生物转化与甾体药物
陈代杰
上海来益生物药物研究开发中心
Shanghai Health-Creation Centre
for Biopharmaceuticals R & D
生物转化与甾体类药物制备
----目前主要研究内容
1） 应用基因工程技术来构建具有高度专一性和高
转化率的基因工程菌；
2） 增加底物在水相中的溶解性；
3） 改良固定化酶或固定化细胞的技术；
4） 开发连续转化和产物回收的技术；
5） 在培养基中应用像环糊精类物质来提高底物转
化率 。
甾体类药物生物转化的种类
----边链的裂解反应
尽管有不少用于不饱和甾体边链
氧化的有效的化学方法, 但对饱和
的脂肪族 C-17边链的氧化反应的收
率非常低, 而用微生物转化技术除
去植物甾醇的边链是一种非常有效
的方法 。
甾体类药物生物转化的种类
----羟化反应
尽管在甾体的分子结构中有许多
可以被微生物进行羟基化的基团，
但目前在工业规模大量用微生物转
化技术进行的羟基化反应主要是
11?-,11?-和 16?-位点的羟基化反应。
其它一些可以在工业规模用微生物
转化技术进行羟基化反应的位点包
括有 7?-,9?-和 14?-。
作为甾体药物合成常用起始原料
的天然甾醇的分子结构
C O O H
H O
H
O H
H O
O
O
C H
3
O
C H
3
H O
O
C H
3
O
C H
3
H O
O
C H
3
H
N
C H
3
H O
H O
C
2
H
5
H O
C
2
H
5
H O
D e o x y c h o l i c a c i d ( I ) H e c o g e n i n ( I I ) D i o s g e n i n ( I I I ) S o l a s o d i n e ( I V )
E r g o s t e r o l ( V ) S t i g m a s t e r o l ( V I ) S i t o s t e r o l ( V I I ) C h o l e s t e r o l ( V I I I )
I,脱氧胆酸； II,海柯皂配基； III,薯蓣皂苷配基； IV,茄解定；
V,麦角甾醇 ; VI,豆油甾醇； VII,谷甾醇； VIII,胆甾醇；
甾醇结构及碳原子编号顺序
9
1 1
1 2
1 3
1 4
8
1 7
1 6
1 5
1 0
5
6
7
1
2
3
4
H O
1 9
1 8
2 0
2 3
2 2
2 6
2 5
2 4
2 1 2 7
H O
H O
H O
2 4
2 5
2 6
2 7
2 8
2 8
2 9
2 2
2 3
2 8
2 9
C h o l e s t e r o l
C a m p e s t e r o l
S i t o s t e r o l S t i g m a s t e r o l
对甾类化合物的微生物转化反应类型
?氧 化 反 应
（１）羟基化
① 所有甾体母核和角甲基位置均几被羟化
② 能在边链上若干位置上羟基化
（２）醇基氧化
① 氧化饱和链上醇基至酮基
②氧化丙烯基或高丙烯基至 α,β-不饱和酮
（３）环氧化作用（ Epoxidation ）
（４） 碳－碳键的裂开
① 氧的插入（ Insertion） 形成酯、醇、酮、内酯和酸
② 逆醛醇缩合反应（ Retroaldol reactions）
③ 碳键裂开产生非官能团化的产物（ Unfunctionalized products）
（５） 双键的导入反应
① 饱和 3－酮和 Δ4-3－ 酮甾体的 1位脱氢
② 饱和 3－酮和 Δ’-3－ 酮甾体的 4位脱氢
③ 伴着Ａ环芳香化的１位脱氢
④ Δ1（ 10） 5－ 3β－ 甾醇的芳香 化
⑤ 羟基、酯或过氧化合的消除
（６）过氧化反应
① 5,7-双烯间形成 5α,8α-表二氢化合物
② 氢过氧化（ Hydroperoxidation）
７） 杂原子氧化
① 立体专一性氧化硫醚到亚砜
? 还 原 反 应
（１） 还 原 酮 到 醇
（２） 还 原 醛 到 醇
（３） 还 原某氢过氧化物到醇
（４） 还 原 烯 醇 到 伯 醇
（５） 双 键 饱 和
① 还 原 Δ1,4-3-酮到 Δ4-3-酮
② 还 原 Δ4-3-酮到饱和３ - 酮
③ 还 原 Δ4,6-3-酮到 Δ4-3-酮
④ 还 原 Δ1,6-20-酮到饱和 20-酮
⑤ 厌 氧 性 脱 羟 基
? 异 构 化
（ｌ） Δ6-3-酮异构化成 Δ4-3-酮
（２）Ｄ -高环化（ D-Homoannulation）
（３） 反频哪酮重排（ Retropinacolic rearrangement）
（４） 醇差向（立体）异构
（５）５ α-８ α-表二氢化合物重排到桥氧醇
? 结 合
（ 1 ） 羟 基 乙 酰化
（２） 糖苷化
（３） 酚 醚 形 成
（４） 胺 的 乙酰 化
（５）甾体生物碱与碳酸相结合
? 水 解
（ 1 ）酯化
① 碳 酸 酯
② 内 酯
③ 硫 酸 酯
（ ２ ） 醚 开 裂
① 烯 醇 醚 开 裂 为 酮
② 酚 醚 开 裂 为 酚
③ 苷 开 裂 为 醇
? 引入 杂 原 子,
（ 1）氮,由 21位醇基甾体形成 21-乙酰胺甾体
（２）卤 素,卤过氢化酶催化导入
微生物裂解胆甾醇边链的反应
C H
2
O H
C O O H
H O
O
O
C O O H
O
C H
2
O H
O
C O O H
O
C O O H
O
O
O
- C
2
H
5
C O O H - C H
3
C O O H - C
2
