[发明专利]一种NAD+类似物的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及具有生物学活性的一类小分子化合物的合成及其应用，具体地说是具有各种取代基的嘧啶环取代腺嘌呤环的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD⁺)的类似物，以及该化合物可作为脱氢酶的辅因子用于催化氧化还原反应，或作为微生物生长促进剂，促进微生物生长。

背景技术

烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide，NAD⁺)以及它相应的还原态(NADH)，就是通常所说的辅酶I，是生物体不可缺少的小分子化合物，参与生命体中的氧化还原代谢及其它一系列重要生物化学过程，其结构式如下：

NAD⁺的化学结构

NAD⁺的化学结构比较复杂，性质不够稳定，价格昂贵。从NAD⁺的化学结构可看出该分子是由烟酰胺单核苷酸(NMN)片段和腺苷一磷酸(AMP)片段通过焦磷酸键连接而成。NMN部分是其化学功能的主要承担者，参与氧化还原反应和电子传递，而AMP部分则与功能蛋白质的相关结构域作用而锚定辅酶，对酶专一性识别辅酶和生化反应的选择性有重要影响(J.Benach et al.J.Biol.Chem.2003，278，19176-19182)。

在细胞内，NAD⁺主要起传递氢和电子的作用，许多重要氧化还原酶都依赖于NAD⁺作为其辅因子。除了氧化还原功能外，在非氧化还原生命过程中，NAD⁺同样起到非常重要的作用。NAD⁺在细胞繁殖、生长、分化、凋亡等生命活动中都是不可缺少的小分子化合物(W.H.Ying.Antioxidants&Redox Signaling 2008，10，179-206)。NAD⁺也可以作为组蛋白去乙酰化酶(sirtuins)的底物，在酶催化下，将组蛋白上的乙酰基移去，使组蛋白能够顺利完成DNA复制、转录和修复等重要功能(H.N.Lin et al.Org.Biomol.Chem.2007，5，2541-2554)。

基于NAD⁺的结构，人们对其进行化学改造，合成了很多类似物。最近一些工作涉及化学改造腺苷一磷酸(AMP)部分(C.J.W.Mort et al.Bioorg.Med.Chem.2004，12，475-487)、核糖环部分(G.C.Zhou et al.J.Am.Chem.Soc.2004，126，5690-5698)、烟酰胺部分(N.E.Batoux et al.Tetrahedron 2004，60，6609-6617)以及焦磷酸部分(L.Chen et al.Bioorg.Med.Chem.Lett.2007，17，3152-3155)。H.C.Lo曾经采用甲醇为AMP部分的替代物与烟酰胺单核苷酸在DCC/DMAP下，合成了NAD⁺类似物，并用上述类似物作为马肝脱氢酶(HLADH)的辅因子还原酮为手性醇(H.C.Lo et al.Angew.Chem.Int.Ed.2002，41，478-481)，但辅因子结构过于简单，与酶的结合不够紧密，催化效率很低。上述工作都是建立在对NAD⁺原有结构进行化学修饰基础上，难以克服其化学性质上不稳定性，化学合成、分离困难等缺点，所得NAD⁺类似物大多不能被脱氢酶选择性识别。

申请人的前期工作[赵宗保，刘武军，吴思国，侯淑华，一种NAD⁺类似物及其合成和应用，申请号：200810010285.1]所合成的NAD⁺类似物可以促进微生物如大肠杆菌和酿酒酵母生长；其还原型也可作为脱氢酶辅因子用于催化氧化还原反应，但这些类似物生物活性相对较低。

总之，现有文献报道的NAD⁺类似物主要是作为生物催化剂的抑制剂，极少数可用于生物催化或仿生催化反应，但不能特异性地被生物催化剂识别。因此，需要理性设计具有其他结构特征的NAD⁺类似物，使它们更有效地被酶识别，表现出生物催化功能。具有这些生物学特性的NAD⁺类似物，可在生物分析化学、生物催化、代谢工程或合成生物学等领域发挥重要作用。

发明内容