组合生物催化

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1、组合生物催化（Combinatorial Biocatalysis）汇报内容汇报内容：1.组合生物催化的理论基础与特点组合生物催化的理论基础与特点2.组合生物催化的类型组合生物催化的类型3.组合生物催化的关键技术组合生物催化的关键技术4.组合生物催化的实例组合生物催化的实例5.结论与展望结论与展望 理论基础：理论基础： 在自然界的生物体内，很多次生代谢物往往是一些小分在自然界的生物体内，很多次生代谢物往往是一些小分子的初级代谢产物经过由不同的酶参与的代谢途径而转子的初级代谢产物经过由不同的酶参与的代谢途径而转化生成。例如，生物碱就是初级代谢产物氨基酸通过生化生成。例如，生物碱就是初级代谢产物氨

2、基酸通过生物合成途径产生的。受这种现象的启发，一种新的合成物合成途径产生的。受这种现象的启发，一种新的合成方法逐渐发展完善起来，这就是组合生物催化。只不过方法逐渐发展完善起来，这就是组合生物催化。只不过生物合成途径是在生物体内完成的，而组合生物催化是生物合成途径是在生物体内完成的，而组合生物催化是在体外完成的。在体外完成的。一、组合生物催化的理论基础和特点一、组合生物催化的理论基础和特点所谓组合生物催化，就是系统地利用生物催化技术对天所谓组合生物催化，就是系统地利用生物催化技术对天然产物或合成化合物进行修饰，从而建立起高质量的化然产物或合成化合物进行修饰，从而建立起高质量的化合物文库，希望能从

3、这些文库中筛选出活性更高或性能合物文库，希望能从这些文库中筛选出活性更高或性能更佳的新化合物。更佳的新化合物。组合生物催化的核心是生物催化，组合生物催化的核心是生物催化，“组合组合”不过是一种不过是一种合成的策略。合成的策略。 组合生物催化和组合化学的关系组合生物催化和组合化学的关系：联系联系：组合生物催化是酶催化、化学催化和微生物转组合生物催化是酶催化、化学催化和微生物转化在组合化学中的应用，即通过对先导化合物的转化化在组合化学中的应用，即通过对先导化合物的转化产生库。两者都是以建立化合物文库为目的。产生库。两者都是以建立化合物文库为目的。区别区别：在原理和方法上都有明显的区别，组合化学主：

4、在原理和方法上都有明显的区别，组合化学主要通过某种反应进行合成，常常有多种化合物参与反要通过某种反应进行合成，常常有多种化合物参与反应，而组合生物催化主要通过多种生物催化方法对某应，而组合生物催化主要通过多种生物催化方法对某种化合物进行衍生，通常情况下先导化合物只有一个。种化合物进行衍生，通常情况下先导化合物只有一个。在在自自然然模模式式下下，创创造造新新的的有有机机分分子子所所需需时时间间太太长长，不不适适宜宜于于药药物物发发现现的的研研究究。组组合合生生物物催催化化就就是是要要加加速速这这个个自自然然模模式式，且且将将其其运运用用于于发发现现并并优优化化医医药药和和农农业业化化合合物物中中

5、。如如图图1b所所示示，这这种种方方法法能能够够利利用用天天然然催催化化剂剂(酶酶或或完完整整细细胞胞)丰丰富富的的多多样样性性，以以及及一一些些生生长长迅迅速速的的重重组组的的和和工工程程酶酶，对对一一些些有有希希望望的的药药物物和和农农用用化化合合物物的的先先导导物物直直接接进进行行衍衍生生化化(注注意意区区分分组组合合生生物物催催化化和和组组合合物物合合成成，后后者者是是指指在在活活的的微微生生物物中中，通通过过生生物物合合成成途途径径的的基基因因工工程程方方法法，从从天天然然产产物物产生新的分子产生新的分子) 。 图图1 组合生物合成新的生物分子的途径组合生物合成新的生物分子的途径 (

