷，是区别于其它苷类的一个重要特征。
主要包括2，6–去氧糖（如：D–洋地黄毒糖）和2，6–去氧糖甲醚（如：L–夹竹桃糖）。
3.苷元和糖的连接方式（依直接与苷元相连的糖的种类）I型苷元-（2、6-二去氧糖）Χ-（D-葡萄糖）УII型苷元-（6-去氧糖）Χ- （D-葡萄糖）УIII型苷元- （D-葡萄糖）У植物界存在的强心苷，以I、II型较多。
【理化性质】1．性状大多为无色结晶或无定形粉末。
具有旋光性。
味苦，对粘膜有刺激性。
2．溶解性强心苷用混合强酸（3~5%盐酸）水解时，苷元上羟基（C14-OH，C5-OH更容易）与邻位上的氢脱去水分子的反应。
属于水解反应的副反应，应注意避免。
★4．水解反应（1）酸水解优点:条件温和（水、36℃左右、24 hr），专属性强。
缺点:植物体内只有水解葡萄糖的酶,I 、II 型强心苷仅能得到次生苷和葡萄糖。
甾体微生物转化C_11_羟基化的研究进展
化物的含量较低。在这一过程中, 最有效的甾体 C11 羟基化菌是新月弯孢霉( Curvularia lunata) VKM F
644 和 VNICFI 两株菌, 它们对 RS 和 RSA 呈现了最 高的 C11 羟基化活性, 积累的转化产物量达到 50% ( RS 为底物) ; HC 与副产物 14 羟基 RS 的数量比在 2!1~ 2 5!1 的范围内; 对 RSA 的转化过程, 这两株 菌均 能 生 成 C11 羟 基 化 产 物 HC, 数 量 分 数 为
近年来, C11 羟基的研究发展较快[ 1] 。氢化可 的松( Hydrocortisone, HC) 是重要的皮质激素药物, 在 临床上主要用于治疗胶原性疾病, 如风湿热, 风湿性 关节炎, 红斑狼疮, 过敏性疾病及阿狄森氏病, 也用 于昏迷、休克、严重感染的抢救等。它也是重要的基 本骨干皮质甾体激素药物之一, 且又是出口创汇的 主要原料药和制备高档皮质激素的中间体, 在我国 甾体药业生产中占有较大的份额, 在国内外市场上 需求量也很大。1951 年 Wendler 等[ 2] 用合成法合成 HC, 但是步骤多, 得率低, 因而以后转用微生物转化
( 1. Chengdu Institute of Biology, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610041, China; 2. College of Life Sciences, Sichuan University, Chengdu 610064, China; 3. College of Pharmacy, Sichuan University, Chengdu 610041, China)
【微生物学期末考试题库】经典题目简答题2
2020届微生物学期末考试经典题目题库整理1指出下列培养基各成分的作用，并指出是用来培养哪种类型的微生答案：该培养基中，甘露醇是碳源和能源物质，KH2PO、Mg2SO4 • 7H2O、NaCl、CaSO4 • 2H2O主要提供无机盐离子，CaCO3主要用于调节微生物培养过程中培养基pH值的降低，这一培养基用来培养化能异养微生物。
2、举例说明霉菌与工农业生产、医药实践、环境保护等方面的密切关系。
答案：霉菌对工农业生产、医疗实践、环境保护等有着密切的关系，例如，工业上的大量发酵产物都是通过霉菌来实现的，柠檬酸、葡萄糖酸等有机酸；淀粉酶、蛋白酶等酶制剂；青霉素、头孢霉素、灰黄霉素等抗生素；核黄素等维生素。
利用梨头霉等对甾体化合物的生物转化以生产甾体激素类似药物；以及利用霉菌在生物防治、污水处理和生物测定等方面的应用等。
在食品制造方面，霉菌可以进行酱油的酿造和干酪的制造等。
在基础理论研究方面，霉菌是良好的实验材料，如Neurospora crassa(粗糙脉孢霉)和Aspergillus nidulans(构巢曲霉)是微生物遗传研究中的常用实验材料。
大量真菌可引起工农业霉变，如食品、纺织品、皮革、木材、纸张等。
也是植物最主要的病原菌，却马铃薯晚疫病、稻瘟病和小麦锈病等。
少量的霉菌也可引起动物和人体传染病，如皮肤藓症等。
3、什么是烈性噬菌体？简述其裂解性生活史。
