浅析酶催化技术在绿色化学上的应用

凤箫吟唱凤仙花

绿色化学技术是一种对传统化学的创新，化学合成药物的绿色化发展以保护环境为先，避免向环境中排放出有害的物质，对传统的化学带来了全新挑战。目前，以酶催化剂为代表的生物技术，不但有着很好的选择性，而且又具有无毒无害的特点，有着很好的发展前景，已经在化工生产过程当中，获得了广泛运用。

酶是生物体内一种重要的催化剂，是由活细胞产生的具有催化作用的有机物。生物化学反应技术能够使用酶以充当催化剂，有效运用生物质充当原料而实现对化合物的生产。不但能够很好地缓解不可再生资源的浪费，同时还能够很好地降低对周边环境带来的污染影响。酶催化在环保、效率等方面的优越性，使其在医药、农业、食品、化工、环境保护等领域得到广泛运用，但同时酶具有不稳定、底物单一、反应条件苛刻等缺陷。

酶催化剂催化具有反应条件温和，区域选择性和立体选择性高的特点。随着科学技术和绿色化学技术的兴起，酶催化技术作为绿色化学的重要分支而受到人们的高度重视。美迪西这些年来大力发展新技术，将绿色化学的新兴手段融入到对客户的服务当中，利用当前热门的绿色酶化学、光氧化还原催化剂、连续性反应等等，为公司提供优质经济的解决方案。

目前在化学合成药物研发中，生物催化工艺已经能够提升某些化学合成工艺，如手性胺合成、复杂分子的空间及区域羟基化以及某些氧化还原反应。利用酶催化技术可以将前体物质转换为化合物砌块，也可以生成所需要的具有特殊药效的光学对映体化合物。将定向进化技术与化学合成方法相结合，可以利用酶生成医药中间体并进而合成为原料药。

酶催化技术在制药行业应用较为广泛，如网上资料报道的酶法制备抗糖尿病化合物西他列汀是生物催化工艺在制药工业实际应用中较为成功的例子之一。西他列汀是一种治疗II型糖尿病的药物，Codexis和Merck公司的研究人员首次从Arthrobacter sp.中构建了两株R-型转氨酶R-ATA和ATA-117，并以西他列汀前体酮作为底物进行不对称胺化反应。由于底物是大位阻化合物，野生型转氨酶催化活性极低。采用基因组步移、同源建模结合定点突变技术，能够明显提高转氨酶对大位阻底物的催化活力。进一步优化反应工艺后，在1mol/L的i-PrNH2、40℃条件下，使用50%的DMSO作为助溶剂，能将200g/L的西他列汀前体酮完全转化，产物ee>99.95%。与铑催化工艺相比，生物催化工艺不仅减少了底物的浪费、消除了对稀有重金属（Rh）的需求，总收率还提高了10%，最终产率[kg/（L • d）] 提高了53%。此外已有报道使用R型或S型转氨酶来进行大规模的药物合成，如尼拉帕利及Janus激酶2（JAK2）抑制剂。

近年来，药物化学结构变得越来越复杂，环境对于绿色合成技术的要求也在不断增加。寻求低成本、更加安全环保的生物催化工艺来提升传统化学工艺是制药行业不断努力的目标。随着蛋白质工程技术的发展，相信生物催化剂还有更大的进步空间，能够更多地普及于制药工业，不断造福全球的绿色事业。

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董海威

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