6、a)从从自然界自然界的合成子的合成子; (b)从从细胞外细胞外的先导化合物的先导化合物组合生物催化的特点：组合生物催化的特点：广泛的反应可能性广泛的反应可能性;高区域选择性和立体选择性高区域选择性和立体选择性 ,能进行位控修饰能进行位控修饰;单步反应单步反应 ,避免了保护和脱保护步骤避免了保护和脱保护步骤;自动方便自动方便 ,在温和均匀的条件下在温和均匀的条件下 ,反复进行单步反应反复进行单步反应;反应条件温和反应条件温和 ,适宜于复杂、适宜于复杂、 不稳定的分子不稳定的分子;活性高活性高 ,这样催化剂的浓度低这样催化剂的浓度低;酶催化剂固定化后可以循环利用酶催化剂固定化后可以循环利用;酶能被

7、环境完全降解酶能被环境完全降解; 组组合合生生物物催催化化的的优优势势主主要要是是通通过过生生物物催催化化剂剂酶酶反反应应的的特特点点来来体体现现。酶酶的的最最大大优优点点在在于于它它具具有有高高度度的的选选择择性性，这这样样既既可可以以免免去去在在对对某某些些多多官官能能团团先先导导化化合合物物修修饰饰中中繁繁琐琐的的基基团团保保护护和和去去基基团团保保护护，又又可可以以保保护护先先导导化化合合物物的的手手性性特特征征不不至至于于被被破破坏坏，适适合合一一般般都都要要求求一一定定的的立立体体结结构构，而而酶酶法法修修饰饰正正好好可可以以满满足足这这方方面面的的需需求求；另另外外酶酶反反应应还

8、还具具有有效效率率高高、收收率率高高和和副副产产物物少少的的优优点点。相相比比剧剧烈烈的的化化学学反反应应，温温和和的的酶酶反反应应条条件件对对于于那那些些热热敏敏感感的先导化合物的合成也有很大的优势。的先导化合物的合成也有很大的优势。 图图2 .先导化合物可能进行的生物催化转化先导化合物可能进行的生物催化转化 (L 代表先导核心代表先导核心) 所示的这些途径所有可能反应的一部分所示的这些途径所有可能反应的一部分,其目的为了说明仅由生其目的为了说明仅由生物催化所产生的一些衍生物物催化所产生的一些衍生物 (注注:X= CI ,Br 或或 I ;Vin =乙烯基乙烯基) 组合生物催化中常见的反应类

9、型：组合生物催化中常见的反应类型：二、组合生物催化的类型二、组合生物催化的类型 在在组组合合合合成成平平台台使使用用生生物物催催化化剂剂的的一一个个最最大大障障碍碍是是欲欲修修饰饰的的很很多多底底物物难难溶溶于于水水，而而大大多多数数酶酶体体系系的的微微环环境境是是水水，这这些些酶酶在在有有机机溶溶剂剂中中的的催催化化活活性性大大大大降降低低，因因此此能能够够使使酶酶在在水水环环境境中中发发挥挥合合成成功功效效的的方方法法常常常常使使得得反反应应在在有有机机溶溶剂剂中中无无法法进进行行。利利用用非非水水介介质质可可以以显显著著地地扩扩大大酶酶的的体体外外反反应应的的范范围围。虽虽然然酶酶在在有

10、有机机溶溶剂剂中中可可以以保保持持其其活活性性，但但是是其其催催化化效效率率通通常常比比水水中中要要低低几几个个数数量量级级。但但近近来来的的研研究究表表明明，适当地控制酶的微环境可以大大提高酶在有机溶剂中的活力。适当地控制酶的微环境可以大大提高酶在有机溶剂中的活力。1.非水介质中的生物催化非水介质中的生物催化 酶活化技术：酶活化技术： 1.盐活化法盐活化法 例例子子：在在正正已已烷烷中中，非非缓缓冲冲盐盐对对枯枯草草溶溶菌菌素素催催化化的的N-乙乙酰酰基基-L -苯苯丙丙氨氨酸酸乙乙酯酯和和正正丙丙醇醇的的转转酯酯化化反反应应的的影影响响。具具体体如如下下：制制备备含含98%盐盐的的生生物物

