刘郭飞 化学工程 10103001

摘要：生物催化具有高选择性、高效率、反应条件温和、环境友好等特点。生物催化不对称合成即生物催化合成手性药物替代原有的化工合成方法日益引起人们的关注。综述了生物催化合成药物中间体的原理进展和研究现状。

关键词：生物催化; 手性药物; 不对称合成

Process of Reduction of Carbonyl Drugs with Biocatalysis

Abstract：Due to the advantages including high stereoselectivity and regioselectivity,high catalytic efficiency, mild conditions, less pollution to the environment biocatalysis has been an important way to replace traditional organic synthesis.Biocatalysis, asymmetric synthesis has been become a hot field in organic synthesis. The principle and process of reduction of chiral drugs with biocatalysis are presented.

Key words: biocatalysis; chiral drug; asymmetric synthesis

手性药物（Chiral drug）是指有药理活性作用的对映纯化合物。具有特定功能基团的手性醇是合成手性药物的重要中间体。在羰基的不对称催化还原反应研究中，生物催化因其很高的立体选择性及其安全性与环境相容性，成为了很有前途的发展方向。 

1  手性

手性是自然界最重要的属性之一，分子的手性识别在生命活动中，起着极为重要的作用。所谓手性，如人体的左右手一样，在空间上不能完全叠合，却能互为镜像的奇特属性。手性是生物系统的基本特征，生物体的基本组成成分蛋白质、核酸、糖、脂肪等均由手性化合物所构成。绝大多数内源性生物活性的物质如激素、神经递质、各种调节因子等也具有手性[1]。同一化合物的两个对映体之间,不仅具有不同的光学性质和物理化学性质，而且它们具有不同的生物活性，比如在药理上，药物作用包括酶的抑制、膜的传递、受体结合等均和药物的立体化学有关；手性药物的对映体的生物学活性、毒性、代谢和药物属性完全不同。一百年前曾以“锁与钥匙”的配合来描述分子间专一性组合的费谢尔确信，不对称是自然界的一个驱动力，光学活性则是生命的一大特色[2]。

2  手性药物

手性药物（Chiral drug）是指有药理活性作用的对映体纯化合物。药物作用的分子生物学显示，药物在体内的吸收、转运、分布、代谢、排泄以及与受体、酶、离子通道等靶点的结合，均体现出立体选择性，因此含有手性因素的药物，其不同的对映异构体在活性、代谢过程及毒性等方面，往往存在着显著的差异。手性药物按其作用可分为以下几类[3]：①两种对映体的作用相同，这类药物的作用往往是手性中心而不涉及活性中心，属于静态手性类药物。②两种对映体的作用相反，这类药物的对映体与受体均有一定的亲和力，但通常只有一种异构体具有活性，另一对映体反而起拮抗剂的作用。③一种对映体具有药理活性，另一种活性弱或无活性，无活性的称为劣映体，相当于杂质。④两种对映体具有不同的药理活性，这类药物通过作用于不同的靶器官，组织而呈现不同的作用模式。⑤一种对映体具有药理活性，另一对映体具有毒性，曾作为镇静剂在欧洲广泛使用的Thalidomide(反应停)导致了多例短肢畸胎[4]。其后的研究发现，Thalidomide的(S)-异构体致畸，而(R)-异构体只有镇痛作用。同样Ethambutol的(S)-异构体对结核病有良好的疗效，而(R)-异构体则致盲。

为了用药的安全，使用纯的单一对映体就显得非常必要，这样可以增加药物的选择性，以降低药物的毒副作用，因此开发单一对映体的合成药，是近几年国际上新药研究与开发的热点。单一对映体药物的世界市场，每年以20%以上的速度增长。1996年，手性药物制剂在世界市场上的年销售额为730亿美元[5]；1999年，全球单一对映体药物年销售额就已达到946亿美元；2002年全球销售额接近1600亿美元[6]。2000年在市场上销售的所有药物中，有40%为单一对映体，而在1999年仅三分之一为单一对映体[7]。在20世纪90年代，不对称催化反应发展迅速，21世纪的不对称催化会成为手性技术的一项高科技产业。一批具有高经济价值的不对称合成工艺将会出现，并在农业、医药、精细化工、食品添加剂等行业中引起巨大的变革，这将有助于推动我国和世界经济的进一步发展。目前国际学术界关注着以下三个方面的发展：①寻找更高催化活性的手性配体和催化剂；②开拓新的不对称催化反应方法；③开发具有经济价值的工业规模工艺[8]。