答案：凡是在短时间内能连续完成吸附→侵入→增殖→成熟(装配)→裂解(释放)这五个阶段而实现其繁殖的噬菌体，称之为烈性噬菌体。
裂解性生活史①吸附当噬菌体与其相应的特异宿主在水环境中发生偶尔碰撞后，如果尾丝尖端与宿主细胞表面特异性受体接触就可以触发须把卷紧的尾丝散开，随即就附着在受体上，从而把刺突、基板固着于细胞表面。
①侵入吸附后尾丝收缩，基板从尾丝中获得一个构象刺激，使尾鞘中的144个蛋白质亚基发生复杂的移位，并紧缩成原长的一半，由此把尾丝推出并插入细胞壁和膜中。
甾类激素药物的生产
CH3 C O HO
Rhizopus Nigricans ATCC 62276
O
O
新月弯孢霉（Curvularoa lunata）能将 Reichstein S化合物（简称化合物S， Compound S）一步转化成氢化可的松
CH2OH C O
CH2OH HO
新月弯孢霉
C O OH
O
化合物S
工业上通过生物技术来控制微生物选择性地 降解甾体边链以获得甾类药物的前体物。
生物技术控制途径
① 通过底物-甾体结构的修饰； ② 在微生物降解过程中加酶抑制剂； ③ 通过诱变技术获得生化阻断突变菌株。
甾体激素 的生产工艺过程
甾体的微生物转化和一般的氨基酸、抗生 素的生产不同 发酵的产物不是目的产物，而只是利用微 生物的酶对甾体底物的某一部位进行特定 的化学反应来获得一定的产物。
发酵：将玉米浆、酵母膏、硫酸铵、葡萄 糖及水投入发酵罐中搅拌，用氢氧化钠溶 液调整物料pH值到5.7～6.3，加入0.03%豆 油，灭菌温度120℃，通入无菌空气，降温 至27～28℃，接入犁头霉孢子悬浮液，维 持罐压0.6kg/cm2，控制排气量，通气搅拌 发酵28～32小时。用氢氧化钠溶液调pH值 到5.5～6.0
甾体上羟化对化学合成而言是非常困难的， 除了C17位上通过化学方法能导入羟基外， 其它位置很难导入。
通过微生物羟化酶能非常专一地选择某个 碳位置上将某空间位置上的氢取代氧化成 原来空间构型的羟基。
如孕酮的转化中，利用黑根霉在温度不超 过320C时成功地实现了C11α羟基化反应。
CH3 C O
适宜的发酵条件主要包括
（1）搅拌 搅拌可增加传质和传热，可以增加培 养基的氧气供给，使氧气均匀分散而提高转化率。 （2）通气 可直接增加氧气的供给。有研究表明， 溶解氧量对诱导酶产生非常重要。 （3）前体半连续的加入 可以降低由于一次大量 加入所引起的毒性，也可减少由于发泡所引起前 体的损失。
甾族类药物
PART SIX
代谢工程改造微生物
代谢工程（Metabolic engineering）是指利用多基因重组技术有目的的对细 胞代谢途径进行修饰、改造，改变细胞特性，并与细胞基因调控、代谢调控 及生化工程相结合，为实现构建新的代谢途径生产特定目的产物而发展起来 的一个新的学科领域。可以说是基因工程的高级阶段。
代谢工程改造微生物
新金色分枝杆菌（Mycobacterium neoaurum ST-095），其产物 AD与 ADD 的摩尔比 为 2:1。经过传统的诱变选育，前期获得了一株诱变菌株命名为 M.neoaurum JC-12， 其产物 AD 与 ADD 的摩尔比为 1:10。
参考文献 [1]邵明龙.代谢工程改造微生物合成甾体药物中间体 ADD 和 TS [D].无锡: 江南大学,2016. [2]叶 丽 , 史济平.甾体微生物转化在制药工业中的应用[J].工业微生 物,2001,31(4):40-48. [3] 阳葵; 李晓静; 冯霞; 尹强; 赵海燕 .底物的分散和溶解对甾体微生物酶反 应的影响 [J].微生物学通报,2001,28(6):68-71
甾醇侧链降解 甾醇侧链降解主要是指利用微生物及其产生的酶系，经过 一系列的酶促反应，将甾醇 C17 位的支链进行断裂分解， 生成雄甾-4-烯-3,17-二酮（AD）和雄甾-1,4-二烯-3,17-二 酮（ADD）等甾体药物中间体的过程。 甾体脱氢反应 主要是指甾体母核上的脱氢，具体脱氢反应位点主要包括 C1,2 位，C4,5 位，C7,8 位，C9,11 位，C14,15 位， C16,17 位等。目前，甾体结构上 A 环 C1,2 位点上的脱氢 是国内外学者研究的热点，这是因为 C1,2 位点上引入双 键之后，其抗炎的效果和作用能够成倍地提高，这也是皮 质激素如氢化强的松与其同系列甾体药物生产的关键步骤。