11、催催化化剂剂时时，将将酶酶和和KCI一一起起冷冷冻冻干干燥燥，使使得得枯枯草草溶溶菌菌素素的的催催化化性性质质Kcat/Km提提高高了了3 700倍倍以以上上。该该技技术术已已被被延延用用到到非非丝丝氨氨酸酸蛋蛋白白酶酶(包包括括嗜嗜热热菌菌蛋蛋白白酶酶) ,取取得得了了类类似似的的活活化化性性质质。例例如如 ,盐盐活活化化的的嗜嗜热热菌菌蛋蛋白白酶酶已已被被用用于于紫紫杉杉醇醇2p- 酯酯基基衍衍生生物物的的合合成成。与与天天然然的的嗜嗜热热菌菌蛋蛋白白酶酶相相比比，紫紫杉杉醇醇在在叔叔戊戊醇醇中中的的酰酰化化活活力力提提高高了了20倍倍。盐盐活活化化的的枯枯草草溶溶菌菌素素也也被被用用于于

12、选选择择性性的的酰酰化化矮矮茶茶素素、腺腺苷苷、3 - 羟羟基基托托烷烷和和双双环环2. 2. 2 辛辛- 5 - 烯烯 2,3 - 二二甲甲醇醇。这这样样，盐盐活活化化法法代代表表了了一一种种活活化化酶酶的的普普遍遍技技术术 ,它它使使复复杂杂分分子子能能在在有有机机介介质质中中利利用用酶酶的的催催化化特特性性进进行酰化。行酰化。 2.表面活性剂表面活性剂 即即指指利利用用低低浓浓度度的的表表面面活活性性剂剂将将酶酶溶溶解解。虽虽然然酶酶在在几几乎乎所所有有的的有有机机溶溶剂剂中中都都不不溶溶解解(但但是是具具有有一一定定的的活活力力)，表表面面活活性性剂剂的的存存在在会会形形成成疏疏水水性

13、性的的离离子子对对，这这样样使使酶酶溶溶解解在在疏疏水水性性的的溶溶剂剂中中。与与悬悬浮浮的的天天然然酶酶相相比比 ,枯枯草草溶溶菌菌素素在在辛辛烷烷中中的的催催化化活活性性被被提提高高了了四四个个数数量量级级。离离子子配配对对的的酶酶在在有有机机溶溶剂剂中中的的溶溶解解性性对对组组合合生生物物催催化化应应用用于对连接在固相上的底物进行转化反应将特别有用。于对连接在固相上的底物进行转化反应将特别有用。 酶酶反反应应和和生生物物催催化化的的诸诸多多特特性性，使使得得组组合合生生物物催催化化可可以以运运用用到到有有机机小小分分子子以以及及那那些些用用传传统统的的组组合合技技术术不不容容易易进进行行

14、改改变变的的比比较较复复杂杂的的天天然然产产物物上上。图图3所所示示的的许许多多先先导导分分子子，包包括括核核苷苷(如如腺腺苷苷)、类类黄黄酮酮(如如矮矮茶茶素素)、生生物物碱碱(如如 3 ,6 - 二二羟羟基基托托烷烷)、聚聚酮酮化化合合物物Polyketides (如如红红霉霉素素)及及萜萜类类和和Taxane (如如紫紫杉杉醇醇)，被被用用于于那那些些利利用用组组合合生生物物催催化化进进行行药药物物发发现现和和优优化化的的库库的的生生成成。这这些些多多样的结构例证了如何利用组合生物催化产生新的库。样的结构例证了如何利用组合生物催化产生新的库。图图3.几个已在组合生物催化中用于库生成的先导