3  手性化合物的制备

手性化合物的制备，已成为当前国内外较热门的研究课题之一。

3.1 天然产物的提取

天然产物的提取及半合成，就是从天然存在的光性化合物中获得,或以价廉易得的天然手性化合氨基酸、萜烯、糖类、生物碱等为原料,经构型转化或手性转换等反应,方便地合成新的手化合物。天然存在的手性化合物通常只含一种对映体,用它们作起始原料,经化学改造制备其它手性化物,无需经过繁复的对映体拆分,利用其原有的手性中心,在分子的适当部位引进新的活性功能团,可制成许多有用的手性化合物[9]。

3.2 消旋体拆分法

包括物理拆分、化学拆分和生物拆分。

物理方法拆分有诱导结晶法、色谱法等。选用物理拆分法技术时，应考虑其中的一种对映体能否优先结晶，可以利用两个对映体在不同条件下的溶解度不同进行分离。可用手性色谱柱直接分离对映异构体。

化学拆分是用手性化学试剂把外消旋混合物中的两个对映体转变成非对映异构体，再利用两种非对映体异构体的物理性质差别将其分开。

生物拆分是利用生物酶或含有的活性酶的微生物菌体作生物催化剂，将其中一个对映体进行选择性转化，达到外消旋体拆分分离的目的。相对来说，生物拆分法可以弥补化学拆分法的某些不足，展现了广阔的应用前景。生物拆分法的优点主要有：①生物催化剂催化的反应通常具有高度的立体专一性。因此，得到的产物旋光纯度很高，适于作各种生物活性和药理试验；②副反应少， 产率高， 产品分离提纯简单；③生物催化剂催化的反应大多在温和的条件下进行，温度通常不超出0-50℃区间，pH值接近中性，因此没有设备腐蚀问题，生产安全性也高；④生物催化剂无毒，易降解，对环境友好，适于工业化大规模生产[10]。

3.3  手性源法

所谓手性源法，是指可以是从天然存在的光活性化合物中获得，或由天然来源的手性物质经化学改造或定向合成，得到目标手性化合物。

由天然来源获得的手性化合物，原料丰富，价廉易得，生产过程简单，产品旋光度高。许多大宗手性产品，如糖、氨基酸、生物碱等，都是用此法生产的。也可以将只含一种对映体的天然存在的手性化合物作为起始原料，经化学改造制备其它手性化合物，这种方法无需经过繁复的对映体拆分，利用其原有的手性中心，在分子的适当部位引进新的活性功能团，可以制成许多有用的手性化合物。天然的氨基糖、羟基酸等，有机合成的旋光性醇、胺、环氧化合物都可作为手性源物，工业生产的地尔硫卓，左氧氟沙星都是应用了手性源法[3]。

3.4 不对称合成法

不对称合成称为手性合成，是指在手性环境中，由潜手性化合物或非手性前体出发，用化学方法或生物方法转化为手性产物的方法。它被称为是目前最有效，最通用的方法。数十年来，有机化学中不对称化学合成方法的发展很快，促进了手性化合物合成工业的发展。但总的来看不对称化学合成方法有一定难度，反应步数较多，要使用价昂的对映体试剂（二磷配体与铱、锗、钉的络合物等）。因此在实际应用上，特别是工业生产上能有效应用的尚不多见。