H
5
C O O H
O
O
C O O H
O
C O O H
O
O
O
C h o l e s t e r o l ( V I I I ) ( X I I I )( I X ) ( X I V )
( X V I I I ) ( X I X ) ( X X )
( X V )
( X V I ) ( X V I I )
( X X I ) ( X X I I ) ( X X I I I ) A D D
4 A D
XV,甾醇 C24-羧酸； XVI,甾醇 C22-羧酸； XVII,雄甾 -4-烯 -3,17-二酮 (AD)；
XVIII,C19-甾醇； XXIII,雄甾 -1,4-双烯 -3,17-二酮 (ADD)； 其余参见文章内
微生物裂解谷甾醇和菜油甾醇边链的反应
H O
C H
2
R
O
C H
2
R
O
C H
2
C H
2
O H
R
O
C H
2
C O S
C o A
R
O
C H
C S C o A
R
O
R
O
C H
2
O
R
O
C O S C o A
R
H O H O H O
O C O O
C O O
O
C O O H
R C H
3
= S i t o s t e r o l ( V I I )
H = C a n p e s t e r i o l ( X X V )
H O
( X X V I )
( X X V I I ) ( X X V I I I )
( X X X I )
( X X X I I )
( X X X )
( X V ) ( X I V ) ( X V I I )
( X X I X )
- C
2
H
5
C O S C o A
- C O
2
O
C O C o E n z
- R - - C H
2
C O O H
- C H
3
C O O H
- C
2
H
5
C O O H
图 2 － 5, 微 生 物 裂 解 甾 醇 和 采 油 甾 醇 边 链 的 反 应
O
O
H O
C O O H
O
O
C H
2
O H
O
O C H
3
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O H
O
( X V I I )
( L V I I )
( V I I )
H O O C
O
O
O
O
O
H O
O
O H O H
O
O H
O
H O
H O
( L V I I I )
O H
( X X I I I )
( X V I I )
( L X I I )
( L X I )( L I X )
( L X )
( X V I I )
( X X I I I )
H O
C O
2
H
2
O
W i l d t y p e
A T O C
6 8 4 2
S C M
- 1
N R R L
B - 8 1 1 9
N R R L
B - 1 1 0 4 5
N R R L
B - 8 1 2 9
N R R L
B - 8 1 2 8
N R R L
B - 8 1 1 3 5 9
B - 8 1 3 5
图 2 － 8 利 用 f o r t u i t u m 分 支 杆 菌 突 变 株 对 － 谷 甾 醇 进 行 转 化 得 到 的 产 物?
甾醇边链的选择性裂解
? 1)添加有关的酶抑制剂
? 2)利用被修饰的底物进行生物转化
? 3)利用阻断突变株用于定向生物转化
同时利用突变
株、酶抑制剂
和被修饰的底
物进行生物降
解边链所得到
的产物
A c O
C H
2
O H C
2
H
5
H O
O
S i t o s t e r o l d e r i v a t i v e ( L X I I I )
E s t e r o n e ( X X X V I I )
H O
O
O
H O
R
O
O
O
O
H O
C h o l e s t e r o l ( V I I I )
A n d r o s t a - 1,4 - d i e n e - 3,1 7 - d i o n e ( X X I I I )
R = H - c h o l e s t e r o l ( V I I I )
C 2 H 5 - s i t o s t e r o l ( V I I )
A n d r o s t - 4 - e n e - 3,1 7 - d i o n e ( V V I I )
α - h y d r o x y a n d r o s t - 4 - e n e - 3,1 7 - d i o n e
M y c o b a c t e r i a
N o c a r d i a S p,
w i l d t y p e
e n z y m e i n h i b i t o r s
M y c o b a c t e r i u m S p,
m u t a n t s
m u t a n t s
m u t a n t s
O
O
A n d r o s t a - 1,4 - d i e n e - 3,1 7 - d i o n e ( X X I I I )
M y c o b a c t e r i u m S p,
M y c o b a c t e r i u m S p,
部分边链降解的甾醇产物
O
C O O H
O
C O O H
O
O O
O O
图 2 － 9 同 时 利 用 突 变 株, 酶 抑 制 剂 和 被 修 饰 的 底 物 进 行 生 物 降 解 边 链 所 得 到 的 产 物?