15、分子的例子几个已在组合生物催化中用于库生成的先导分子的例子 酶酶作作为为组组合合生生物物合合成成的的脱脱保保护护工工具具，使使得得基基团团特特异异的的选选择择性性能能够够在在温温和和的的条条件件下下进进行行，也也使使其其能能够够应应用用于于最最脆脆弱弱的的分分子子。复复合合脂脂肪肪多多肽肽的的多多步步合合成成中中生生物物催催化化脱脱保保护护的的这这些些优优势势得得到到体体现现，青青霉霉素素酰酰化化酶酶应应用用于于高高度度标标记记的的S-软软脂脂酰酰化化的的寡寡肽肽的的选选择择性性N-脱脱保保护护，如如图图4所所示示，随随后后进进行行的的是是酶酶催催化化除除去去4-（苯苯基基丙丙酮酮）苄苄氧氧基

16、基羰羰基基保保护护基基团团， S-软软脂脂酰酰化化的的寡寡肽肽作作为为进进一一步步合合成成步步骤骤的的构构建建单单元元，包包括括偶偶联联另另一一个个单单独独固固相相合合成成的的寡寡肽肽连连相相似似的的酶酶脱保护策略成功应用于酸标记和碱标记的核酸多肽的制备。脱保护策略成功应用于酸标记和碱标记的核酸多肽的制备。2.酶作为组合生物合成的脱保护工具酶作为组合生物合成的脱保护工具图图4.青霉素乙酰化酶从脂蛋白保护基团上脱青霉素乙酰化酶从脂蛋白保护基团上脱 除酶标基因除酶标基因 在在固固相相表表面面进进行行的的组组合合合合成成反反应应是是建建立立具具有有丰丰富富差差异异性性的的化化合合物物库库所所用用的的

17、最最有有效效的的方方法法之之一一，多多聚聚体体-支支持持物物合合成成后后通通过过使使支支持持物物与与合合成成的的化化合合物物之之间间的的连连接接基基团团断断裂裂的的方方法法而而将将得得到到的的库库释释放放到到溶溶液液中中去去。在在过过去去的的几几年年中中，许许多多具具有有酶酶稳稳定定性性的的连连接接子子研研制制成成功功，从从而而为为把把化化合合物物自自支支持持物物上上释释放放出出来来提提供供了了一一种种可可选选的的方方案案。根根据据最最近近的的分分类类方方法法，酶酶稳稳定定性性的的连连接接子子可可被被分成两类，即外连接子和内连接子。如图分成两类，即外连接子和内连接子。如图5、6所示。所示。3.

18、固定化酶催化固定化酶催化 两两类类连连接接子子都都包包括括一一个个标标记记基基因因，它它能能使使靶靶健健被被酶酶所所识识别别，但但是是它它们们的的不不同同之之处处在在于于健健实实际际断断裂裂的的的的方方式式不不同同。内内连连接接形形成成的的健健被被酶酶直直接接识识别别为为作作用用的的靶靶点点，而而外外连连接接的的健健则则通通过过生生成成中中间间体体再再由由中中间间体体自自发发碎碎裂裂而而释释放放目目的的化化合合物物。内内、外外连连接接的的化化学学反反应式见图应式见图5、6。 在在经经过过标标准准的的固固相相肽肽合合成成反反应应后后，肽肽类类内内连连接接子子被被枯枯燥燥杆杆菌菌蛋蛋白白酶酶BPN

19、所所断断裂裂而而释释放放出出目目标标肽肽段段。在在另另一一个个报报道道中中，合合成成于于可可溶溶性性的的多多聚聚支支持持物物表表面面的的低低聚聚糖糖在在胰胰凝凝乳乳蛋蛋白白酶酶的的作作用用下下，被被释释放放到到溶溶液液中中，酶酶的的作作用用位位点点是是内内连连接接子子上上的的苯苯丙丙氨氨基基酸酸残残基基标标记记基基团团。基基于于外外连连接接子子的的合合成成策策略略已已经经被被证证实实是是一一些些能能被被青青霉霉素素酰酰基基转转移移酶酶、脂脂肪肪酶酶作作用用的的小小分分子子。虽虽然然酶酶法法裂裂解解已已经经被被成成功功应应用用于于可可溶溶性性及及不不可可溶溶性性的的多多聚聚体体支支持持物物，但但