20世纪末，生物技术的飞跃发展，也为手性化合物的工业生产，提供了新的途径。生物或酶催化不对称合成（也称生物催化合成），能高度立体选择性地制备手性化合物。生物催化技术，被看作对传统生物发酵与化学化工产业改造，是极为重要的很有吸引力的技术之一，它向精细化工品、大宗化学品、能源、材料等领域的渗透日趋明显，并将担当起实现绿色生物制造和有效解决资源环境问题的重要责任。生物催化技术被认为是工业可持续发展最有希望的技术。选择性生物催化合成，己成为合成手性化合物的最有意义方法之一，适于大规模的工业生产。传统发酵、固定化细胞、固定化酶以及有机溶媒和水双相转化等技术，使选择性生物催化能适用于各种规模的工业生产。从另一角度看，用选择性生物催化方法，不会产生有毒的副产物，在环境污染问题方面，比传统化学合成方法要小得多，甚至不存在污染问题，对环境是友好的[11]。

4  羰基化合物的还原

目前已有很多利用基因工程方法构造合适的生物催化剂的研究。特别是有关于大肠杆菌异源过量表达微生物中的氧化还原酶，用于手性醇合成的报道。同时已经有很多关于AKR家族的醛酮还原酶，应用于羰基化合物手性还原的报道，

4.1  重要的羰基还原酶

如1990年，Yamada和Shimizu等[12]从掷孢酵母（Sporobolomyces Salmonicolor）中分离出一种醛还原酶（aldehyde reductase），命名为ALRⅠ，并发现其可不对称催化还原4-氯-3-羰基丁酸乙酯（COBE）成L-肉碱合成中的重要中间体（R）-4-氯-3-羟基丁酸乙酯（CHBE）。Wada和Kataoka等[13,14]在1998年和1999年，分别从Candida magoliae AKU43中分离纯化得到了一种羰基还原酶（carbonyl reductase）和一种醛还原酶。这两种酶都属于AKR家族，并都可用于立体选择性还原COBE，分别形成（S）-4-氯-3-羟基丁酸乙酯和（R）-4-氯-3-羟基丁酸乙酯，且两个反应的e.e值均为100%。而且上述酶均在大肠杆菌中异源过量表达成功[15-18]。由于辅酶价格比较昂贵，为了解决辅酶再生问题，现在也有一些学者将羰基还原酶的基因和葡萄糖脱氢酶的基因克隆到同一大肠杆菌表达来催化羰基化合物的还原。

4.2  羰基还原制备药物中间体

羰基化合物的不对称还原是制备手性醇的一种最重要、最基础和最实用的反应之一，这些手性醇可以直接用于合成各种在工业上很重要应用的对映体纯化合物，如药物、农业化学品和天然产物[19]。下面就列举一些利用羰基还原合成的寿星药物中间体：

（1）1-（6-甲氧基-2-萘基）乙醇

非甾体消炎药物萘普生有多种合成方法，其中羰基化合成路线的高选择性、环境友好性，使得羰基化合成的非甾体消炎药优于传统的路线。羰基化合成萘普生的关键中间体就是1-（6-甲氧基-2-萘基）乙醇。国内湖南大学以2-甲氧基萘为原料，采用1,3-二溴-5,5-二甲基乙内酰脲盐酸，催化溴乙酰基化、乙酰基化和常压下钯多相催化加氢还原，经过1-溴-2-甲氧基萘、5-溴-6-甲氧基-2-乙酰基萘等中间产物，最终得到产品。

（2）α-亚甲基环酮

α-亚甲基环酮是许多具有抗癌活性药物的活性中心，其含有α,β-不饱和酮结构属于抗癌活性基团的隐蔽基团，成为合成很多重要环状抗癌药物的重要中间体。文献报道合成路线有三：①是环酮和甲醛的羟醛缩合；②由Mannich反应产生β-二烷基胺甲基环酮，产物胺或季铵盐的热分解产生α-亚甲基环酮；③是环酮与草酸二乙酯缩合后，与甲醛反应得到α-亚甲基环酮。国内中科院广州药物研究所开发出，分别以环戊酮、环已酮、异佛尔酮分别与草酸二乙酯反应后，反应产物再与甲醛一起反应得到相应的α-亚甲基环戊酮、α-亚甲基环已酮和α-亚甲基异佛尔酮等。其中第一步要在溶剂存在下反应，溶剂一般选用二甲基亚砜和四氢呋喃等。

