P450酶催化C—H键官能团化的研究进展

C-H键选择性官能团化是构建C-X键最直接的策略,但因C-H键的解离能高,如何在温和条件下实现C-H键选择性官能团化是合成化学面临的巨大挑战。P450酶来源广泛,催化功能具有多样性,可催化众多反应类型,其中包括C-H键的选择性官能团化。本文主要对近十年P450酶催化C-H键羟基化、氨基化和烷基化方面进行了综述,并对其未来C-H键官能团化的研究进行了展望。      

细胞色素P450酶在生物合成及有机合成中的催化功能及其应用

细胞色素P450酶分布广泛,主要参与生物体外源物质代谢与天然产物生物合成,能以结构多样的有机化合物作为底物催化多种类型的化学反应.P450酶可在温和条件下实现底物分子中C—H键的选择性氧化,因而在精细化学品、化学中间体及药物分子的生产上具有很高的实用价值及多年的应用历史.随着蛋白质工程、氧化还原伴侣工程、底物工程、代谢工程与合成生物学的发展,目前已可初步实现根据反应需求来理性设计或定向进化改造P450酶催化系统来高效催化多种有机反应,拓宽了P450酶在生物合成与有机合成反应中的应用范围.总结了近年来由细胞色素P450酶参与催化的主要反应类型,归纳了拓宽P450酶催化反应类型、提高催化活性和选择性的一些重要策略,并对未来P450酶在生物合成及有机合成反应中的应用发展前景和挑战进行了展望.     

生物催化C-H键不对称羟基化反应的研究进展

C-H键的不对称羟基化反应是有机合成领域的研究热点和难点之一。生物催化的不对称羟基化反应具有较好的区域选择性和立体选择性,可作为化学催化C-H键不对称羟基化方法的有力补充,而目前关于生物催化的C-H键不对称羟基化反应的评论文章鲜有报道。本文结合本课题组的研究基础,根据底物类型,综述了生物催化链烷烃、环烷烃、芳香烷烃、烯烃、杂环化合物和天然化合物的不对称羟基化反应的进展,参考文献44篇。     

CYP 119过氧化物酶及其215位突变体在苯乙烯类底物环氧化反应中的作用

通过对CYP119过氧化物酶活性中心215位保守苏氨酸的定点突变,研究突变体对催化苯乙烯类似底物环氧化反应的作用效率。考察了CYP119酶215位突变体的热稳定性;端基双键的苯乙烯类似物和非端基双键的β-甲基苯乙烯类似物环氧化反应的转化率和对映选择性。结果表明,CYP119酶突变体T215G和T215V催化端基双键类底物效果与亲本酶类似,而催化非端基双键类底物在转化率和对映选择性上都具有一定变化。突变体T215G催化苯乙烯环氧化反应的转化率高达99.6%。突变体T215G能一定程度提高催化顺式β-甲基苯乙烯环氧化反应的对映选择性和转化率。突变体T215V催化顺式-β-甲基苯乙烯类底物,环氧化反应对映选择性远低于亲本酶和突变体T215G。说明215位苏氨酸的氢键效应和侧链氨基酸大小对CYP119酶催化特定底物的环氧化反应具有一定影响。     

苯乙烯生物催化氧化制环氧苯乙烷的研究

1.引言 单加氧酶是氧化还原酶的一类,因其能够活化分子氧并将其中一个氧原子插入到有机化合物中而引起广泛的研究兴趣。甲烷单加氧酶广泛存在于多种烷烃氧化菌、烯烃氧化菌和酵母等微生物中。已经发现、甲烷单加氧酶在细胞中负责将甲烷转变成甲醇(图1)。 此外,甲烷单加氧酶能催化氧化相当多的化合物,其中许多反应都是化学上不易实现的。例如,C_1—C_8烷烃的羟化,C_2—C_4烯烃的环氧化等等。该酶作为催化剂突出的优点还在于它在催化氧化时表现出的高立体选择性,其酶促过程往往可以获得有光学活性的产品。从     

卤过氧化物酶在绿色卤化反应中的研究进展

卤化反应是一类极其重要的有机合成反应,在实验室研究和化工生产领域占据重要地位.传统卤化反应因存在使用有毒有害试剂、反应缺乏选择性等问题而亟待改进,生物酶催化策略则为突破上述瓶颈提供了可能.自然界已经进化出多种可对有机物中催化引入卤素的卤化酶.酶催化卤化反应的突出优势在于常温常压下,可使用来源温和的卤素进行高效的催化反应.催化范围包括卤化、羟卤化、卤环合和氧化脱羧等多种具有挑战性的反应.鉴于酶催化卤化反应展示出巨大的潜力,从催化活性、酶稳定性、底物浓度、催化范围等几个方面着重介绍了卤过氧化物酶在绿色卤化反应中的最新研究进展,为进一步开发绿色的卤化酶催化卤化反应提供参考.     