20、是是由由于于相相对对大大的的酶酶分分子子难难以以进进入入聚聚合合物物串串珠珠样样结结构构的的内内部部而而使使得得合合成成的的化合物不能完全释放，酶在固相载体上的应用仍受到限制。化合物不能完全释放，酶在固相载体上的应用仍受到限制。图图5.从高分子支持物上酶切内连接子释放合成的化合物从高分子支持物上酶切内连接子释放合成的化合物图图6.从高分子支持物上酶切外连接子释放合成的化合物从高分子支持物上酶切外连接子释放合成的化合物 酶酶能能够够在在组组合合生生物物催催化化领领域域得得到到成成功功应应用用和和进进展展的的关关键键在在于于大大量量具具有有广广谱谱底底物物特特异异性性的的酶酶的的有有效效性性。最最

21、近近在在新新酶酶发发现现发发面面的的进进展展得得益益于于重重组组DNA技技术术，它它提提供供了了大大量量的的机机会会得得以以获获得得更更多多组组合合生生物物催催化化所所需需的的工工具具酶酶，从从而而为为产产生生大大量量理理想想化化合合物物库库提提供供了了条件。条件。三、关键技术三、关键技术1.微生物技术和酶技术微生物技术和酶技术 组组合合生生物物催催化化的的核核心心技技术术就就是是生生物物催催化化。生生物物催催化化是是指指利利用用生生物物体体系系或或其其产产生生的的酶酶体体系系对对外外源源性性化化合合物物进进行行结结构构修修饰饰的的生生物物化化学学过过程程。用用于于组组合合生生物物催催化化的的

22、生生物物体体系系最最多多的的一一种种是是微微生生物物体体系，包括微生物的采集、分离、培养、鉴定、保存等关键技术。系，包括微生物的采集、分离、培养、鉴定、保存等关键技术。 由由于于有有些些催催化化反反应应要要在在非非水水介介质质中中进进行行，而而微微生生物物又又难难于于在在其其中中生生长长，所所以以对对于于这这些些反反应应需需用用纯纯化化的的酶酶进进行行催催化化。酶酶的的来来源源：1.购购买买；2.发发酵酵，分分离离纯纯化化。为为了了提提高高酶酶在在非非水水介介质质中中的的活活力力，需要对酶进行固定化处理。需要对酶进行固定化处理。2.化合物的快速分析鉴定化合物的快速分析鉴定 由由于于组组合合生生

23、物物催催化化的的目目的的在在于于建建立立化化合合物物文文库库，所所以以产产物物数数量量较较大大，常常规规的的分分析析鉴鉴定定方方法法不不能能满满足足需需要要。在在组组合合生生物物催催化化中中使使用用的的快快速速分分析析鉴鉴定定方方法法有有高高通通量量质质谱谱分分析析（一一个个样样品品/min）、用用于于在在线线鉴鉴定定的的高高效效液液相相色色谱谱-质质谱谱联联用用技技术术等等。另另外外，新新的的分分析析鉴鉴定定技技术术的的开开发发和和应应用用，如如液液相相色色谱谱核核磁磁共共振振联联用用技技术术必必然然会会促促进进组组合合生生物物催催化化的的发发展展。当当然然，要要根根据据产产物物的的结结构构

24、不不同同来来选选择择具具体的方法。体的方法。3.高通量药物筛选高通量药物筛选高高通通量量筛筛选选(High throughput screening，HTS)技技术术是是指指以以分分子子水水平平和和细细胞胞水水平平的的实实验验方方法法为为基基础础，以以微微板板形形式式作作为为实实验验工工具具载载体体，以以自自动动化化操操作作系系统统执执行行试试验验过过程程，以以灵灵敏敏快快速速的的检检测测仪仪器器采采集集实实验验结结果果数数据据，以以计计算算机机对对实实验验数数据据进进行行分分析析处处理理，同同一一时时间间对对数数以以千千万万样样品品检检测测，并并以以相相应应的的数数据据库库支支持持整整体体系