（3）C3-氯代头孢烯酸

C3-氯代头孢烯酸是重要头孢菌素头孢克洛中间体，头孢克洛是由美国礼莱公司开发的第二代高效口服头孢菌素，由于其疗效明显及口服优势，2001年在美国销售额达到8000万元以上，位居抗生素药物第二。C3-氯代头孢烯酸合成路线有两种：①是青霉素G盐经过氧化、酯化、扩环、还原、氧化、还原、氧化、去乙酰基、水解等多步合成，步骤太多，收率低；②是以7-氨基头孢烷酸（7-ACA）为原料，7-ACA在进行3-位的母核改造时，由于其7-位氨基和4-位羧基活性很高，首先要进行保护，4-羧基保护常用方法将其制成叔丁酯、二苯甲酯和对硝基苄酯；7-氨基的保护可采用苯氧甲基、苄基、以及三甲基氯甲硅烷等甲硅烷基化试剂保护。然后进行亲核取代和还原反应，首先通过含硫的亲核试剂，如乙基黄原酸盐、硫脲或硫醇对头孢烷酸，进行亲核取代乙氧基团，再用镍为催化剂氢化还原生成3-环外亚甲基头孢烷酸；然后进行环外双键的氧化及还原，氧化剂一般选用臭氧，其中关键要控制氧化深度，常用还原剂有亚硫酸氢盐、二甲硫醚、二氧化硫及三甲基磷酸盐等；第三步是氯代、脱保护基及水解反应，氯化剂可选用SOCl2、PCl3、POCl3、COCl3或固体光气等，可以氯代、脱酰、水解一步完成得到C3-氯代头孢烯酸母核。

（4）溴乙氧基碳酸乙酯

1-溴乙氧基碳酸乙酯是头孢抗菌素头孢呋新酯的中间体，头孢呋新酯2001年全球销售额高达4.7亿美元，目前国内也有多家企业生产。该中间体有四条合成路线：①由乙氧基甲酰氯与溴进行自由基反应，得到1-溴乙氧基甲酰氯，后者与醇进行酯化反应得到；②二乙基碳酸酯直接溴化得到，该法的副产品太多；③1-氯乙氧基碳酸酯与过量溴盐，进行取代反应，常用溴盐有溴化锂、溴化四乙基锂、溴化四丁基锂等；④乙烯基碳酸乙酯与溴化氢反应，该法不使用溶剂，而且产率和选择性较高。

（5）5-甲氧基尿嘧啶

5-甲氧基尿嘧啶是合成嘧啶核糖核酸和嘧啶脱氧核糖核酸的重要中间体，目前核苷酸类物质是抗癌抗病毒主要物质，5-甲氧基尿嘧啶是基础的尿嘧啶类核酸类药物的基础中间体，可以合成系列重要的抗癌新药。合成路线主要有，①将甲基异硫脲硫酸盐的氢氧化钠溶液加到α-甲氧基丙烯酸酯-β-羟基钠的混悬液中反应，除去硫酸钠后，用硫酸酸化得到产品，该路线原料来源较为困难；②甲氧基乙酸甲酯和甲酸乙酯在金属钠催化下进行克莱森酯缩合得到钠盐，再与硫脲亲核加成得2-巯基-4-羟基-5-甲氧基嘧啶，经过水解后得到5-甲氧基尿嘧啶，该法路线较长，但是原料来源与收率尚好；③甲氧基乙酸甲酯和甲酸乙酯在金属钠催化下进行克莱森酯缩合得到钠盐，与尿素直接加成得到产品，该法前景较好，但是收率不十分理想。