O
O C H
3
H O
O
H O
H O
O C H
3
O
C O O C H
3
C H
2
O H
C H
2
O H
C H
2
O H
( L X )
( L X I V )
( L I X )
( L X V )
( L X I V ) ( L X I )
( L X V I )
( L X V I I )
图 2 － 1 0 部 分 边 链 降 解 的 甾 醇 产 物
O
O
O
H O
O H
H O
O H
( C H
3
)
2
N
O
米 非 司 酮
O
O
H O
O H
C HC
H O
O H
O H
H O
A D D
雌 酚 酮
雌 二 醇
1 1 - O H - A D D 炔 雌 醇
雌 三 醇
C O
O H
O
C H
2
O H
O
泼 尼 松
炔 雌 醚
C O
O H
O
C H
2
O H
H O
泼 尼 松 龙
O
O
C O
O H
O
C H
2
O H
H O
F
C H
3
倍 他 米 松
C O
O H
O
C H
2
O H
H O
F
O H
确 炎 舒 松
C O
O H
O
C H
2
O H
H O
F
C H
3
C C H
3
C
O H
C HC
C H
3
O
地 塞 米 松
一些可能从 ADD和 AD获得的甾体药物的结构
O
O
4 A D
O
O
O
O H
E s t r o n e
O H
O H
C C H
O H
C C H
O H
O H
O H
O H
A D D
乙 炔 雌 二 醇
乙 炔 雌 二 醇
甲 酯
雌 二 醇
雌 三 醇
M e O
O H
卵 泡 激 素
O
O
1 9 - 去 甲 乙 炔 睾 酮
1 9 - 去 甲 雄 甾 - 4 - 烯 - 3, 1 7 - 二 酮
O
O H蛋 白 同 化 激 素
O H
C C H
O
黄 体 激 素
O
O
O
O
O
螺 内 酯
矿 质 皮 质 激 素
O
O H
睾 酮
O
O H
M e
甲 基 睾 酮
雄 激 素
O
M e
H
甲 基 雄 甾 烷 醇 酮
蛋 白 同 化 激 素
O
H O O H
氢 化 可 的 松
其 它 高 档 皮 质 激 素
C
C H
2
O H
O
利用经过修饰的底物进行边链的选择性裂解
底物
产物
微生物
19-羟基甾醇
雌酮
restrictus 诺 卡 氏 菌 ATCC
14887
19-norsterols
雌酮
诺卡氏菌 ATCC 19170
3-羟基 -19-?1,3,5 –甾醇
雌酮
草分支杆菌
分支杆菌
simplex节杆菌 IAM 1660
19-羟基 -4-胆甾烷 -3-酮
雌酮
草分支杆菌
19-羟基 -胆甾醇 -3-β- 乙酸盐
雌酮
草分支杆菌
19-羟基 -?4,7 –甾醇
3-羟基 -19-nor-?1,3,5（ 10） –甾醇
3-羟基 -19-nor-?1,3,5（ 10）, 7（ 8） –
甾醇
马烯雌酮
马萘雌酮
雌酮
分支杆菌
6-β-19-oxidosten-eones
3-β-乙酸基 -5-α-氯 （ 氟 ） -6-β-
19-氧化 -甾醇
6 - β-19-
氧化 -AD
诺卡氏菌 ATCC 19170
分支杆菌
一些用于抑制环裂解的最为有效的抑制剂
抑制剂名称
抑制机理
2,2’ -联吡啶
1,10-菲咯啉
8-羟基 -喹啉
5-硝基 -1,10-菲咯啉
铜铁灵
双硫腙
二苯基二硫缩二氨基脲
二乙基二硫氨基甲酸酯
异烟酸酰肼
黄原酸
邻苯二氨
4-异戊酸环庚三烯酚酮
硫化四乙基秋兰姆
作为 Fe2+的抑制剂
Ni2+,Co2+,Pb2+,SeO32-,AsO2-
用于取代铁离子或阻断 SH-功能
亚甲蓝
刃天青
正丙醇
氧化还原反应
在有
酶抑
制剂
存在
的条
件下
进行
甾醇
边链
的选
择性
裂解
抑制剂
产物
微生物
螯合剂
2,2’ -联吡啶
1,10-菲咯啉
8-羟基 -喹啉
AD
ADD
其它雄甾烷衍生物
Arthrobacter simplex
分支杆菌
红球菌
草分支杆菌
诺卡氏菌
Arthrobacter globiformis
螯合剂和活性炭 ADD 分支杆菌 NRRL B-3683
螯合剂和苯乙烯 -二乙
烯苯共聚物
AD,ADD
23,24-二去甲胆甾酸
分支杆菌 NRRL B-
3683
螯合剂和脂肪, 油,
甘油酯
ADD
1-脱氢睾酮
Arthrobacter simplex
Brevibacterium
lipolyticum
草分支杆菌
无机离子
AD,ADD
其它雄甾烷衍生物
分支杆菌 sp,KNGSF 70
Arthrobacter simplex
氧化还原颜料
ADD
Arthrobacter simplex
丙醇
AD,ADD和其它衍
生物
假单胞菌 sp,NCIB
生物羟基化反应与甾体药物制备
---C-9α羟化
O
O
C o r y n e s p o r a - C a s i c o l a
A T C C 1 6 7 1 8
O
O
O H
4 - 雄 甾 烯 - 3,1 7 - 双 酮 9 α - 羟 基 - 4 - 雄 甾 烯 - 3,1 7 - 双 酮
O
