生物催化在制药工业的应用-发现.开发与生产

1 酶及其合成应用：概述11.1 引言11.2 酶的分类11.3 酶的发现及优化21.4 酶的生产21.5 酶在合成反应中的应用31.5.1 酮还原酶(EC1.1.1.2 )31.5.2 烯醇还原酶或烯还原酶(EC1.3.1.1 6)31.5.3 加氧酶(EC1.1 3.×.×.和EC1.1 4.×.×.)41.5.4 醇氧化酶(EC1.1.3.×)61.5.5 过氧化物酶(EC1.1 1.1.×)61.5.6 卤化酶61.5.7 腈水解酶(EC3.5.5.1 )71.5.8 腈水合酶(EC4.2.1.8 4)81.5.9 环氧水解酶(EC3.3.2.×)81.5.10 ω转氨酶(EC2.6.1.×)91.5.11 羟腈裂解酶(EC4.1.2.×)91.5.12 醛缩酶101.5.13 糖苷水解酶(EC.××××)101.5.14 糖基转移酶(EC2.4.×.×)121.6 本章小结13参考文献132 用于酶发现与生产的表达宿主192.1 引言192.2 如何选择表达系统202.3 原核表达系统222.3.1 在原核生物中进行翻译后修饰222.3.2 大肠杆菌222.3.3 芽孢杆菌242.3.4 荧光假单胞菌252.3.5 其他原核表达系统252.4 真核表达系统262.4.1 酵母272.4.2 丝状真菌302.4.3 昆虫/杆状病毒系统312.4.4 哺乳动物细胞培养322.4.5 其他表达系统332.5 无细胞表达系统332.6 本章小结35参考文献353 酶的定向进化和高通量筛选463.1 引言463.2 定向进化DNA文库创建的策略473.2.1 随机突变和半理性设计突变483.2.2 基因重组493.3 定向进化DNA文库的筛选/选择方法523.3.1 利用遗传互补进行体内检测523.3.2 利用化学互补进行体内检测533.3.3 利用表面展示进行体内检测533.3.4 利用裂解液进行体外检测553.3.5 利用核糖体展示进行体外检测553.3.6 体外检测方法：体外区域化553.3.7 仪器化和自动化563.4 工业化应用案例563.4.1 提高活性563.4.2 提高热稳定性583.4.3 改变底物专一性583.4.4 改变产物专一性593.4.5 提高对映选择性593.5 结论和展望60参考文献604 反应工程在工业生物转化中的应用654.1 引言654.2 代谢生物转化664.3 酶促生物转化664.3.1 辅助因子再生674.3.2 外消旋化混合物694.3.3 平衡转化率724.3.4 副产物的形成754.3.5 底物抑制784.3.6 底物的低溶解性814.4 本章小结82参考文献845 利用羟腈裂解酶合成手性药物中间体895.1 引言895.2 羟腈裂解酶895.2.1 羟腈裂解酶的天然功能和分布895.2.2 羟腈裂解酶的分类905.2.3 新型羟腈裂解酶和高通量筛选方法935.3 羟腈裂解酶催化的反应955.3.1 反应体系955.3.2 酶的固定化975.3.3 连续式反应器975.3.4 亨利反应985.4 氰醇的转化反应995.4.1 羟基的转化995.4.2 腈基/氰基的转化995.4.3 分子内反应1025.5 本章小结104参考文献1056 醛缩酶作为有机合成工具的应用拓展1116.1 定向进化和理性突变1116.2 反应工程1146.3 野生型醛缩酶广泛的底物耐受性1156.4 本章小结117参考文献1177 酮还原酶和醇氧化酶的合成应用1207.1 酮还原酶1207.1.1 野生菌的整细胞催化1207.1.2 重组菌的整细胞催化1237.1.3 分离酶催化1277.2 醇氧化酶1387.2.1 伯醇氧化酶1387.2.2 仲醇氧化酶141参考文献1428 腈水合酶和腈水解酶的应用1508.1 引言1508.2 腈水合酶1508.2.1 新型腈水合酶1508.2.2 应用1508.3 腈水解酶1608.3.1 新型腈水解酶1608.3.2 应用1638.4 本章小结173参考文献1739 药物代谢产物的生物合成1799.1 引言1799.2 利用哺乳动物生物反应器合成药物代谢物1819.2.1 体外系统的选择1829.2.2 反应条件的优化1849.2.3 