25、系运转的技术体系。运转的技术体系。 四、组合生物催化实例四、组合生物催化实例 Adamczyk等等人人曾曾报报道道,利利用用脂脂酶酶(特特别别是是洋洋葱葱假假单单胞胞菌菌Pseudomonas cepacia 脂脂酶酶)来来产产生生一一个个酰酰胺胺库库。以以芳芳香香二二酯酯，二二苄苄基基 - 1 ,2 - 苯苯二二氧氧二二醋醋酸酸酯酯为为核核心心物物 ,以以单单 - (N - 叔叔丁丁氧氧羰羰基基)二二胺胺作作为为二二酯酯的的反反应应伴伴体体。该该二二酯酯和和五五个个单单 - (N - 叔叔丁丁氧氧羰羰基基)二二胺胺的的混混合合物物反反应应生生产产一一个个26个个不不同同产产物物的的库库 ,包

26、包括括15个个双双酰酰胺胺 ,5个个单单酰酰胺胺单单酯酯和和五五种种较较少少量量的的单单酸酸产产物物。此此例例说说明明洋洋葱葱假假单单胞胞菌菌Pseudomonas cepa2cia 脂脂酶酶具具有有将将苄苄酯酯转转变变成成酰酰胺胺的的广广泛泛的的专专一一性性 ,这这样样完完成成了了一一个个双双酰酰胺胺库库的的组合合成。组合合成。1. 从聚苄酯获得酰胺库从聚苄酯获得酰胺库2.自动合成矮茶素库自动合成矮茶素库 运运用用广广泛泛的的生生物物催催化化反反应应对对类类黄黄酮酮矮矮茶茶素素进进行行衍衍生生化化，可可以以自自动动、 反反复复地地合合成成得得到到一一个个含含 600 个个衍衍生生物物的的库库

27、。利利用用一一种种多多探探头头液液控控自自动动仪仪在在 96 - 槽槽平平板板中中对对候候选选生生物物催催化化剂剂进进行行初初始始筛筛选选 ,发发现现有有 16个个纯纯化化的的酶酶和和25个个微微生生物物能能够够接接受受矮矮茶茶素素为为底底物物。利利用用这这些些酶酶来来改改变变矮矮茶茶素，所得的衍生物即产生了一个多样化的库素，所得的衍生物即产生了一个多样化的库(图图4) 。图图7.通过组合生物催化自动生成矮茶素衍生物的过程通过组合生物催化自动生成矮茶素衍生物的过程 可可对对矮矮茶茶素素进进行行的的反反应应包包括括:在在该该先先导导分分子子中中引引入入新新的的官官能能团团(如如羟羟化化和和卤卤化

28、化) ,改改变变现现有有的的官官能能团团(如如氧氧化化和和还还原原) ,以以及及在在现现有有的的官官能能团团上上增增加加新新的的基基团团(如如酰酰化化、糖糖基基化化和和磷磷酸酸化化)等等等等。反反应应中中生生成成的的每每种种衍衍生生物物可可用用高高通通量量质质谱谱或或先先选选择择性性地地衍衍生生化化后后再再用用13C核核磁磁共共振振谱谱进进行行证证实实。所所产产生生的的库库可可以以针针对对包包括括黄黄嘌嘌呤呤氧氧化化酶酶(治治疗疗痛痛风风和和多多种种硬硬化化症症的的潜潜在在标标耙耙)和和尿尿激激酶酶(一一种种抗抗癌癌标标耙耙)在在内内的的某某些些标标耙耙进进行行生生物物活活性性筛筛选选。在在起

29、起初初的的筛筛选选中中，发发现现了了对对这这些些标标耙耙的的抑抑制制作作用用比比矮矮茶茶素素高高两两个个数数量量级级的的新新的的抑抑制剂制剂 ，然后又对其最有效的衍生物进行再合成和确证。，然后又对其最有效的衍生物进行再合成和确证。3.医药化合物的生物催化合成医药化合物的生物催化合成 肽的环化作用肽的环化作用： 几几乎乎所所有有的的非非核核糖糖体体多多肽肽合合成成酶酶（NRPS）都都具具有有环环化化作作用用，这这是是终终端端硫硫酯酯酶酶(TE)结结构构域域起起作作用用的的，线线性性肽肽的的区区域域选选择择环环化化是是那那些些具具有有药药用用作作用用的的化化合合物物必必不不可可少少的的，但但是是很

