天然产物化学研究的生物合成、生物转化和生物工程

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天然产物化学研究的生物合成、生物转化和生物工程

化学先生 / 2019-07-24

生物合成是在天然产物化学研究的基础上发展起来的一门边缘学科，研究内容包含代谢产物前体、中间体和终产物在生物体中的形成过程、机制和规律以及与代谢产物生物合成相关的生物大分子(酶和基因等)的结构、功能和作用，并利用生物方法进行有机化合物合成和转化等。天然产物生物合成研究不但对从分子水平上认识生命过程中代谢产物的形成和作用具有重要意义，而且对天然产物的人工调控、定向合成、人类疾病和生物病虫害防治以及利用生物代谢合成机制进行有机化合物的仿生合成等方面具有重要的实际应用价值。大量新型天然产物的生物合成途径仍然处于假设状态,有待实验证实。

生物转化是利用生物体或生物组织培养体系完成常规化学方法难以实现的化学反应,进行有机化合物结构的衍生化合成的研究。以往主要以微生物(消化道细菌和真菌)体系研究甾体、萜类和其他天然产物为主。近年来，通过植物组织培养进行的天然产物生物转化研究也取得了一定进展，如烟草组织培养对蒂巴因的转化，毛花洋地黄组织培养对甲基洋地黄毒苷的转化等。另外，利用微生物培养进行的手性合成研究也有报道。近年来，天然产物在生物体内形成过程中，各步骤催化酶(功能大分子)的分离、功能以及酶编码基因的克隆、测序和表达研究取得了较大进展,尤其是微生物体内聚酮类抗生素化合物和动物体内与多种疾病相关的甾体类化合物(胆固醇、甾体激素、胆酸、维生素D3等)的生物合成研究进展显著。通过生物工程的方法进行天然产物的生物转化、调控及其生物合成途径研究，为天然产物化学的生物方法研究注入了新的活力,开辟了更广阔的前景。

另外，利用生物酶催化反应进行活性天然产物结构选择性修饰、改造、转化以及全合成的研究已有很多成功的实例。尤其近年来在核酸、核苷酸和糖类的酶催化领城取得了显著进展 ,诞生了组合生物催化(或生物催化组合合成)。组合生物催化是利用酶的组合进行大量有机化合物衍生物的合成,其特点是在衍生物合成过程中应用了生物合成步骤的组合而不是化学反应试剂的组合，体现了生物体中化学反应的特性(化学、位点和立体选择性)，减少了官能团的保护和去保护步骤，具有潜在的优势;通过组合生物催化已成功地建立了-些活性天然产物的组合化学库，如基于黄酮类化合物bergenin和紫杉醇的组合生物合成库。

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