甾體的微生物轉化

甾體的微生物轉化(microbial transformation of steroids)微生物選擇性地修飾或改造甾體化合物分子結構的作用。它是通過微生物產生的酶催化進行的。

研發史

1937年L.馬莫利和A.韋瑟洛納曾發現 1株酵母能還原甾體17碳位上的酮基為17β-羥基。1943年,G.E.屠飛特發現諾卡氏菌能徹底降解膽甾醇。但微生物轉化甾體化合物的能力，直到在可的松合成中被採用後才引起人們的重視。可的松是一種皮質激素藥物，具較強的抗炎活性。1952年，美國普強藥廠的生物化學家D.H.彼得森和微生物學家H.C.默里發現少根根霉能使孕酮的11碳位羥基化，生成11-羥基孕酮，而後又用黑根霉轉化，獲高達95%的得率，大大降低了可的松的成本。不久，科學家們又相繼發現細菌、真菌、放線菌中的某些種，可以使一定結構的甾體化合物在一定的部位上發生分子結構的改變。這種酶促反應具有嚴格的底物特異性，一般能使底物分子上1個或2個基團起反應，而並不需要對其他基團進行保護，有的還能把手征性的中心引入光學上無活性的分子中。至今已發現微生物轉化甾體化合物的反應類型，幾乎包括任何已知的微生物酶促反應和已經發現的化學反應，如氧化、還原、水解、縮合、異構化、新的碳碳鍵的形成以及雜基團的導入等。通常，一個酶促反應可以代替幾個化學反應步驟，這就使甾體藥物的合成工藝變得更有效並更經濟。

反應部位

一種微生物可在同一甾體的不同部位產生不同類型的反應，也可在不同結構的甾體化合物上發生同一類型的反應。各種不同的微生物又能在同一種甾體上產生相同的轉化反應，也可產生不同的反應。

在甾體藥物的工業生產中，目前國內外採用微生物轉化的反應有-羥基化、11β-羥基化及16 -羥基化A環-或-和-位的脫氫,-位羥基的脫氫，-或-位酯的水解以及-位側鏈的降解、不對稱還原-位酮基等，它們都已分別在各種皮質激素、性激素、口服避孕藥、蛋白同化激素、抗癌劑、利尿劑等藥物的合成中成為關鍵步驟。

由於甾體化合物的微生物轉化作用是利用微生物的酶對甾體底物進行特定的化學反應，因而轉化的產物不是微生物代謝的產物。在整個發酵過程中，微生物的生長和甾體的轉化反應可以完全分開。首先進行菌的培養，積累轉化所需要的酶，再利用這些酶改造甾體分子。轉化反應可直接用菌體細胞或孢子，也可用有活性的酶或者採用固定化細胞或固定化酶來完成。

提高套用效率

為提高轉化反應的效果，可通過菌種篩選、誘變或培養條件的考察提高酶活性;也可通過改造底物結構、使用酶的抑制劑等方法避免不需要的副反應，提高轉化產物的產量;另外，用固體粉末狀底物直接投加或使轉化反應在水不混溶性溶劑中進行，可大幅度提高濃度及轉化收率。

中國科技工作者從1958年就已開展這一研究。30年來已為甾體藥物的生產提供了各類生產菌種。並在轉化條件、轉化機制等方面做了許多工作，推動了甾體藥物工業的發展。

其他

1937年L.馬莫利和A.韋瑟洛納曾發現 1株酵母能還原甾體17碳位上的酮基為17β-羥基。1943年,G.E.屠飛特發現諾卡氏菌能徹底降解膽甾醇。但微生物轉化甾體化合物的能力，直到在可的松合成中被採用後才引起人們的重視。可的松是一種皮質激素藥物，具較強的抗炎活性。1952年，美國普強藥廠的生物化學家D.H.彼得森和微生物學家H.C.默里發現少根根霉能使孕酮的11碳位羥基化，生成11α-羥基孕酮，而後又用黑根霉轉化，獲高達95%的得率，大大降低了可的松的成本。不久，科學家們又相繼發現細菌、真菌、放線菌中的某些種，可以使一定結構的甾體化合物在一定的部位上發生分子結構的改變。這種酶促反應具有嚴格的底物特異性，一般能使底物分子上1個或2個基團起反應，而並不需要對其他基團進行保護，有的還能把手征性的中心引入光學上無活性的分子中。至今已發現微生物轉化甾體化合物的反應類型，幾乎包括任何已知的微生物酶促反應和已經發現的化學反應，如氧化、還原、水解、縮合、異構化、新的碳碳鍵的形成以及雜基團的導入等。通常，一個酶促反應可以代替幾個化學反應步驟，這就使甾體藥物的合成工藝變得更有效並更經濟。

一種微生物可在同一甾體的不同部位產生不同類型的反應，也可在不同結構的甾體化合物上發生同一類型的反應。各種不同的微生物又能在同一種甾體上產生相同的轉化反應，也可產生不同的反應。

在甾體藥物的工業生產中，目前國內外採用微生物轉化的反應有C11α-羥基化、11β-羥基化及16α -羥基化A環C1-或C1-和C4-位的脫氫,呌-位羥基的脫氫，呌-或C21-位酯的水解以及C17-位側鏈的降解、不對稱還原C17-位酮基等，它們都已分別在各種皮質激素、性激素、口服避孕藥、蛋白同化激素、抗癌劑、利尿劑等藥物的合成中成為關鍵步驟。

由於甾體化合物的微生物轉化作用是利用微生物的酶對甾體底物進行特定的化學反應，因而轉化的產物不是微生物代謝的產物。在整個發酵過程中，微生物的生長和甾體的轉化反應可以完全分開。首先進行菌的培養，積累轉化所需要的酶，再利用這些酶改造甾體分子。轉化反應可直接用菌體細胞或孢子，也可用有活性的酶或者採用固定化細胞或固定化酶來完成。

為提高轉化反應的效果，可通過菌種篩選、誘變或培養條件的考察提高酶活性；也可通過改造底物結構、使用酶的抑制劑等方法避免不需要的負反應，提高轉化產物的產量；另外，用固體粉末狀底物直接投加或使轉化反應在水不混溶性溶劑中進行，可大幅度提高濃度及轉化收率。

中國科技工作者從1958年就已開展這一研究。30年來已為甾體藥物的生產提供了各類生產菌種。並在轉化條件、轉化機制等方面做了許多工作，推動了甾體藥物工業的發展。