棒 状 杆 菌 A T C C 2 1 3 2 9
或 短 杆 菌 N R R L B - 8 0 5 4
O
O H
9 α - 羟 基 - 3 - 氧 化 娠 烷 - 4,1 7 - 双 烯 - 2 0 - 羧 酸
C O O H
C O O H
3 - 氧 化 娠 烷 - 4,1 7 - 双 烯 - 2 0 羧 酸
生物羟基化反应与甾体药物制备
---C-11α羟化
O
C H
3
O
黑 根 霉
R h i z o p u s N i g r i c a n s
A T C C 6 2 2 7 6
孕 酮
1 1 α - 羟 基 孕 酮
（ 主 要 产 物 ）
1 1 α,6 β - 二 羟 基 孕 酮
（ 微 量 副 产 物 ）
1 1 α 还 原 孕 酮
（ 偶 然 产 生 副 产 物 ）
O
C H
3
O
O
C H
3
O
O
C H
3
O
H O
+
H O
O H
H
H O
生物羟基化反应与甾体药物制备
---C-11?羟化
O
C H
2
O H
O
新 月 弯 孢 霉
O
C H
2
O H
O
O H
H O
1 4
7
化 合 物 S 氢 化 可 的 松
生物羟基化反应与甾体药物制备
---C-16α羟化
O
C H
2
O H
O
O HH O
F
玫 瑰 色 链 丝 菌
（ S t r e p t o m y c e s r o s e o c h r o m o g e s
A T C C 3 3 4 7 ）
O
C H
2
O H
O
O HH O
F
O H F e
8 +
异 构 化
O
C H
2
O H
O
O HH O
F
O
9 α - 氟 氢 化 可 的 松 9 α - 氟 - 1 6 α - 羟 基 - 氢 可 的 松 副 反 应 产 物
生物羟基化反应与甾体药物制备
---C-17α羟化
C
O
C H
3
O
绿 色 木 霉
（ T r i c h o d e r m a v i r i d e )
C
O
C H
3
O
O H
孕 甾 酮 1 7 α - 羟 基 孕 酮
生物羟基化反应与甾体药物制备
---C-19α羟化
C
O
C H
3
O
R
Z
Y
X
球 墨 孢 霉
( N i g r a s p o r a s p h e r i c a A T C C 1 2 7 2 2 )
C
O
C H
3
O
R
Z
Y
X
C H
2
O H
X 及 Y 表 示 H 或 C H 2 ； Z 表 示 H, F, C l 或 C H 3 ； R = O H
微生物对甾体羟化的位置
生物脱氢反应与甾体药物制备
C
O
C H
2
O H
O
O H
R
棒 状 杆 菌
C
O
C H
2
O H
O
O H
R
R = O 可 的 松
R = O H 氢 化 可 的 松
R = O 去 氢 可 的 松
R = O H 去 氢 氢 化 可 的 松
C
O
C H
3
O
节 杆 菌 和 诺 卡 氏 菌
混 合 发 酵
C
O
C H
3
O
黄 体 酮
1 - 脱 氧 黄 体 酮
（ 主 要 产 物 ）
O H
O
O
O
O
1 - 脱 氢 睾 丸 内 酯
＋
O
1 - 脱 氢 睾 丸 酮
（ 副 产 物 ）
1 - 脱 氢 雄 甾 二 酮
（ 副 产 物 ）
其它有关的生物转化反应与甾体药物制备
--- 环氧化反应
C
O
C H
2
O H
O
O H
C
O
C H
2
O H
O
O H
O
其它有关的生物转化反应与甾体药物制备
--- 酯化反应
O H
H O
A B
C D
C l
3
C O O C
3
H
7
丙 酮
木 霉 属 酯 酶
色 素 杆 菌 属 酯 酶
O H
C
3
H
7
O C O
A B
C D
H
O C O C H
3
H O
A B
C D
H
其它有关的生物转化反应与甾体药物制备
--- 芳构化和炔化反应
O
H O
H O H
2
C
简 单 节 杆 菌
O
H O
O H
H O
乙 炔 化
乙 炔,K O H,异 丁 醇
C C H
1 9 - 羟 甲 基 二 酮 雌 酚 酮 炔 雌 醇
从薯蓣皂素开始，经开环、氧化、环氧化等化学反应后,
制得不同中间体后，再进行微生物转化得到醋酸可的松
醋酸可的松
从薯蓣皂素开始，经开环、氧化、环氧化等化学反应后,
制得不同中间体后，再进行微生物转化，得到氢化可的松
醋酸强的松
醋酸氢化泼尼松
炔雌醇
醋酸地塞米松
陈代杰
上海来益生物药物研究开发中心
Shanghai Health-Creation Centre
for Biopharmaceuticals R & D
生物转化与甾体类药物制备
----目前主要研究内容
1） 应用基因工程技术来构建具有高度专一性和高
转化率的基因工程菌；
2） 增加底物在水相中的溶解性；
3） 改良固定化酶或固定化细胞的技术；
4） 开发连续转化和产物回收的技术；
5） 在培养基中应用像环糊精类物质来提高底物转
化率 。
甾体类药物生物转化的种类
----边链的裂解反应
尽管有不少用于不饱和甾体边链
氧化的有效的化学方法, 但对饱和
的脂肪族 C-17边链的氧化反应的收
率非常低, 而用微生物转化技术除
