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摘 要

氧化还原酶数量众多且可以催化高选择性的反应，是继水解酶之后又一种极具大规模工业化应用潜力的酶。大部分氧化还原酶依赖烟酰胺辅因子发挥作用，而天然烟酰胺辅因子由于价格昂贵、稳定性差无法在酶促反应中按化学计量添加，因此需要构建外源高效的辅因子循环再生体系实现其催化量投入。另外，目前可以通过人工合成一些简单易得的烟酰胺辅因子类似物来替代天然烟酰胺辅因子。本文在经典的BNA 结构上，改变苯环对位取代基种类，成功合成出4种酸根基团取代基的人工烟酰胺辅因子，并将这类人工烟酰胺辅因子应用到酶促反应中。通过与天然烟酰胺辅因子NAD(P) 催化效率作对比进行筛选，得到一种效果不弱于NAD(P) 的人工辅因子，24h催化底物转化率达到93.3%，且最终完全转化，达到了替代NAD(P) 参与反应的要求。

关键词：烟酰胺 辅因子 酶 NAD(P) NAD(P)H

Synthesis and Characterization of Carboxylic Acid and Sulfonic Acid Artificial Nicotinamide Cofactors

Abstract

Oxyreductase, which has a large number and can catalyze highly selective reactions, is a great potential for large-scale industrial application after hydrolase. Most oxidoreductases depend on nicotinamide cofactors. However, natural nicotinamide cofactors can not be stoichiometrically added in enzymatic reactions due to their high price and poor stability. Therefore, it is necessary to construct an exogenous and efficient cofactor recycling system to realize their catalytic input. In addition, natural nicotinamide cofactors can be replaced by artificial nicotinamide cofactor analogues. In this paper, four kinds of artificial nicotinamide cofactors with acid radical substituents were successfully synthesized by changing the type of benzene ring Para-substituents on the classical BNA structure. Ever these artificial nicotinamide cofactors were applied to enzymatic reaction. We obtained an artificial cofactor which has the same catalytic efficiency than NAD(P) after compared with the natural nicotinamide cofactor NAD(P) . The conversion rate of the artificial cofactor catalyzed substrate reached 93.3% in 24h. Finally the substrate was completely transformed.Finally the substrate was completely transformed. At last the artificial nicotinamide cofactors can replace the natural nicotinamide cofactor NAD(P) .

Keywords:nicotinamide；cofactors；enzyme；NAD(P) ；NAD(P)H；

目录

摘 要 I

Abstract II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.1.1辅因子简介 1

1.1.2天然烟酰胺辅因子再生方法 1

1.1.3人工烟酰胺辅因子发展历程 3

1.1.4人工烟酰胺辅因子的应用 4

1.2研究设计 5

1.3研究手段 6

1.3.1提纯手段 6

1.3.2表征手段 6

1.3.3监测手段 6

1.4研究目的及意义 6

第二章 氧化型人工烟酰胺辅因子的合成 8

2.1实验试剂及设备 8

2.1.1实验试剂 8

2.1.2实验设备 8

2.2羧酸类氧化型人工烟酰胺辅因子的合成 9

2.2.1合成路线及步骤 9

2.2.2羧酸类人工烟酰胺辅因子产物表征 9

2.2.3结果与讨论 11

2.3磺酸类氧化型人工烟酰胺辅因子的合成 12

2.3.1合成路线及步骤 12

2.3.2磺酸类人工烟酰胺辅因子产物表征 13

2.3.3结果与讨论 14

2.4小结 15

第三章 以人工烟酰胺辅因子与酶偶联实验 16

3.1实验试剂与设备 16

3.1.1实验试剂 16

3.1.2实验设备 16

3.2羧酸类氧化型辅因子与马肝醇脱氢酶的偶联^[28] 16

3.2.1马肝醇脱氢酶（HLADH）简介^[29] 16

3.2.2马肝醇脱氢酶氧化1，2-环己烷二甲醇反应体系构建 17

3.2.3GC-MS监测反应转化 17

3.2.4结果与分析 18

3.3小结 19

第四章 结论与展望 20

4.1结论 20

4.2展望 20

参考文献 21

致谢 23

第一章 绪论

1.1研究背景

1.1.1辅因子简介

酶催化作为生物催化的重要组成部分，相比化学催化可以催化高化学选择性、区域选择性、立体选择性的反应。酶催化的五大生化反应包括氧化还原、水解、裂合、异构、转移，除水解反应以外，其他酶促反应都需要辅因子参与，辅因子可以稳定酶的构象并在催化过程中起到传递质子、能量以及转移基团的作用，对推动生化反应具有着重要的作用^[1]。辅因子是蛋白质或酶结构的重要组成部分，在全细胞催化以及体外催化中有很大作用。在蛋白酶的化学结构中，人们将除了氨基酸组成的多肽链以外的金属离子、有机小分子、金属有机或无机配合物等的非蛋白结构统称为辅因子(cofactor)^[2]。

根据辅因子和蛋白质结合的紧密程度，可将辅因子分为辅酶和辅基，结合紧密不可通过透析除去的是辅基，反之，结合松散可通过透析或超滤除去的是辅酶^[3]。

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