（6）青酶胺

青酶胺化学名称2-氨基-3-巯基-3-甲基丁羧酸，是一种重要的医药中间体，用于合成治疗关节炎、慢性肝炎和艾滋病等药物。青酶胺是一种手性化合物，具有左右旋两种结构，传统合成路线是从青霉素中降解得到，降解采用一些亲核试剂，如苯肼、水合肼等进行D-青酶胺的提取；近年来国内外研究者研究多种化学法制备D,L-青酶胺工艺，主要有①首先以异丁醛与硫、氨水反应得到2-异丙基-5,5-二甲基-3-噻唑啉，然后经过氰化、水解，再将腈基皂化成羰基，然后开环得到D,L-青酶胺，以经过拆分得到D-青酶胺；②以β-溴代异丁醛，与硫代苯基乙醇钠盐反应得到β-苯甲基硫异丁醛，再与氰化氢氨水反应，形成氰，经水解脱去苯甲醛，得到D,L-青酶胺；③是近年来开发一些新的中间体用于合成青酶胺，如2-甲基-4-异丙基-5-唑酮等。

（7）间三氟甲基苯胺

间三氟甲基苯胺是重要医药中间体，由其为原料可以合成抗疟药物甲氟喹，消炎镇痛药氟芬那酸、尼氟灭酸，利尿药苄氟噻嗪、氢氟噻嗪，抗抑郁药氟伏沙明，镇痛药夫洛非宁，另外还可以合成消炎药物氟灭酸丁酯、莫尼氟酯、氟沙仑；皮肤用杀菌剂二氟二苯脲TFC；抗前列腺药物氟硝丁酰胺及多种强安定抗精神病药物等。文献报道间三氟甲基苯胺有多种合成路线，其中已经工业化具有发展前景的路线是以间三氟硝基苯为原料还原得到间三氟甲基苯胺，国内外均已成功开发出催化加氢还原工艺，催化剂一般选用Pd/C或者高活性镍催化剂；其原料间三氟硝基苯来源主要有两条路线，一是氟化法，以间三氯硝基苯为原料通过氢氟酸氟化而得；二是硝化法，以三氟甲基苯为原料，通过混酸硝化得到。

4.3 羰基还原反应的分类

用于催化碳基化合物不对称还原反应的催化剂可分为化学催化剂和生物催化催化羰基不对称还原的催化剂主要是化学催化剂和生物催化剂，两者各有特色。这两种催化剂的研究对促进绿色化学的发展是非常必要的。生物催化剂与化学催化剂相比，有其突出的特点。由于酶对底物有精确的识别，因此生物催化剂可以达到很高的对映体选择性、区域选择性和化学选择性。如生物催化剂可以高对映体选择性地催化还原乙基丙基酮等烷基酮，而化学催化剂催化高选择性还原，通常要求在羰基碳上的取代基有明显的区别。一般情况下，生物催化还原比较安全，反应条件温和，反应溶剂通常为水，无需危险的化学试剂。如可用乙醇和葡萄糖等作为氢源，而一般不用易燃易爆的氢气。用作生物催化剂的微生物、植物、动物及其分离得到的酶可繁殖再生，并且用后易降解，环境友好。

利用氧化还原酶及相关的微生物为手性合成催化剂还原前手性的底物羰基化合物，可以直接得到具有光学活性的手性醇。与利用水解酶类对外消旋的醇进行不对称水解拆分制备手性醇的方法相比，利用微生物产生的氧化还原酶系将羰基化合物还原为手性醇的方法，不需要制备前体衍生物，理论上可以将前体100%完全转化为手性醇，具有更大的工业应用价值[20]。

氧化还原酶往往需要辅酶的参与，以进行化学当量的还原反应。而绝大多数的氧化还原酶所需的辅酶是NAD(H)或其磷酸酯NADP(H)。由于酶催化的氧化还原反应，需要价格昂贵的辅酶，往往需要高代价使其循环再生。与纯酶催化相比，利用微生物整细胞进行催化反应具有明显优点，一般情况下微生物细胞含有可以接受广泛非天然底物的多种氢酶，所有必需的辅酶及其再生途径，辅酶循环再生由细胞自动完成。进行不对称还原反应时只需加入少量的能源物质如葡萄糖或醇类等作为辅助底物即可，同时所有的酶和辅酶处在天然的细胞环境中，可减少环境因素对酶活的影响[21]。