去植物甾醇的边链是一种非常有效
的方法 。
甾体类药物生物转化的种类
----羟化反应
尽管在甾体的分子结构中有许多
可以被微生物进行羟基化的基团，
但目前在工业规模大量用微生物转
化技术进行的羟基化反应主要是
11?-,11?-和 16?-位点的羟基化反应。
其它一些可以在工业规模用微生物
转化技术进行羟基化反应的位点包
括有 7?-,9?-和 14?-。
作为甾体药物合成常用起始原料
的天然甾醇的分子结构
C O O H
H O
H
O H
H O
O
O
C H
3
O
C H
3
H O
O
C H
3
O
C H
3
H O
O
C H
3
H
N
C H
3
H O
H O
C
2
H
5
H O
C
2
H
5
H O
D e o x y c h o l i c a c i d ( I ) H e c o g e n i n ( I I ) D i o s g e n i n ( I I I ) S o l a s o d i n e ( I V )
E r g o s t e r o l ( V ) S t i g m a s t e r o l ( V I ) S i t o s t e r o l ( V I I ) C h o l e s t e r o l ( V I I I )
I,脱氧胆酸； II,海柯皂配基； III,薯蓣皂苷配基； IV,茄解定；
V,麦角甾醇 ; VI,豆油甾醇； VII,谷甾醇； VIII,胆甾醇；
甾醇结构及碳原子编号顺序
9
1 1
1 2
1 3
1 4
8
1 7
1 6
1 5
1 0
5
6
7
1
2
3
4
H O
1 9
1 8
2 0
2 3
2 2
2 6
2 5
2 4
2 1 2 7
H O
H O
H O
2 4
2 5
2 6
2 7
2 8
2 8
2 9
2 2
2 3
2 8
2 9
C h o l e s t e r o l
C a m p e s t e r o l
S i t o s t e r o l S t i g m a s t e r o l
对甾类化合物的微生物转化反应类型
?氧 化 反 应
（１）羟基化
① 所有甾体母核和角甲基位置均几被羟化
② 能在边链上若干位置上羟基化
（２）醇基氧化
① 氧化饱和链上醇基至酮基
②氧化丙烯基或高丙烯基至 α,β-不饱和酮
（３）环氧化作用（ Epoxidation ）
（４） 碳－碳键的裂开
① 氧的插入（ Insertion） 形成酯、醇、酮、内酯和酸
② 逆醛醇缩合反应（ Retroaldol reactions）
③ 碳键裂开产生非官能团化的产物（ Unfunctionalized products）
（５） 双键的导入反应
① 饱和 3－酮和 Δ4-3－ 酮甾体的 1位脱氢
② 饱和 3－酮和 Δ’-3－ 酮甾体的 4位脱氢
③ 伴着Ａ环芳香化的１位脱氢
④ Δ1（ 10） 5－ 3β－ 甾醇的芳香 化
⑤ 羟基、酯或过氧化合的消除
（６）过氧化反应
① 5,7-双烯间形成 5α,8α-表二氢化合物
② 氢过氧化（ Hydroperoxidation）
７） 杂原子氧化
① 立体专一性氧化硫醚到亚砜
? 还 原 反 应
（１） 还 原 酮 到 醇
（２） 还 原 醛 到 醇
（３） 还 原某氢过氧化物到醇
（４） 还 原 烯 醇 到 伯 醇
（５） 双 键 饱 和
① 还 原 Δ1,4-3-酮到 Δ4-3-酮
② 还 原 Δ4-3-酮到饱和３ - 酮
③ 还 原 Δ4,6-3-酮到 Δ4-3-酮
④ 还 原 Δ1,6-20-酮到饱和 20-酮
⑤ 厌 氧 性 脱 羟 基
? 异 构 化
（ｌ） Δ6-3-酮异构化成 Δ4-3-酮
（２）Ｄ -高环化（ D-Homoannulation）
（３） 反频哪酮重排（ Retropinacolic rearrangement）
（４） 醇差向（立体）异构
（５）５ α-８ α-表二氢化合物重排到桥氧醇
? 结 合
（ 1 ） 羟 基 乙 酰化
（２） 糖苷化
（３） 酚 醚 形 成
（４） 胺 的 乙酰 化
（５）甾体生物碱与碳酸相结合
? 水 解
（ 1 ）酯化
① 碳 酸 酯
② 内 酯
③ 硫 酸 酯
（ ２ ） 醚 开 裂
① 烯 醇 醚 开 裂 为 酮
② 酚 醚 开 裂 为 酚
③ 苷 开 裂 为 醇
? 引入 杂 原 子,
（ 1）氮,由 21位醇基甾体形成 21-乙酰胺甾体
（２）卤 素,卤过氢化酶催化导入
微生物裂解胆甾醇边链的反应
C H
2
O H
C O O H
H O
O
O
C O O H
O
C H
2
O H
O
C O O H
O
C O O H
O
O
O
- C
2
H
5
C O O H - C H
3
C O O H - C
2
H
5
C O O H
O
O
C O O H
O
C O O H
O
O
O
C h o l e s t e r o l ( V I I I ) ( X I I I )( I X ) ( X I V )
( X V I I I ) ( X I X ) ( X X )
( X V )
( X V I ) ( X V I I )