30、很难难通通过过化化学学方方法法来来合合成成。随随着着多多种种TE结结构构域域的的发发现现及及其其作作用用机机理理的的研研究究，发发现现可可以以利利用用带带有有TE结结构构域域的的NRPS通通过过生生物物合合成成途途径径大大量量生生产产环环肽肽，或或利利用用某某些些分分离离出出来来的的TE结结构构域域对对化化学学合合成成的的多多肽肽底底物物进进行行环环化化，以以获获得得所所需需的的环环肽肽。因因此此，终终端端硫硫酯酯酶酶(TE)已已经经被被作作为为一一个个独独立立的的具具有有环环化化作作用用的的生生物物催催化化剂剂。许多环形肽利用许多环形肽利用NRPS已经从固相多肽合成中得到。已经从固相多肽合成

31、中得到。Figure 8. Standalone Tyc TE domain catalyzes the chemoenzymatic synthesis of cyclic peptides from the linear precursors. 先先在在PEGA树树脂脂上上固固相相合合成成 300多多种种线线性性短短杆杆菌菌酪酪肽肽抗抗生生素素的的衍衍生生物物，然然后后将将这这些些含含有有线线性性肽肽的的树树脂脂与与重重组组表表达达的的TycTE蛋蛋白白（环环化化酶酶）一一起起温温育育，通通过过环环化化酶酶在在树树脂脂上上催催化化的的环环化化反反应应，高高效效地地释释放放出出环环肽肽，从从

32、而而建建立立了了短短杆杆菌菌酪酪肽肽的的环环肽肽文文库库。他他们们从从环环肽肽文文库库中中筛筛选选到到对对细细菌菌细细胞胞膜膜的的选选择择性性提提高高30倍倍的的短短杆杆菌菌酪酪肽肽的的环环肽肽，该该环环肽肽的的价价值值在在于于能能大大大大降降低低短短杆杆菌菌酪酪肽肽引引起起的的溶溶血血副副作作用用。最最后后他他们们根根据据该该环环肽肽的的结结构，构建基因工程的构，构建基因工程的NRPS，通过发酵来大规模生产该环肽。，通过发酵来大规模生产该环肽。 酰基化作用：酰基化作用： 酰酰基基转转移移酶酶是是一一类类合合成成天天然然产产物物重重要要酶酶类类之之一一，具具有有底底物物特特异异性性，它它在在合

33、合成成紫紫杉杉醇醇、柔柔红红霉霉素素、洛洛伐伐他他汀汀中中具具有有选选择择性性催催化化作作用用。辛辛伐伐他他汀汀是是一一种种重重要要的的降降低低血血液液中中的的胆胆固固醇醇含含量量的的药药物物。辛辛伐伐他他汀汀是是洛洛伐伐他他汀汀的的半半合合成成衍衍生生物物（图图9），而而洛洛伐伐他他汀汀可可由由土土曲曲霉霉代代谢谢产产物物分分离离获获得得。传传统统的的辛辛伐伐他他汀汀生生产产工工艺艺是是以以洛洛伐伐他他汀汀为为原原料料，经经化化学学合合成成得得到到。随随着着现现代代生生物物学的发展，学的发展， 辛伐他汀的生物合成受到越来越多的重视。辛伐他汀的生物合成受到越来越多的重视。Figure 9. L

34、ovD catalyzes the synthesis of simvastatin acid from monacolin J acid and the acyl donor DMB-SMMP 糖基化作用糖基化作用： 许许多多重重要要的的天天然然产产物物通通过过糖糖基基转转移移酶酶而而得得到到修修饰饰，糖糖基基化化修修饰饰对对那那些些天天然然产产物物的的活活性性是是非非常常重重要要的的，包包括括抗抗生生素素、红红霉霉素素、万万古古霉霉素素、柔柔红红霉霉素素以以及及抗抗癌癌化化合合物物正正定定霉霉素素、光光神神霉霉素素；糖糖基基化化修修饰饰可可以以提提高高或或改改变变原原来来化化合合物物的的活

