酵母细胞预处理改变不对称还原反应立体选择性的若干机理分析

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生物催化因其高效和高度的立体选择性,已经成为手性合成最重要的方法之一。面包酵母能催化大多数β-羰基酯的不对称还原反应,生成的β-羟基酯具有光学活性,是合成手性药物和其他手性化合物的重要中间体。但许多反应的立体选择性不高,影响了其规模化生产。添加烯丙基类化合物可以改变酵母催化不对称还原反应的产物收率及立体选择性。本文以4-氯乙酰乙酸乙酯(COBE)为模型底物,用丙烯酰胺和烯丙基醇对酵母进行预处理,产物(S)-4-氯3-羟基丁酸乙酯(S—CHBE)的对映体过量值(e.e.)可以增加至94%;而用烯丙基溴预处理,则可以得到R-型产物。但酵母细胞经过烯丙基类化合物处理后,产物收率有所下降。通过测定酵母细胞在酶抑制剂预处理前后糖耗速率、ATP含量、胞内水解酶活性及线粒体呼吸链酶复合体活性的变化情况,证明烯丙基类化合物对细胞及胞内酶系的活性存在抑制作用,且作用程度大小取决于烯丙基所带基团。经烯丙基类化合物预处理后的酵母细胞,以PBS缓冲液反复洗涤后,其活性可以得到恢复,说明烯丙基类化合物对酶的抑制作用具有可逆性。增加底物浓度,经烯丙基醇预处理的酵母细胞,其S-型产物的对映体过量值维持在90%左右;而经烯丙基溴处理的酵母细胞,反应得到的R-型产物对映体过量值则从90%下降到45%左右。说明烯丙基类化合物在反应中与底物在同酶的结合上存在竞争关系,且烯丙基所带基团决定了其吸附的酶的类型。以抑制剂类似物处理酵母细胞,反应结果证明酵母细胞内催化不对称还原反应的两类酶存在着空间位阻效应。热也可以作为一种酶抑制剂改变酵母细胞在不对称还原反应中的立体选择性。热激处理酵母细胞,温度升高,酵母细胞催化不对称还原反应的产物收率下降,S-型产物的对映体过量值提高。当热激温度为50℃时,S-型产物的对映体过量值达到最高。而当热激温度高于55℃时,产物收率急剧下降。经过热激处理的酵母细胞,其消耗葡萄糖的能力与胞内大部分水解酶的活性都有不同程度的下降。说明热激处理对细胞及胞内大部分水解酶的活性存在着一定的抑制作用。酵母细胞呼吸链上的脱氢酶在不同的热激温度下具有不同的活性,并且与热激处理后酵母细胞的立体选择性变化趋势一致。说明酵母细胞呼吸链上的脱氢酶可能是反应中催化COBE不对称还原为S-CHBE的酶的一种,当以较高温度对酵母细胞进行处理时,S-型酶活性上升而R-型酶活性受到抑制,因此反应结果表现为产物收率下降,S-型产物对映体过量值上升。
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