过氧化氢原位生成驱动过氧合酶催化反应研究进展

C—H键的选择性催化氧官能团化反应是有机化学中非常具有挑战的一类反应.与贵金属络合物催化剂相比,生物酶在选择性和活性等方面表现出一定优势.其中,过氧合酶(peroxygenase)作为近年来研究热点,能够直接利用过氧化氢(H₂O₂)作为共底物催化C—H键的氧官能团化反应.过氧合酶结合了P450单加氧酶的催化多功能性且无须依赖辅酶及其再生体系,因此在有机合成中引起越来越多的重视.但是,过氧合酶在实际应用中存在一个瓶颈:即过氧合酶对其催化所必须的H₂O₂浓度敏感,当反应体系中H₂O₂浓度过高时,会引起过氧合酶中的亚铁血红素氧化分解,从而导致酶失活.为突破该瓶颈,调控反应体系中H₂O₂的浓度对于高效应用过氧合酶来说格外重要.概括了近年来多种原位生成H₂O₂驱动过氧合酶催化的方法.从酶催化、光催化、电催化原位生成H₂O₂角度出发,全面...     

生物催化用于C—C键的立体选择性合成

C—C键的立体选择性形成是有机合成化学的重要方面. 生物催化剂的立体选择性是它们的主要优势之一, 用酶催化C—C键形成已引起了广泛关注. 总结了生物转化中C—C键形成的最新应用, 着重讨论了醛缩酶和转酮醇酶生物催化剂的应用.     

导向的过渡金属催化不活泼C(sp~3)-H键氧化反应研究进展

近年来,过渡金属催化不活泼C(sp3)—H键氧化反应取得重要进展.该领域的研究主要集中在过渡金属催化甲烷选择性氧化,以及过渡金属催化导向基团螯合甲基氧化方面,这些研究成果实现了许多传统氧化方法不能完成的高效选择性转化.重点概述导向基团(肟、噁唑啉、吡啶、酰胺、羧酸、羟基)对促进过渡金属催化氧化C(sp3)—H键的影响,底物的乙酰氧基化、羟基化、羰基化、酯化反应以及催化反应体系和相关机制.     

细胞色素P450酶电化学生物传感器的构建及其药物代谢应用

药物代谢过程是药物在体内产生药效和毒性的主要过程,发展廉价、方便、快速、高通量的体外药物代谢研究方法对新药的开发和设计、给药的方法和剂量、临床药物的检测等都有重要的指导意义. 细胞色素P450酶（CYP450酶）在药物的I相反应中起到关键作用,以电极代替辅酶NADPH提供CYP450酶催化反应过程中需要的两个电子,构建CYP450酶电化学生物传感器可实现药物的初步筛选. 大量研究表明,CYP450酶在电极表面合适的固定方法与电极材料可有效提高传感器的检测性能. 本文主要综述近年来CYP450酶电化学生物传感器的构建及其在药物代谢研究方面的应用,并展望其研发前景.     

Effect of Concentrated Salts Solutions on the Stability of Immobilized Enzymes: Influence of Inactivation Conditions and Immobilization Protocol

This paper aims to investigate the effects of some salts (NaCl, (NH₄)₂SO₄ and Na₂SO₄) at pH 5.0, 7.0 and 9.0 on the stability of 13 different immobilized enzymes: five lipases, three proteases, two glycosidases, and one laccase, penicillin G acylase and catalase. The enzymes were immobilized to prevent their aggregation. Lipases were immobilized via interfacial activation on octyl agarose or on glutaraldehyde-amino agarose beads, proteases on glyoxyl agarose or glutaraldehyde-amino agarose beads. The use of high concentrations of salts usually has some effects on enzyme stability, but the intensity and nature of these effects depends on the inactivation pH, nature and concentration of the salt, enzyme and immobilization protocol. The same salt can be a stabilizing or a destabilizing agent for a specific enzyme depending on its concentration, inactivation pH and immobilization protocol. Using lipases, (NH₄)₂SO₄ generally permits the highest stabilities (although this is not a universal rule), but using the other enzymes this salt is in many instances a destabilizing agent. At pH 9.0, it is more likely to find a salt destabilizing effect than at pH 7.0. Results confirm the difficulty of foreseeing the effect of high concentrations of salts in a specific immobilized enzyme.     

