应用化工毕业设计（论文）-青霉素酰化酶制6-APA.doc

XXX 化工医药职业技术学院
毕业论文
青霉素酰化酶制6-APA
学生姓名
班级煤化
专业名称应用化工(煤化工方向)
系部名称化学与环境工程系
指导教师
提交日期 2011年1月4日

化学与环境工程系
摘要
6氨基青霉烷酸(6-APA)是重要的抗生素药物中间体之一,目前均采用青霉素酰化酶酶促裂解青霉素获得。本文介绍近年来青霉素酰化酶催化青霉素水解的研究进展,青霉素酰化酶的性质及其催化机理,青霉素酰化酶的固定化方法,青霉素酰化酶反应器的设计,反应介质工程的研究进展。
青霉素酰化酶(penicillin acylase,penicillin amidase,penicillin, ami dohydralse,EC )可以裂解青霉素获得重要的医药原料6氨基青霉烷(6-APA)。在自然界中来源广泛,细菌、放线菌、酵母和高等真菌都可以产生青霉素酰化酶。尽管有报道推测青霉素酰化酶是在代谢芳香族化合物作为碳源的过程中具有一定的作用,但产生的机理仍未明确。随着工业化进程的发展,环境污染的加重,生物催化绿色浪潮随之兴起,青霉素酰化酶的应用越来越广泛,围绕着青霉素酰化酶酶促裂解青霉素制备6-APA的研究也备受关注,作为一种重要的工业酶,青霉素酰化酶在制备6-APA中的应用已经有近三十年的历史了。本文对这一方向近年来的发展做一综述。
目录
第一章酶的性质及其催化机理……………………………1
第二章青霉素酰化酶的固定化……………………………3
第三章青霉素酰化酶催化生产6-APA……………………5
第一节两相系统中裂解青霉素的研究………………5
第二节离子液体系统中裂解青霉素的研究…………7
第三节反应器及其他技术……………………………7
第四章结语…………………………………………………9
参考文献………………………………………………………10
致谢……………………………………………………………11
第一章酶的性质及其催化机理
根据青霉素酰化酶在催化水解反应时所偏爱的底物不同,可将青霉素酰化酶分为3类:青霉素G酰化酶、青霉素V酰化酶和氨苄西林酰化酶。近年来的研究发现,自然界仍然存在其它种类的青霉素酰化酶,如从放线菌中分离到的青霉素酰化酶可以水解一些天然脂肪族的青霉素,因此可以定义为青霉素K酰化酶。青霉素酰化酶催化水解的底物结构非常相近,但是青霉素酰化酶的结构上差别较大。来源于大肠埃希菌(Escherichia coli)。来源于球形芽孢杆菌(Bacillus sphaericus)。这两类酶都是N末端亲核水解酶的大家族成员,N末端亲核水解酶的共同点是在N末端具有催化残基。虽然青霉素V酰化酶的亲核残基是丝氨酸,青霉素G酰化酶的亲核残基是半胱氨酸,但是它们的折叠却是惊人的相似,都具有一个四层的催化活αββα核心结构。
通过对来源于大肠埃希菌的青霉素G酰化酶的研究发现,它具有唯一活性中心,两个亚基紧密交织在一起,组装成肾脏形,中间有一凹槽,杂------二聚体的大小表示为7nm×5nm×。两者之间没有明显的分离区域,亚基之间接触角痕大,20%为疏水氨基酸,酶与苯乙酸、苯甲基磺酰氟化物(PMSF)的结合部位位于底物侧链的结合部位。这些抑制剂的苯基部位直接伸到酶分子疏水袋。Metα142,Pheα146,Pheβ57,Trpβ154,Ileβ177位于疏水袋两侧,Serβ67封住疏水袋的底部袋口,由Serβ1和Asnβ241的侧链和β23,β69的主链氮原子组成。McVey等采用多底物竞争性抑制,用X晶体衍射测定了底物苯乙酸、3,4二羟基苯乙酸、2,5二羟基苯乙酸、p硝基苯乙酸等与青霉素酰化酶形成的复合物的三维结构,这些复合物结构揭示了底物结合区域构象的变化可能作为酶自催化的开关。结果发现Arg α263参与了与底物的结合并协助Asn β241的定位,Phe 146是底物进入活性中心的开关,酶活性高度依赖于Asn β241,在催化中心部位,β241 Asn会导致形成氧阳离子的洞,而且对底物与Ser β1也起到定位的作用,所以准确地说,青霉素酰化酶的催化活性中心是SerAsn二联体。青霉素酰化酶的水解青霉素G的机制是1995年由Duggleby等阐明,青霉素酰化酶主要由其β亚基N末端丝氨酸残基发挥水解酰基作用。酶促水解反应是通过酶活性中心和底物分子形成一个四面体中间物进行的,四面体中磺酸基团与半缩醛非常相似。且这一四面体形成和解体是一个可逆的过程,羰基的质子化使得其碳原子更容易受到亲核进攻。
Β-1丝氨酸残基的Oγ处于利于进攻羰基碳原子的位置。