生物转化在天然产物化学中的研究进展

生物转化在天然产物化学中的研究进展

王煜丹，程桂广，余旭亚，王亚明

【摘 要】随着生物科学的不断发展，生物转化逐渐应用于天然产物化学的研究中。简介了生物转化中的几种主要的化学反应，对生物转化在天然产物化学中的应用进行了综述， 并对其发展前景进行了展望。 【期刊名称】化学与生物工程 【年(卷),期】2010(027)002 【总页数】5

【关键词】生物转化;天然产物化学;化学反应;发展前景

生物转化是利用生物体系或其产生的酶制剂对外源性化合物进行结构修饰的生物化学过程。就其本质而言，生物转化是生物体系对外源性底物的酶催化反应[1～3]。生物转化反应具有高效、高选择性、反应清洁、产物单纯、易分离纯化、能耗低等优点，符合绿色化学的要求。著名化学家Wong ChiHuey教授指出，生物转化在天然产物化学中的应用具有巨大的潜力，设计与发展适于生物转化(酶促)反应的新的底物和利用遗传工程改变酶的催化性质等都将大大利于其在制药工业中的应用[4]。因此，生物转化方法已经受到研究者的广泛重视，并正迅速发展。

1 生物转化中的主要反应类型

生物转化的反应类型多种多样，常见的反应主要有羟基化、糖苷化、氧化还原、异构化、甲基化、酯化、水解、环氧化以及重排等。 1.1 羟基化反应

羟基化反应是生物转化中最常见也是最重要的一种反应，羟基化反应可以发生

在多个位置，生成多种有意义的衍生物。自1952年微生物法合成糖皮质激素进入商品化生产以来，羟基化的生物转化技术成为甾体药物或其中间体合成路线中不可缺少的关键技术。目前肾上腺皮质激素及其衍生物的工业化生产技术就是利用微生物及其酶系统对甾体化合物11α-、11β-、15α-和16α-位进行羟基化。对于甾体化合物的生物转化进展，Fernandes等已进行了详细的综述[5]。 (-)-象牙洪达木酮宁，一种吲哚型生物碱，在临床上可用于改善大脑循环和新陈代谢，经过生物转化后可得到3种羟基化代谢产物，对这3种产物进行生物学活性检测，发现其在氰化物中毒时均表现出大脑保护作用[6]。

脱氢枞酸也可以通过生物转化的途径制得一些有活性的物质。1997年Tapia等[7]将脱氢枞酸在Fusarium species作用下，于26～28℃下培养7 d得到1β-羟基脱氢枞酸，将1β-羟基脱氢枞酸作用于Serratia sp.和Bacillus subtilis时，显示良好的活性。 1.2 糖苷化反应

糖苷化反应常见于植物悬浮培养体系介导的生物转化反应，而在微生物体系中应用较少。 糖苷化反应主要有两种：一种是羧酸和糖片段之间发生酯化反应，另一种是羟基和糖片段之间发生糖基化反应。糖苷化反应可使许多外源化合物的理化性质和生物活性发生较大的变化，例如，糖苷化反应可将不溶性化合物转变为水溶性化合物，这一点是微生物培养和化学合成很难做到的。

香豆素是一类很重要的植物次级代谢产物，但大部分香豆素缺乏天然糖苷，水溶性差。在人参根培养液中，7-羟基香豆素在糖基转移酶的作用下可转化成糖苷[8]。

丁酸具有体外抑制肿瘤生长和诱导肿瘤细胞分化的作用，但是其在哺乳动物体

系中半衰期很短，人们通过悬浮培养的灰叶烟草(Nicotiana plumbaginifolia Viv.)细胞糖苷化得到其糖苷，半衰期大大延长，有望开发为抗癌新药[9,10]。 1.3 醇酮的氧化还原反应

通过植物细胞培养可将醇转化为相应的酮，对于一些手性化合物的生产来说，对映选择性氧化反应是非常有用的。如斧柏烯在木槿属植物(Hibiscus cannabinus)培养细胞催化下，先脱水成烯，再氧化成酮，此反应与Collins氧化反应比较更符合绿色化学的要求[11]。

醛酮中的羰基也可在生物催化剂的作用下还原成相应的醇。在烟草属植物(Nicotiana tabacum)和长春花属植物(Catharanthus roseus)细胞悬浮培养液作用下，樟脑醌中的羰基立体选择性地生成相应的α-酮醇[12]。 1.4 C=C双键的还原反应

C=C双键可加氢还原成饱和的C-C键。长变胞藻(Astasia longa Pringsheim)的细胞培养物能够产生2种烯酮还原酶，可以还原芹酮的C=C双键。人们利用此反应来研究Carvene的立体化学及作用机制[13]。 1.5 硝基还原反应

北洋金花(Datura innoxia Mill.)、长春花(Catharanthus roseus)及Myriophyllum属植物细胞培养物都能够将TNT(2,4,6-Trinitrotoluene)经过硝基还原反应生成ADNT(2,4,6-Aminodinitrotoluene)[14，15]。 1.6 环氧化反应

环氧化反应可以用于具有细胞毒性的倍半萜烯的结构修饰。莪术(Curcuma zedoaria)细胞悬浮培养物中大根香叶酮(Germacrone)的环氧化反应就是成功的实例之一[16]。