( X X I ) ( X X I I ) ( X X I I I ) A D D
4 A D
XV,甾醇 C24-羧酸； XVI,甾醇 C22-羧酸； XVII,雄甾 -4-烯 -3,17-二酮 (AD)；
XVIII,C19-甾醇； XXIII,雄甾 -1,4-双烯 -3,17-二酮 (ADD)； 其余参见文章内
微生物裂解谷甾醇和菜油甾醇边链的反应
H O
C H
2
R
O
C H
2
R
O
C H
2
C H
2
O H
R
O
C H
2
C O S
C o A
R
O
C H
C S C o A
R
O
R
O
C H
2
O
R
O
C O S C o A
R
H O H O H O
O C O O
C O O
O
C O O H
R C H
3
= S i t o s t e r o l ( V I I )
H = C a n p e s t e r i o l ( X X V )
H O
( X X V I )
( X X V I I ) ( X X V I I I )
( X X X I )
( X X X I I )
( X X X )
( X V ) ( X I V ) ( X V I I )
( X X I X )
- C
2
H
5
C O S C o A
- C O
2
O
C O C o E n z
- R - - C H
2
C O O H
- C H
3
C O O H
- C
2
H
5
C O O H
图 2 － 5, 微 生 物 裂 解 甾 醇 和 采 油 甾 醇 边 链 的 反 应
O
O
H O
C O O H
O
O
C H
2
O H
O
O C H
3
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O H
O
( X V I I )
( L V I I )
( V I I )
H O O C
O
O
O
O
O
H O
O
O H O H
O
O H
O
H O
H O
( L V I I I )
O H
( X X I I I )
( X V I I )
( L X I I )
( L X I )( L I X )
( L X )
( X V I I )
( X X I I I )
H O
C O
2
H
2
O
W i l d t y p e
A T O C
6 8 4 2
S C M
- 1
N R R L
B - 8 1 1 9
N R R L
B - 1 1 0 4 5
N R R L
B - 8 1 2 9
N R R L
B - 8 1 2 8
N R R L
B - 8 1 1 3 5 9
B - 8 1 3 5
图 2 － 8 利 用 f o r t u i t u m 分 支 杆 菌 突 变 株 对 － 谷 甾 醇 进 行 转 化 得 到 的 产 物?
甾醇边链的选择性裂解
? 1)添加有关的酶抑制剂
? 2)利用被修饰的底物进行生物转化
? 3)利用阻断突变株用于定向生物转化
同时利用突变
株、酶抑制剂
和被修饰的底
物进行生物降
解边链所得到
的产物
A c O
C H
2
O H C
2
H
5
H O
O
S i t o s t e r o l d e r i v a t i v e ( L X I I I )
E s t e r o n e ( X X X V I I )
H O
O
O
H O
R
O
O
O
O
H O
C h o l e s t e r o l ( V I I I )
A n d r o s t a - 1,4 - d i e n e - 3,1 7 - d i o n e ( X X I I I )
R = H - c h o l e s t e r o l ( V I I I )
C 2 H 5 - s i t o s t e r o l ( V I I )
A n d r o s t - 4 - e n e - 3,1 7 - d i o n e ( V V I I )
α - h y d r o x y a n d r o s t - 4 - e n e - 3,1 7 - d i o n e
M y c o b a c t e r i a
N o c a r d i a S p,
w i l d t y p e
e n z y m e i n h i b i t o r s
M y c o b a c t e r i u m S p,
m u t a n t s
m u t a n t s
m u t a n t s
O
O
A n d r o s t a - 1,4 - d i e n e - 3,1 7 - d i o n e ( X X I I I )
M y c o b a c t e r i u m S p,
M y c o b a c t e r i u m S p,
部分边链降解的甾醇产物
O
C O O H
O
C O O H
O
O O
O O
图 2 － 9 同 时 利 用 突 变 株, 酶 抑 制 剂 和 被 修 饰 的 底 物 进 行 生 物 降 解 边 链 所 得 到 的 产 物?