Comparison of Oxalate Oxidase Enzyme Electrodes for Urinary Oxalate Determinations

Abstract

Enzyme electrodes for oxalate were constructed by immobilizing oxalate oxidase enzyme (E, C, 1,2,3,4) on both potentiometric carbon dioxide and amperometric hydrogen peroxide sensors. These systems were optimized, and the response characteristics of the two biosensors examined in a comparison study. Areas investigated include linear range, calibration curve slope, response time, limit of detection, and lifetime. Selectivity studies were carried out with the system and showed no measurable response to millimolar levels of various L-amino acids, metal ions or ascorbic acid.

This comparison was extended into the choice of an optimal sensor for urinary oxalate determinations with minimal sample pretreatment. The peroxide sensor performed best in urine samples, allowing for the 1:40 dilution necessary to minimize the effect of any interferents present. At this or greater dilution, the recovery of standard additions of oxalate averaged 95.5%, with an average relative standard deviation of 4.9%. The system retained its activity throughout two weeks of continued use.     

交联血管紧张素转化酶聚集体的制备及性质

制备了交联血管紧张素转化酶聚集体（ACE-CLEAs）,比较了ACE-CLEAs及游离ACE的酶学性质,包括最适酶促反应温度、最适pH值、Km、vmax、温度稳定性及pH稳定性等。 以酶活力回收率为参考,确定了制备ACE-CLEAs的最佳条件为：饱和度为80%的(NH4)2SO4溶液作为沉淀剂,沉淀时间0.5 h,质量分数为0.02%的戊二醛作为交联剂,交联时间1 h。 通过比较酶学性质发现,ACE-CLEAs比游离ACE具有更好的温度稳定性及pH稳定性,且与游离ACE接近的Km值表明,ACE-CLEAs对底物的亲和力与游离酶几乎相当。     

Rapid Determination of Dimethoate with a Surface Acoustic Wave Impedance Sensor System

Abstract

Based on the principle of enzyme inhibition, a novel and sensitive lipase biosensor to determine organophosphorus pesticide is presented. Contact of the enzyme with pesticide samples results in specific inhibition of enzyme activity. Sensor calibration was possible by correlating the inhibition of enzyme activity with various concentrations of pesticide compound in a buffer solution. The sensor was successfully used to determine pesticide concentrations ranging from a low of 167ng/ml to 1.34μg/ml, and the detection limit is 81ng/ml. The effects of temperature, pH value, incubation time and solvent were also investigated. The sensor was also applied to the determination of dimethoate residues in the peel and flesh of tomato.     

Amperometric Enzyme Sensor-Based Enzyme Immunoassay for Factor VIII-Related Antigen

Abstract

The coupling of an enzyme immunoassay for factor VIII-related antigen with a commercial glucose oxidase based amperometric sensor permits the determination of 1.6 to 16 ng of factor XIII-related antigen in human plasma. Further pure amperometric sensors or amperometric enzyme sensors for determination of the main marker-enzymes of enzyme immunoassays are described.     

基于固定化酶的乙酰胆碱酯酶抑制剂体外筛选模型的建立

以可重复使用的固定化酶代替游离态酶, 建立一种基于比色分析的乙酰胆碱酯酶(AChE)抑制剂体外筛选新模型. 采用以氨基化硅胶为载体固定的AChE优化了实验条件, 用AChE抑制剂阳性对照物他克林和毒扁豆碱对该模型进行验证, 还对模型技术参数进行评价, 并将新模型用于单体化合物及天然产物粗提物AChE抑制活性评价. 结果表明, 最佳实验条件为: 固定化酶用量55 μL, 底物浓度5 mmol/L, 甲醇、 乙醇及体积分数不高于6%的二甲基亚砜水溶液均可作为样品溶剂; 模型验证及模型技术参数评价结果良好, 该模型对AChE抑制剂筛选有较好的特异性和灵敏度, 可用于筛选AChE抑制剂. 该模型具有适用性强、 固定化酶可重复使用及结果可靠等优点, 是单体化合物及天然产物粗提物AChE抑制剂活性评价的有效方法.