4.4  羰基还原反应的机理

微生物产生的氧化还原酶具有立体选择性，以微生物产生的氧化还原酶为手性合成催化剂催化还原前手性的底物羰基，可直接构建光学活性药物的手性中心。

生物催化羰基的不对称还原主要是在醇脱氢酶和其它氧化还原酶作用下进行的，同时还需辅酶NADH或NADPH参与。反应由还原型辅酶NAD(P)H提供氢，在氧化还原酶的作用下从R或S面进攻羰基，而生成相应的单一对映体醇。同时辅酶被转化成氧化型NAD(P)+。

微生物细胞中的氧化还原酶一般都是由一系列同功酶构成的混合酶，其中一些氧化还原酶可还原底物生成某一种构型的产物，而另一些氧化还原酶可还原底物生成另一种构型的产物。因此，当生成其中一种构型产物的酶活丧失或活性受到抑制，而生成另一种构型产物的酶活充分发挥时，还原反应具有很好的立体选择性；若生成两种构型产物的酶活力发挥的作用相当，则还原反应的立体选择性就不会太好。已知微生物产生的能够还原羰基化合物制备手性醇的氧化还原酶，主要是醛酮还原酶家族（aldo-keto reductase superfamily, AKR）、短链脱氢酶/还原酶家族（short-chain dehydrogenase/reductase, SDR）和中链脱氢酶/还原酶家族（medium-chain dehydrogenases/reductases, MDR）。而且大多数氧化还原酶均为复合酶，其辅酶一般为NAD(P)H。羰基的不对称还原反应大多使用面包酵母作为生物催化剂，因为其细胞内含有氧化还原酶，而且便宜易得，可直接和底物混合反应。面包酵母菌可以用于多种有机底物的羰基催化还原反应，如乙酰乙酸乙酯及其它一些羰基酯的还原包括有机硅酮[22]。当然也有其它微生物，如酵母菌Rhodotorula pilimanae ATCC 32762可以还原相应的羰基生成手性醇[23]，白地丝菌可用于2-甲基-3-羰基丁酸乙酯和一些芳基甲基酮的催化还原。不同菌种所含酶类不同，因而具有不同的还原活性和立体选择性，如有些细菌、放线菌、霉菌等微生物或酶可作用于同一种底物，而产生不同对映体的产物。利用自然界现存微生物的多样性，筛选高效菌株，可以提高反应产率和有效控制反应的立体选择性。

4.5  氢供体

氢供体对于还原反应的进行是必不可少的。对于生物催化的还原反应，醇类如乙醇、2-丙醇、葡萄糖、甲酸和氢气或其它来源的氢均可被利用。例如，红串红球菌催化4-氯乙酰乙酸乙酯还原时，可以利用甲酸作为氢源[24]，甲酸被氧化生成CO2，同时NAD+被还原成NADH。以甲酸为氢供体的优点是甲酸脱氢后的产物为CO2，其对催化剂无毒害和抑制作用，而且很容易从反应体系中除去，可以确保脱氢反应为不可逆反应，从而使辅酶再生能够顺利完成。

光化学方法己被证实为一种环境友好的反应体系，该方法通过光能促使NAD（P）H再生。例如通过利用藻青菌作为光合生物催化剂可以用来催化还原苯乙酮衍生物，发现在光照条件下较之黑暗条件下就要有效的多[25,26,27]。藻青菌吸收的光能通过电子转移体系转变为以NADPH形式的化学能，最后化学能（NADPH)用于将底物还原为手性醇。另一种环境友好并值得关注的方法是NAD(P)H的电化学再生法[28,29]。在该方法中电子首先由电极转移至电子中间体上，在电催化剂如铁氧化还原蛋白NADP+还原酶或醇脱氢酶催化下，然后再转移至NAD(P)+，完成辅酶再生。