大规模反应1879.2.4 哺乳动物细胞生物反应器实例1889.2.5 体内转化实例1899.3 利用微生物反应器合成药物代谢物1909.3.1 用于代谢产物结构阐释的微生物反应器1909.3.2 用于关键代谢产物合成的微生物反应器1919.3.3 菌种的筛选1919.3.4 微生物的糖苷结合作用1949.3.5 大规模反应1959.3.6 利用微生物反应器合成药物代谢物实例1969.4 重组酶生物反应器1989.4.1 利用细胞色素P450单加氧酶合成药物代谢产物的优势2009.4.2 人类细胞色素生物催化剂2019.4.3 微生物细胞色素P450酶2019.5 本章小结202致谢203参考文献20310 整细胞生物转化在制药工业中的应用20910.1 引言20910.1.1 用于药物商品化生产的整细胞生物转化过程20910.1.2 整细胞生物转化用于合成手性药物中间体21010.2 整细胞生物转化相比于分离酶催化的劣势21210.2.1 低浓度条件下的底物利用及产物回收21210.2.2 发生不需要的副反应21210.2.3 底物和产物的细胞毒性21210.3 整细胞生物转化相比于分离酶催化的优势21210.3.1 比分离酶来源更稳定21310.3.2 辅酶再生和多酶协同反应21310.3.3 多样性和易获得性21310.3.4 使用非商业化可得的分离酶催化制备级合成反应21310.3.5 成本效应及操作便利性21410.4 克服整细胞生物转化劣势的方法21410.4.1 利用吸附树脂调控底物和产物的浓度21410.4.2 固定化细胞技术21510.4.3 水有机溶剂两相体系21610.4.4 基因工程的方法21710.5 本章小结218参考文献21911 药用天然产物的组合生物合成22311.1 引言22311.2 组合生物合成：结构衍生的天然方法22411.3 药用天然产物的组合生物合成实例22711.3.1 红霉素(聚酮化合物的生物合成)22711.3.2 达托霉素(非核糖体聚肽的生物合成)23011.3.3 patellamide(核糖体聚肽的生物合成)23211.4 小结与展望234参考文献23512 代谢工程在药物开发和生产中的应用24112.1 引言24112.2 代谢工程的工具24212.2.1 细胞代谢网络分析工具24212.2.2 用于理性遗传改造的工具24412.3 聚酮类药物研发中的代谢工程调控24612.3.1 聚酮化合物的生物合成24612.3.2 利用代谢工程手段改进红霉素生产24612.3.3 利用代谢工程在异源宿主中高浓度生产6脱氧红霉素内酯B24712.3.4 其他聚酮化合物生产中的代谢工程调控24912.3.5 新型聚酮类药物的研究进展24912.4 β内酰胺生产中的代谢工程调控25012.5 类异戊二烯生产中的代谢工程调控25112.5.1 类异戊二烯的生物合成途径25212.5.2 通过代谢工程的调控增加异戊烯化合物合成前体的供应25212.5.3 青蒿素研发和生产中的代谢工程调控25412.5.4 类胡萝卜素生产中的代谢工程调控25412.5.5 紫杉醇研发和生产中的代谢工程调控25512.6 本章小结258参考文献25813 多模块合成酶和各组成模块用于化学转化反应26713.1 引言26713.2 背景26713.2.1 多模块合成酶的构造26713.2.2 天然产物生物合成周期27013.3 宏合酶的代谢工程27113.3.1 达托霉素：通过域交换进行代谢调控27113.3.2 阿维菌素：通过定向发酵进行代谢调控27413.4 用于化学转化的各个结构域27713.4.1 单个结构域的功能和结构域自主性27713.4.2 环化27713.4.3 卤化28013.4.4 杂环化/芳构化28113.4.5 甲基化28213.4.6 氧化28413.4.7 糖基化28513.5 本章小结288参考文献28814 生物催化剂生产药品中的绿色化学29414.1 引言29414.2 酶促拆分：更高得率，更少废物29714.3 生物还原：更绿色的配体，可再生的氢化物供体，无需金属30014.3.1 酶法氧化：清洁、高选择性和催化性30214.4 CC键形成：*高的原子经济性30314.5 小结与展望305参考文献305