35、活性性。糖糖基基化化作作用用是是一一个个很很有有前前途途的的发发现现新新药药的的平平台台。近近几几年年来来，一一些些GTS（糖糖基基转转移移酶酶）已经作为生物催化剂应用于合成天然产物。已经作为生物催化剂应用于合成天然产物。五、结论和展望五、结论和展望 药药物物发发现现是是一一项项高高风风险险高高投投入入的的工工作作，传传统统的的方方法法是是从从大大量量的的化化学学资资源源中中筛筛选选出出有有望望成成为为新新药药的的先先导导化化合合物物（可可能能的的资资源源包包括括机机体体内内存存在在的的化化学学库库、发发酵酵液液、植植物物抽抽提提物物等等），然然后后进进行行化化学学修修饰饰, 虽虽然然起起初初

36、的的先先导导结结构构被被修修饰饰并并药药理理活活性性得得到到了了很很大大提提高高（期期望望的的性性质质包包括括:增增加加效效率率、提提高高选选择择性性、降降低低毒毒性性和和具具有有更更大大的的生生物物利利用用率率）。但但是是其其成成功功的的可可能能性性很很低低,潜潜在在的的花花费费很很高高。普普遍遍的的观观点点是是:10 ,000 个个化化合合物物仅仅有有一一个个可可能能成成为为新新的的药药物物,从从发发现现到到上上市市总总共共需需要要 12 年年的的时间时间,要花费约要花费约3.5亿美元。亿美元。 相相比比传传统统的的方方法法，组组合合化化学学具具有有从从根根本本上上改改变变新新药药发发现现

37、途途径径的的潜潜力力。其其总总体体目目标标就就是是更更快快更更廉廉价价并并且且极极大大量量地地制制造造新新分分子子以以便便进进行行高高通通量量筛筛选选。这这一一方方法法又又有有不不同同的的形形式式 ,但但大大多多数数都都是是采采用用自自动动合合成成技技术术以以便便集集结结某某一一特特定定的的化化学学砌砌块块(如如氨氨基基酸酸、核核苷苷、糖糖和和简简单单的的有有机机环环类类等等)的的所所有有可可能能组组合合 ,然然后后对对组组合合库库进进行行筛筛选选和和归归类类 ,以以便便能能够够分分离离鉴鉴定定出出所所有有有有活活性性的的产产物物。组组合合方方法法大大大大地地提提高高了了筛筛选选通通量量:一一

38、种种典典型型的的估估计计是是 ,一一位位化化学学家家一一个个月月可可以以合合成成近近3,300个个化化合合物物 ,而而每每个个化化合合物物只只需需花花费费12美美元元。组组合合化化学学造造就就了了许许多多新新的的药药物物发发现现公司公司 ,同时在几乎所有的大药物公司内得以发展。同时在几乎所有的大药物公司内得以发展。 但但是是，从从有有希希望望的的先先导导物物发发展展成成为为有有用用的的药药物物需需经经从从对对分分子子的的关关键键结结构构特特征征的的重重组组到到不不对对称称中中心心的的重重构构等等大大量量的的优优化化工工作作。生生物物催催化化特特别别适适宜宜于于这这些些工工作作，而而且且随随着着先先导导化化合合物物的的结结构构复复杂杂性性的的增增加加，生生物物催催化化的的优优点点也也会会随随之之变变得得更更加加重重要要；特特别别是是在在药药物物发发现现中中代代表表着着先先导导物物丰丰富富源源泉泉的的天天然然产产物物，由由于于其其通通常常复复杂杂的的结结构构，生生物物催催化化显显得得尤尤为为重重要要。新新的的天天然然资资源源的的发发现现和和组组合合合合成成能能力力的的扩扩大大将将确确保保新新的的先先导导化化合合物物不不断断增增加加，组组合合生生物物催催化化及及其其在在药药物物发发现现中中的作用也将自然的随之前进。的作用也将自然的随之前进。