O
O C H
3
H O
O
H O
H O
O C H
3
O
C O O C H
3
C H
2
O H
C H
2
O H
C H
2
O H
( L X )
( L X I V )
( L I X )
( L X V )
( L X I V ) ( L X I )
( L X V I )
( L X V I I )
图 2 － 1 0 部 分 边 链 降 解 的 甾 醇 产 物
O
O
O
H O
O H
H O
O H
( C H
3
)
2
N
O
米 非 司 酮
O
O
H O
O H
C HC
H O
O H
O H
H O
A D D
雌 酚 酮
雌 二 醇
1 1 - O H - A D D 炔 雌 醇
雌 三 醇
C O
O H
O
C H
2
O H
O
泼 尼 松
炔 雌 醚
C O
O H
O
C H
2
O H
H O
泼 尼 松 龙
O
O
C O
O H
O
C H
2
O H
H O
F
C H
3
倍 他 米 松
C O
O H
O
C H
2
O H
H O
F
O H
确 炎 舒 松
C O
O H
O
C H
2
O H
H O
F
C H
3
C C H
3
C
O H
C HC
C H
3
O
地 塞 米 松
一些可能从 ADD和 AD获得的甾体药物的结构
O
O
4 A D
O
O
O
O H
E s t r o n e
O H
O H
C C H
O H
C C H
O H
O H
O H
O H
A D D
乙 炔 雌 二 醇
乙 炔 雌 二 醇
甲 酯
雌 二 醇
雌 三 醇
M e O
O H
卵 泡 激 素
O
O
1 9 - 去 甲 乙 炔 睾 酮
1 9 - 去 甲 雄 甾 - 4 - 烯 - 3, 1 7 - 二 酮
O
O H蛋 白 同 化 激 素
O H
C C H
O
黄 体 激 素
O
O
O
O
O
螺 内 酯
矿 质 皮 质 激 素
O
O H
睾 酮
O
O H
M e
甲 基 睾 酮
雄 激 素
O
M e
H
甲 基 雄 甾 烷 醇 酮
蛋 白 同 化 激 素
O
H O O H
氢 化 可 的 松
其 它 高 档 皮 质 激 素
C
C H
2
O H
O
利用经过修饰的底物进行边链的选择性裂解
底物
产物
微生物
19-羟基甾醇
雌酮
restrictus 诺 卡 氏 菌 ATCC
14887
19-norsterols
雌酮
诺卡氏菌 ATCC 19170
3-羟基 -19-?1,3,5 –甾醇
雌酮
草分支杆菌
分支杆菌
simplex节杆菌 IAM 1660
19-羟基 -4-胆甾烷 -3-酮
雌酮
草分支杆菌
19-羟基 -胆甾醇 -3-β- 乙酸盐
雌酮
草分支杆菌
19-羟基 -?4,7 –甾醇
3-羟基 -19-nor-?1,3,5（ 10） –甾醇
3-羟基 -19-nor-?1,3,5（ 10）, 7（ 8） –
甾醇
马烯雌酮
马萘雌酮
雌酮
分支杆菌
6-β-19-oxidosten-eones
3-β-乙酸基 -5-α-氯 （ 氟 ） -6-β-
19-氧化 -甾醇
6 - β-19-
氧化 -AD
诺卡氏菌 ATCC 19170
分支杆菌
一些用于抑制环裂解的最为有效的抑制剂
抑制剂名称
抑制机理
2,2’ -联吡啶
1,10-菲咯啉
8-羟基 -喹啉
5-硝基 -1,10-菲咯啉
铜铁灵
双硫腙
二苯基二硫缩二氨基脲
二乙基二硫氨基甲酸酯
异烟酸酰肼
黄原酸
邻苯二氨
4-异戊酸环庚三烯酚酮
硫化四乙基秋兰姆
作为 Fe2+的抑制剂
Ni2+,Co2+,Pb2+,SeO32-,AsO2-
用于取代铁离子或阻断 SH-功能
亚甲蓝
刃天青
正丙醇
氧化还原反应
在有
酶抑
制剂
存在
的条
件下
进行
甾醇
边链
的选
择性
裂解
抑制剂
产物
微生物
螯合剂
2,2’ -联吡啶
1,10-菲咯啉
8-羟基 -喹啉
AD
ADD
其它雄甾烷衍生物
Arthrobacter simplex
分支杆菌
红球菌
草分支杆菌
诺卡氏菌
Arthrobacter globiformis
螯合剂和活性炭 ADD 分支杆菌 NRRL B-3683
螯合剂和苯乙烯 -二乙
烯苯共聚物
AD,ADD
23,24-二去甲胆甾酸
分支杆菌 NRRL B-
3683
螯合剂和脂肪, 油,
甘油酯
ADD
1-脱氢睾酮
Arthrobacter simplex
Brevibacterium
lipolyticum
草分支杆菌
无机离子
AD,ADD
其它雄甾烷衍生物
分支杆菌 sp,KNGSF 70
Arthrobacter simplex
氧化还原颜料
ADD
Arthrobacter simplex
丙醇
AD,ADD和其它衍
生物
假单胞菌 sp,NCIB