难点突破-药物结构与第Ⅰ相生物转化的规律
难点突破| 药物结构与第Ⅰ相生物转化的规律药物代谢是通过生物转化将药物(通常是非极性分子)转变成极性分子，再通过人体的正常系统排泄至体外的过程；生物转化是药物在人体内发生的化学变化，也是人体对自身的一种保护机能。
因此研究药物在体内的生物转化，更能阐明药理作用的特点、作用时程，结构的转变以及产生毒副作用的原因。
药物的生物转化通常分为二相：第Ⅰ相生物转化(Phase Ⅰ)，也称为药物的官能团化反应，是体内的酶对药物分子进行的氧化、还原、水解、羟基化等反应，在药物分子中引入或使药物分子暴露出极性基团，如羟基、羧基、巯基、氨基等。
第Ⅱ相生物结合(Phase Ⅱ)，是将第Ⅰ相中药物产生的极性基团与体内的内源性成分，如葡萄糖醛酸、硫酸、甘氨酸或谷胱甘肽，经共价键结合，生成极性大、易溶于水和易排出体外的结合物。
但是也有药物经第Ⅰ相反应后，无需进行第Ⅱ相的结合反应，即排出体外。
其中第Ⅰ相生物转化反应对药物在体内的活性影响最大。
一、药物结构与第Ⅰ相生物转化的规律1.含芳环、烯烃、炔烃类、饱和烃类药物第Ⅰ相生物转化的规律（1）含芳环的药物①含芳环的药物主要发生氧化代谢：在体内肝脏CYP 450酶系催化下，首先将芳香化合物氧化成环氧化合物，然后在质子的催化下会发生重排生成酚，或被环氧化物水解酶水解生成二羟基化合物。
②含芳环药物的氧化代谢是以生成酚的代谢产物为主：如果药物分子中含有两个芳环时，一般只有一个芳环发生氧化代谢。
如苯妥英在体内代谢后生成羟基苯妥英失去生物活性。
而保泰松在体内经代谢后生成羟布宗，抗炎作用比保泰松强而毒副作用比保泰松低，这是药物经代谢后活化的例子。
含强吸电子取代基的芳环药物则不发生芳环的氧化代谢。
(2)烯烃和炔烃的药物烯烃类药物经代谢生成环氧化合物后，可以被转化为二羟基化合物，或者是和体内生物大分子如蛋白质、核酸等反应进行烷基化，而产生毒性，导致组织坏死和致癌作用。
例如抗惊厥药物卡马西平炔烃类反应活性比烯烃大，被酶催化氧化速度也比烯烃快。
甾体微生物转化在制药工业中的应用
结论
甾体微生物转化是制药工业中的重要技术，具有广泛的应用前景和潜力。本 次演示介绍了甾体微生物转化的概念、应用举例、关键技术和发展前景。通过研 究高效转化技术、基因工程技术的应用、绿色环保技术的推广以及生物传感器的 应用拓展等方面，可以进一步提高甾体微生物转化的产率和产品质量，降低生产 成本和环保负担，为制药工业的发展和人类健康做出更大的贡献。
1、高效转化技术的研发
研究高效转化技术是提高甾体微生物转化产率和降低成本的关键。未来，将 进一步探索和优化微生物培养条件和转化反应器性能，提高转化效率和产品质量。
2、基因工程技术的应用
基因工程技术可以用于改造微生物的酶系，提高其转化能力和产率。未来， 将进一步探索和开发基因工程技术，以实现高效、环保的甾体微生物转化过程。 3.绿色环保技术的推广
2、疫苗制备
在疫苗制备中，甾体微生物转化技术可以用于制备疫苗佐剂。佐剂可以提高 疫苗的免疫原性，增强机体免疫力。例如，氢氧化铝佐剂可以与流感病毒结合， 提高流感疫苗的保护效果。
3、生物传感器制备
甾体微生物转化技术还可以用于生物传感器制备。生物传感器是一种用于检 测和分析生物样本的装置，具有高灵敏度、高特异性和低成本等优点。例如，基 于甾体微生物转化技术的葡萄糖生物传感器可以用于糖尿病患者的血糖监测。
研究背景
甾体微生物转化是指利用微生物酶系将甾体化合物转化为更有价值的产品。 在制药工业中，甾体药物具有广泛的应用，如抗生素、激素、免疫抑制剂等。因 此，甾体微生物转化技术在药物研发和生产中具有重要意义。此外，甾体微生物 转化还可以用于环境治理、农业生产等领域。
应用举例
1、药物代谢
甾体微生物转化技术在药物代谢研究中的应用较为广泛。通过将药物进行微 生物转化，可以发现新的药物候选物，或者提高药物的疗效和降低副作用。例如， 利用甾体微生物转化技术可以将紫杉醇类药物进行生物转化，提高其抗癌活性。