4.6  辅酶再生系统

辅酶再生系统在应用过程中可以以游离酶的状态，或者以细胞内的系统两种方式进行再生。游离酶直接再生由于可控性强，易于放大并且可以连续操作，具有很明显的优势。但是它的主要缺点是使用纯酶成本过高，酶的稳定性和寿命有限。因此把酶法再生体系应用到微生物细胞内，从而达到人们需要的生物转化要求也是辅酶再生领域的一个重要研究方向。然而，使用整个细胞作为再生系统的还原反应也会遇到很多困难，主要包括：①生物系统的基因具有可变性，还原反应中的酶在同一类生物的不同种中，不一定一样；②由于生理特性的可变性，为了重现报道结果，培养条件、菌龄、生物代谢活性也必须一致；③产物和底物在细胞膜上的传递比较困难；④由于大量非自然的底物对于活细胞具有毒性，因此微生物转化效率非常低；⑤为了辅酶再生，过剩的辅助底物在辅酶再生的同时，会形成副产物影响产物的纯度；⑥有机相对微生物细胞往往具有毒性。

生物体细胞有许多辅酶再生酶系，例如：6-磷酸葡萄糖脱氢酶(glucose 6-phosphate dehydrogenase, G6PDH)，6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶(6-phosphogluconate dehydrogenase, 6PGDH)，属于磷酸戊糖途径的还原型辅酶再生酶系-苹果酸酶(malic enzyme)以及属于三羧酸途径的辅酶再生酶系——异柠檬酸脱氢酶。以葡萄糖脱氢酶(glucose dehydrogenase,GDH)作为还原型辅酶再生酶，主要是因为葡萄糖脱氢酶能够利用廉价的底物葡萄糖转化为葡萄糖酸内酯，后者会自发的转变为葡萄糖酸，使反应朝有利于NADPH生成的方向进行。而上面提到的磷酸戊糖途径和三羧酸途径的辅酶再生酶不仅需要较贵的底物，而且反应是可逆的。

葡萄糖脱氢酶是可从多种微生物和组织中获得的一种氧化还原酶。目前国内外研究者主要从牛的心脏以及多种微生物的发酵液中分离获得该酶，如枯草芽孢杆菌(Bacillus subti1is)、短小芽孢杆菌(Bacillus pureilus)、嗜盐古细菌(halop1ilic archaeon Haloferax mediterranei)与嗜热酸古细菌(Thermoacidophilis archaebacterium)等。我们可以测定其产物葡萄糖酸的生成量或NADH(NADPH)在340nm处增高的吸光度，来对该酶的活性进行定量分析。据报道，在特定的反应条件下，以NAD+作为辅酶的酶促效率低于NADP+。而NAD+因为廉价，且不影响反应的最终结果而被人们广泛接受和应用。

生物催化羰基的不对称还原通常使用单一纯化的酶催化和全细胞催化两种形式。这两种催化形式各有其优点和不足。由于微生物产生的氧化还原酶系中，可能有R-构型酶或S-构型酶，它们的相对活力将直接影响催化还原反应的立体选择性，反应中R-构型酶或S-构型酶的相对多少，将决定反应的立体选择性和两种构型产物的相对比例。 因此，使用全细胞催化时，对于某种反应底物，细胞内可能有多种酶催化使其生成不同类型或不同对映异构体的产物，因而可能降低反应的收率或立体选择性。全细胞反应体系通常是在成分复杂的培养液或水相中进行，为了保持细胞的活性，底物的浓度一般比较低，这使得产物的分离变得繁琐。不过，如果采用微生物全细胞方法来还原羰基化合物，有利于辅酶在生物体内产生；且通过筛选特定的菌种以及构建基因工程菌和控制反应的条件，譬如使用有机相或离子液体等，可以使全细胞反应的不足得以克服。因此对于羰基的不对称还原当前大部分都使用全细胞催化。

5  展望

生物催化还有许多方面需要进一步的研究，譬如为特定的反应筛选最合适的生物催化剂；利用基因工程和定向进化生物学技术构造合适的生物催化剂；酶催化羰基的不对称还原的机理的进一步研究，以便指导生物催化剂的构建和过程的开发；加快和深入这类反应的工艺和工程问题的研究，使更多的反应能应用于工业生产等等。 

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