4、回收率高、成本低
• 微生物转化反应是在细胞内进行，保持原来整 体酶系比较符合生物催化所需环境和条件。 • 在氧化一还原等催化反应时不需要添加辅酶； 辅酶往往很不稳定，难以分离提取，从这点来说 微生物转化比酶法转化要好多了。 • 微生物 反应可以持续进行、反应量大、回收率 高并可以大规模工业化生产。从设备和原料方面 来说生产成本低于酶法和化学合成法
第三节几种常用的微生物转化方法
• 随着固定化细胞、诱变和基因重组等重 要的生物技术的发展，不仅使得微生物转 化在天然药物修饰中发挥更重要的作用， 使生物转化成倍地提高转化率，并且使得 微生物转化方法更加丰富。现在将几种微 生物转化方法简介如下。
1、分批培养转化法
• 分批培养(batch culture)转化法是在摇瓶和 发酵罐中待菌体生长到一定阶段加入底物 进行转化的方法。 • 底物加入时间因菌种和底物不同而各异， 一般在对数生长期，但也有在延迟期和稳 定期加入的。
• ②丙酮干粉制备法： • 将菌丝体悬浮于一20℃的丙酮中处理3次， 每次获得泥浆状的丙酮液，用抽气过滤进 行收集，最后用冷乙醚洗涤，以帮助洗去 残余的丙酮。 • 丙酮干粉剂必须冰冻贮藏，以供随时使用。
7 静息细胞转化法
• 静息细胞转化法是指将微生物培养至～定 阶段后分离出菌丝体，将其重新悬浮于不 完全培养基(缺少某种营养物质，如氮源等) 中，使其处于不再生长但仍保持原有各种 酶活的状态，再加入底物，在适当的温度、 pH和振荡条件下进行转化的方法。 • 它是一种将生长影响减至最小的生物转化 方法。
第一节 微生物转化的反应
• 随着现代生物技术的不断进步，特别是固 定化细胞、诱变和基因重组等的发展，使 微生物转化的转化率成倍提高，也为天然 药物结构修饰带来了广大的发展空间。 • 不同类的微生物都含有不同的酶系。现在 将目前应用和研究上用得比较多的微生物 按化学反应分类。
1．应用于氧化反应
• (1)脱氢反应
微生物转化
• UM-BBD
•
第一章 微生物转化方法
• 从20世纪50年代开始，微生物学家通过有机化学、 物理学、生物化学和遗传基因学等学科的帮助， 来研究了微生物代谢产物中的化学组成以及生命 活动中酶和酶的化学反应使生物学科向分子水平 发展；同时也提供了微生物学向化学学科的渗透。 微生物学研究者应用现代的生物技术来帮助生物 化学和有机化学工作者解决一些复杂和疑难的微 生物代谢产物和化学合成的反应．创造出不少人 工合成的新化合物，推动了生物化学和有机化学 的发展。 •
• 温度也是影响转化率的一个重要因素。 • 温度升高，转化率会提高，但超过一定的 限度，会使得酶失活速率也加快，所以只 有在一个适当的温度下转化，才能达到最 佳转化率。
• 最佳温度的选择也可通过上述分析检测手 段来确定
二、底物添加方法
• 在微生物转化中，根据能否溶于水来分， 可以把底物分为两大类，即可溶于水和不 可溶于水底物。
• 含酶活力强和含酶量多的微生物进行转化 时，添加底物的速度可以快点，底物的量 也可以多点。 • 加底物速度和量要与微生物的耐受能力相 挂钩，底物舔加的速度和总量不能超过微 生物的耐受范围， • 同时产物的积累也会对酶产生抑制，所以 必须有一个合适的底物添加量，
6、应用于脱水反应
• 应用于脱水反应的主要是细菌和霉菌ຫໍສະໝຸດ 第二节微生物转化的一般过程
• 微生物转化实验概要过程如下： 选择需要的菌株 培养成熟菌丝或孢子 选择合适的转化方式 转化培养或转 化菌丝及孢子悬浮液转化 转化液的分离 提取 产品纯化
1．选择菌种 • 选择好的菌种是做好微生物转化反应的关 键；根据微生物转化反应的类型，选择哪 类微生物含这类反应的酶。一般可以向国 家或地方保管菌种机构去函索取。
• 增大细胞渗透性或改变细胞膜孔，一般采 用表面活性剂或有机溶剂，有时也可利用 抗生素来增加细胞膜的渗透性，但用量应 适当控制，以免杀死微生物。
4、应用孢子进行生物转化
• 细菌的孢子一般无活性，而真菌的分生孢 子和子囊孢子往往有较高的酶活力，与菌 丝体比较具有杂质相对少的优点。 • 孢子转化需要注意的是不能让孢子萌芽， 否则不能保持稳定的生物转化活力。 • 应用于生物转化的孢子悬浮液和培养基成 分与静止细胞转化法相似．也是采用不完 全培养基，仅含有缓冲液及葡萄糖等产生 能量的碳源。
5、应用固定化细胞进行生物转化
• 固定化细胞在适宜的转化条件下进行生物 转化能保持细胞相对活的状态，它的最大 优点是可以长期反复使用，有的能维持有 效催化达数月之久。 • 另外使用固定化细胞还使得产物提取简单， 便于自动化和大规模的工业化生产。 • 目前常用的固定化方法有聚丙烯酰胺聚合 法和卡拉胶包埋法。
3、对立体结构合成上具有高度的专一选择性
• 微生物转化反应其实也是一种酶反应．对 底物作用时，具有高度的立讳一构选择性。 • 微生物转化反应不仅对结构有化学选择性， 还有区域选择性、面选择性和对映异构选 择性。
