快速测定水解酶活性的新方法研究(4)
水解酶类：催化底物发生水解反应的酶类。例如，淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、磷酸酶、糖苷酶等。
裂合酶类：催化从底物（非水解）移去一个基团并留下双键的反应或其逆反应的酶类。例如，脱水酶、脱羧酶、碳酸酐酶、醛缩酶、柠檬酸合酶等。许多裂合酶催化逆反应，使两底物间形成新化学键并消除一个底物的双键。合酶便属于此类。
异构酶类：催化各种同分异构体、几何异构体或光学异构体之间相互转化的酶类。例如，异构酶、表构酶、消旋酶等。
合成酶类：催化两分子底物合成为一分子化合物，同时偶联有ATP的磷酸键断裂释能的酶类。例如，谷氨酰胺合成酶、DNA连接酶、氨基酸：tRNA连接酶以及依赖生物素的羧化酶等。
1.3 生物催化在制药方面的应用
由于生物催化剂具有催化效率高、专一性强和污染少等特点, 生物催化已经和化学方法一样, 被大量应用于药物的研究开发。但生物催化剂的热稳定性差、易受pH 的影响和有机溶剂耐受性差等缺点,限制了生物催化剂用于大规模的工业化生产。不过随着新的生物技术如定向进化的出现, 利用生物技术对生物催化剂进行改造优化已成为现实。相信在不久的将来, 生物催化定能在制药工业中发挥更大的作用, 给人类的健康事业作出新的贡献。
1.4 腈水解酶
1.4.1 腈水解酶简介
腈化合物是一类含氰基功能团的化学物质(RCN)，可以看作是氢氰酸分子（HCN）中的氢原子被烃基取代后的生成物。腈化合物种类繁多，早在20世纪30年代,就有人提出用某些植物组织能将腈化物转化成酸的假说来解释一些化学合成的腈化物衍生物对植物生长的促进作用。Thimann和Mahadevan于1964年从大麦叶子中正式分离到这种水解腈的酶,并命名为腈水解酶[11]。目前，人工合成的和自然界存在的腈类化合物，总的数目已经超过20000种，其中大部分来自人工合成。天然腈存在于植物、真菌、细菌、藻类、海绵、昆虫、甚至哺乳动物中[12]。
腈水解酶家族包括腈水解酶(Nitrilase)和腈水合酶(Nitrile hydratase)，前者催化腈直接水解，一步生成羧酸及氨；后者催化腈水解生成酰胺，酰胺在酰胺酶(Amidase)作用下进一步转化成羧酸及氨[13]。用腈水解酶降解腈化合物，可以生成手性的羧酸和酰胺等医药中间体，具有反应条件温和，选择性高的优点[14]。
图1.1 酶法水解腈所涉及的途径
1.4.2 腈水解酶的应用
由腈化合物出发可以获得酰胺、酸、酯等价值更高、应用范围更广的一类化合物, 它们被广泛地应用于合成化工原料、医药中间体以及文生素的前体。腈的化学水解因其需要强酸(或强碱) 、高温、高压等反应条件, 而且副产物多、产量低、环境污染严重, 而大大地限制了它在工业上的应用。1980 年, Yamada 等人[15]首次发现微生物Rhodocococcus sp. N2774腈水合酶可降解有毒的乙腈, 不久被成功地应用于工业生产丙烯酰胺。现有的研究表明腈的酶法水解具有高效性、高选择性、反应条件温和、环境污染小、成本低、产物光学纯度高等优点[16], 符合原子经济型和绿色化学的发展方向, 有着化学方法无可比拟的优越性。虽然酶催化酯水解反应也可产生光学活性羧酸, 但酶催化腈水解反应不仅得到酯水解能获得的光学活性羧酸, 而且还能合成光学活性酰胺化合物, 而酰胺化合物可进一步转化为光学活性胺和其它的含氮化合物[17]。可见, 腈的酶法水解在有机合成方面具有巨大的应用潜力
近几年来, 腈化合物的生物催化技术发展迅速,腈转化酶在精细化学品生产中的应用已取得了令人瞩目的成就, 无论在应用数量还是种类上都有较大发展, 在医药及其中间体、农药及其中间体、食品及饲料添加剂等领域也得到了广泛应用[18]。
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