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摘 要

头孢丙烯作为第二代头孢菌素，广泛应用于敏感细菌引起的上、下呼吸道感染，皮肤和皮肤软组织感染的治疗。酶法合成头孢丙烯与化学法相比更加绿色环保，酶法合成使反应时间较短、步骤相对而言较少，同时也能够减少对环境的污染，对创造绿色环境有较大的好处，另外还可以节省费用，产物含有的杂质也较少，容易拆分并且产物的功效也能得到保证。本实验对青霉素G酰化酶合成头孢丙烯进行了初步的研究，使用对羟基苯甘氨酸甲酯盐酸酯和7-氨基-3-丙烯基头孢烷酸作为反应底物，经过对有机溶剂、反应pH、反应温度、底物浓度比和底物浓度等条件进行初步优化，得出来能使头孢丙烯产率达到最大化的反应条件：在1mL10%(V/V)甘油-磷酸盐缓冲(pH6.2)溶剂体系中，7-氨基-3-丙烯基头孢烷酸浓度为200mmol/L，对羟基苯甘氨酸甲酯盐酸酯浓度为300mmol/L，在25℃，200 r/min条件下，反应20h，头孢丙烯合成率达到69.25%，实验结果表明青霉素G酰化酶突变体对头孢丙烯具有良好的合成效率，因此在工业生产上用青霉素来合成抗生素的效果是比较好的，这为进一步开发β-内酰胺类抗生素合成酶奠定了基础。

关键词：青霉素G酰化酶 头孢丙烯 优化 合成

Optimization in antibiotic synthesis conditions of penicillin G acylase mutant

Abstract

As a second generation cephalosporin, Cefepime has been widely used in the treatment of upper and lower respiratory tract infections, skin and skin soft tissue infections caused by sensitive bacteria. The enzymatic synthesis of propylene and chemical method compared to more green.The synthesis of the shorter reaction time of enzyme method, relatively few steps, but also can reduce the pollution of the environment, is of much benefit to create a green environment, but also can save costs, product containing less impurities, easy to split and product effect can be guaranteed. The experiment of penicillin G acylase synthesis of propylene in the preliminary studies, using D-HPGM and 7-APRA as the substrate after the organic solvent, reaction pH, reaction temperature, substrate concentration and substrate concentration conditions than were initially optimized. It can make the cefprozil yield reached the maximum in the reaction conditions: 1mL10% (V/V) - glycerol phosphate Buffer (pH6.2) solvent system, the concentration of 7-APRA was 200mmol/L,The concentration of D-HPGM is 350mmol/L, and the reaction condition of 180 r/min, 20h, cefprozil synthesis rate reached 69.25%, the experimental results show that penicillin G acylase mutant has good synthesis efficiency of cefprozil,Therefore, in the industrial production with penicillin synthetic antibiotic effect is relatively good, It laid the basis for the further development of lactam synthase beta.

Key Words: penicillin G-acyla; Cefprozil; optimization; Synthesis

目 录

摘要 II

ABSTRACT III

第一章 文献综述 1

1.1抗生素的合成与半合成发展概况 1

1.2 青霉素酰化酶的来源及分类 2

1.3青霉素酰化酶的结构及催化机理 3

1.4青霉素酰化酶的应用 4

1.4.1在半合成抗生素中间体制备中的应用 4

1.4.2在半合成β内酰胺抗生素合成中的应用 5

1.4.3在外消旋混合物的拆分中的应用 5

1.4.4在肽合成中的应用 5

1.5青霉素酰化酶的酶学特性 6

1.5.1 青霉素酰化酶的热稳定性 6

1.5.2 青霉素酰化酶的pH值稳定性 7

1.6研究内容及应用前景 7

1.6.1研究内容 7

1.6.2应用前景 7

第二章 实验材料与方法 9

2.1 实验材料 9

2.1.1 实验试剂 9

2.1.2 实验仪器 10

2.3 试验方法 11

2.3.1青霉素酰化酶粗酶液的制备 11

2.3.2合成头孢丙烯初始反应体系 11

2.3.3高效液相色谱法(HPLC)检测合成头孢丙烯的方法建立 11

2.3.4反应温度对合成反应的影响 13

2.3.5反应溶液酸碱度对合成反应的影响 14

2.3.6有机溶剂对合成反应的影响 14

2.3.7底物浓度比对合成反应的影响 14

2.3.8 7-APRA浓度对合成反应的影响 14

第三章 结果与讨论 15

3.1温度对头孢丙烯合成的影响 15

3.2反应溶液酸碱度对头孢丙烯合成的影响 16

3.3有机溶剂对头孢丙烯合成的影响 16

3.4底物浓度比对头孢丙烯合成的影响 20

3.5浓度对头孢丙烯合成的影响 20

3.6 本章小结 21

第四章 结论与展望 22

4.1结论 22

4.2展望 22

参考文献 24

第一章 文献综述

青霉素G酰化酶(PGA)只能催化热力学允许的反应，它作为生物催化剂，能够催化头孢菌素G生成7-氨基-3-去乙酰氧基头孢烷酸(7-ADCA)，并且使7-氨基-3-去乙酰氧基头孢烷酸和氨基酸的侧链相互作用产生新的半合成抗生素。青霉素酰化酶(Penicillin acylase,ec3.5.1.11)，也被称为青霉素氨基酸水解酶或青霉素酰胺酶。作为β-内酰胺类抗生素酰基转移酶家族的一个子类，其是一种具有可逆性的酶，通常在PH值一定得情况下可以使6-APA和7-氨基-3-去乙酰氧基头孢烷酸与其他基团相互作用产生新的物质；偏碱性的条件下,它能催化头孢菌素和青霉素，使它们水解为7-ADCA和6-APA,7-ADCA和6-APA是在半合成β-内酰胺类抗生素的关键中间体。因此，在临床应用上青霉素酰化酶扮演着一个极为重要的角色，而且在生产工业也有着巨大的发掘潜力。

1.1抗生素的合成与半合成发展概况

经过合成化学技术与有机化学理论的进步，抗生素全合成研究的发展较为迅速并且取得了新的进展。一个拥有新型结构的抗生素出现后，天然抗生素在不短时间内其全合成的完成都能做完，其意图主要是：(1)为结构修饰奠定基础,明确结构-活性关系,为生产出新药而打下基础；(2)找寻有效的结构部位，研究结构简化后的先导化台物，提出新药的设计方案；(3)研究是否有其他方法可以制备。(4)推动医药工业的发展。

对于比较容易研究的物质，应当着重对其进行分析。例如,在他汀类药物的探索中,对有效的结构位点进行了研究，进而仿制出用来代替较难合成的六氢萘环铅化合物的多种杂环化合物,并通过进一步的改造进行了优化，最终开发出了fluvastatin、dalvastatin、NK 104等疗效更优异的降血脂药物^[1-2]，虽然在抗生素全合成的研究中获得了辉煌成果，然而，在实际应用中还没有多少合成抗生素，它们仅限于简单的低分子复合物的制备物。

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