• 严格的立体结构选择性对天然药物微生物 转化来说是非常重要的。 • 因为药物的异构不仅无用或者低效，并且 会带来副作用，有时会有相反的药效和强 力的毒性。 • 特别是生理活性很高的激素、抗生素以及 心血管系统和神经系统等药物的药效对对 映体结构的要求很高，往往具有严格对映 体结构要求，这是有机化学合成等方法根 难达到的。
5 控制好转化反应培养时间 • 按有关微生物转化反应各种因素，控制好转化反 应培养终点电，使底物转化达到最大反应完全值。
6 调控好影响因素 • 调控好整个转化过程中各项影响因素。 7 控制好转化反应终点 • 当取样分析反映转化培养液中转化产物积累不 再增加时，立刻采用物理方法将菌丝体及培养物 除去来停止转化反应。 8 分离纯化转化产物 • 此时转化产物已与生物转化系统分开，可按化学 方法将产物分离提纯
第四节 微生物转化反应的特点
• 微生物转化反应，可以用静止地按洗涤 细胞进行研究．也可以用发酵方式进行转 化以及应用固定化细胞进行生产等。
它跟酶法转化和有机化学转化比较有以下 特点
•
1、反应条件温和、公害少、设备简单且反应速度 快 • ① 在微生物转化的反应中一般无需高压、强热 等比较苛刻的条件，只需在常温和pH为7左右的 环境下进行反应即可； • ② 原料除了普通的培养基和底物外没有其他化 学品，一般普遍认为公害比较少； • ③ 设备简单，反应条件比较温和，生产安全。 • ④ 微生物转化反应是酶催化的反应。在最合适 条件下，一秒内酶能催化底物转化成产物的分子 个数数量级是102～lO6
• 利用微生物的作用来进行某种化学反应称为微生 物转化反应(microbial transformation or microbial bioconversion)。 • 准确地说应该是利用微生物代谢过程中某一个酶 或者一组酶系对底物进行催化反应称为微生物转 化反应。 • 随着生物学科进一步发展，特别是固定化细胞、 诱变和基因重组等重要的生物技术的发展，不仅 使得生物转化成倍地提高转化率，并且能将几种 不同合成基因构建到同一个工程菌中使得一次培 养同时进行几步转化反应，使微生物转化在天然 药物修饰中发挥更重要的作用。
• 微生物转化历史悠久，早在2500年前的春秋战国 时期，人们就已经知道制酱和醋。在宋代，采用 老的曲子进行接种，还根据酸大米和明矾水在较 高温下培养制造红曲。不过当时人们并没有认识 到可以利用微生物来合成化学物质。 • 因此一般认为微生物转化研究始于1864年巴斯德 利用乙酸杆菌将乙醇氧化为乙酸，但工业化微生 物转化的重要里程碑应该是20世纪50年代美国普 强药厂的Murray和Peterson利用微生物黑根霉 (Rhizonpus nigricans)的羟化酶将黄体酮转化为 11α-羟基黄体酮，即对甾体化合物的结构改造。
一、转化的时间和温度
• 微生物转化反应本质上是酶反应，是单酶或多 酶的催化反应。 • 既然是酶反应，就存在一个最佳的反应时间， 时间太短则转化不完全；时间太长，会造成微生 物衰亡及酶失活。 • 最佳反应时间的确定可以采用高效液相色谱 (HPLC)、气相色谱(GC)、薄层扫描(TLCS)、分 光光度法等定量分析手段来完成。 • 不同的反应类型、不同的微生物、不同的酶， 最佳反应时间不同，有的只需几小时，有的则持 续数天
第二章 微生物转化的影响因素
• 利用微生物代谢过程中某一个酶或一组酶系对底 物进行催化反应，称为微生物转化反应。 • 微生物转化反应本质上是一个酶反应，因此，同 酶反应一样，在这个催化反应过程中涉及一系列 的影响因素，其中最为重要的是转化的时间、温 度、底物添加方法、酶的抑制剂、酶的诱导剂以 及生长调节剂等。 • 上述因素的变化皆会对转化率有一定的影响。下 面分别针对上述因素对微生物转化的影响加以具 体叙述
6、应用干燥细胞进行生物转化
• 干燥细胞转化法实际上是另一种静息细胞转化法， 便于贮备随时使用。干燥细胞的制备有以下两种 常用方法。 • ①冰冻干燥法：将培养好的菌丝液，通过离心或 过滤，洗涤后获得干净的菌丝体并重新悬浮于稀 的缓冲液或纯水中，冰冻后抽真空，直接升华除 去水分．得到蓬松的粉末。这种干燥菌丝体在冰 冻保存的条件下可以保持活力达数年之久，适合 于大规模的工业化生产。
• 能溶于水的底物添加方法中有许多是与培 养基中添加碳源的方法相类似，但是其转 化率与其添加方法有很大的影响。
• 对于能溶于水的底物来说，将其添加到水 的培养基中进行微生物转化是比较容易的， 不过要注意加底物量的多少、添加速度和 底物是否对微生物有毒性。 • 添加底物的量一般与微生物转化反应的类 型，细胞内含酶的多、少、强、弱和底物 的化学性质有关；
2、可以减少反应步骤 • 随着现代生物技术的迅速发展，酶合成基因构建 的基因工程菌可以把需要几步催化合成的中间体 在一次发酵中转化完成。 • 将几步中间体合成的酶通过基因构建到同一工程 菌中，使在发酵法转化时需要几步催化台成的中 间体只要一步就可以转化成功。 • 如维生素c生物合成中基因重组葡萄糖酸氧化杆菌 的代谢工程菌，将L-山梨醇脱氢酶基因和L-山梨 酮脱氢酶基因，通过基因重组构建出一个工程菌 株，发酵过程可以在同一次转化发酵中将D一山 梨醇转化成α一酮一L古洛糖酸。