生物羟基化反应与甾体药物制备
---C-9α羟化
O
O
C o r y n e s p o r a - C a s i c o l a
A T C C 1 6 7 1 8
O
O
O H
4 - 雄 甾 烯 - 3,1 7 - 双 酮 9 α - 羟 基 - 4 - 雄 甾 烯 - 3,1 7 - 双 酮
O
棒 状 杆 菌 A T C C 2 1 3 2 9
或 短 杆 菌 N R R L B - 8 0 5 4
O
O H
9 α - 羟 基 - 3 - 氧 化 娠 烷 - 4,1 7 - 双 烯 - 2 0 - 羧 酸
C O O H
C O O H
3 - 氧 化 娠 烷 - 4,1 7 - 双 烯 - 2 0 羧 酸
生物羟基化反应与甾体药物制备
---C-11α羟化
O
C H
3
O
黑 根 霉
R h i z o p u s N i g r i c a n s
A T C C 6 2 2 7 6
孕 酮
1 1 α - 羟 基 孕 酮
（ 主 要 产 物 ）
1 1 α,6 β - 二 羟 基 孕 酮
（ 微 量 副 产 物 ）
1 1 α 还 原 孕 酮
（ 偶 然 产 生 副 产 物 ）
O
C H
3
O
O
C H
3
O
O
C H
3
O
H O
+
H O
O H
H
H O
生物羟基化反应与甾体药物制备
---C-11?羟化
O
C H
2
O H
O
新 月 弯 孢 霉
O
C H
2
O H
O
O H
H O
1 4
7
化 合 物 S 氢 化 可 的 松
生物羟基化反应与甾体药物制备
---C-16α羟化
O
C H
2
O H
O
O HH O
F
玫 瑰 色 链 丝 菌
（ S t r e p t o m y c e s r o s e o c h r o m o g e s
A T C C 3 3 4 7 ）
O
C H
2
O H
O
O HH O
F
O H F e
8 +
异 构 化
O
C H
2
O H
O
O HH O
F
O
9 α - 氟 氢 化 可 的 松 9 α - 氟 - 1 6 α - 羟 基 - 氢 可 的 松 副 反 应 产 物
生物羟基化反应与甾体药物制备
---C-17α羟化
C
O
C H
3
O
绿 色 木 霉
（ T r i c h o d e r m a v i r i d e )
C
O
C H
3
O
O H
孕 甾 酮 1 7 α - 羟 基 孕 酮
生物羟基化反应与甾体药物制备
---C-19α羟化
C
O
C H
3
O
R
Z
Y
X
球 墨 孢 霉
( N i g r a s p o r a s p h e r i c a A T C C 1 2 7 2 2 )
C
O
C H
3
O
R
Z
Y
X
C H
2
O H
X 及 Y 表 示 H 或 C H 2 ； Z 表 示 H, F, C l 或 C H 3 ； R = O H
微生物对甾体羟化的位置
生物脱氢反应与甾体药物制备
C
O
C H
2
O H
O
O H
R
棒 状 杆 菌
C
O
C H
2
O H
O
O H
R
R = O 可 的 松
R = O H 氢 化 可 的 松
R = O 去 氢 可 的 松
R = O H 去 氢 氢 化 可 的 松
C
O
C H
3
O
节 杆 菌 和 诺 卡 氏 菌
混 合 发 酵
C
O
C H
3
O
黄 体 酮
1 - 脱 氧 黄 体 酮
（ 主 要 产 物 ）
O H
O
O
O
O
1 - 脱 氢 睾 丸 内 酯
＋
O
1 - 脱 氢 睾 丸 酮
（ 副 产 物 ）
1 - 脱 氢 雄 甾 二 酮
（ 副 产 物 ）
其它有关的生物转化反应与甾体药物制备
--- 环氧化反应
C
O
C H
2
O H
O
O H
C
O
C H
2
O H
O
O H
O
其它有关的生物转化反应与甾体药物制备
--- 酯化反应
O H
H O
A B
C D
C l
3
C O O C
3
H
7
丙 酮
木 霉 属 酯 酶
色 素 杆 菌 属 酯 酶
O H
C
3
H
7
O C O
A B
C D
H
O C O C H
3
H O
A B
C D
H
其它有关的生物转化反应与甾体药物制备
--- 芳构化和炔化反应
O
H O
H O H
2
C
简 单 节 杆 菌
O
H O
O H
H O
乙 炔 化
乙 炔,K O H,异 丁 醇
C C H
1 9 - 羟 甲 基 二 酮 雌 酚 酮 炔 雌 醇
从薯蓣皂素开始，经开环、氧化、环氧化等化学反应后,
制得不同中间体后，再进行微生物转化得到醋酸可的松
醋酸可的松
从薯蓣皂素开始，经开环、氧化、环氧化等化学反应后,
制得不同中间体后，再进行微生物转化，得到氢化可的松
醋酸强的松
醋酸氢化泼尼松
炔雌醇
醋酸地塞米松
