蛋白质的结构与性能

1、第十九章第十九章 生物技术药物制剂生物技术药物制剂 主讲教师：杜主讲教师：杜 艳艳山西医科大学药剂教研室山西医科大学药剂教研室 药药 剂剂 学学 pharmaceutics第一节 概 述一、基本概念生物技术是应用生物体或其组成部分，在最适条件下，生产有价值的产物或进行有益过程的技术。现代生物技术现代生物技术是应用是应用基因工程基因工程、细胞工程细胞工程、发酵工程发酵工程和和酶工程酶工程，以生物体为依托发展各种生物以生物体为依托发展各种生物产业的技术。产业的技术。核心是基因工程技术。核心是基因工程技术。二、二、 生物技术药物的特点生物技术药物的特点g 剂量小，药理活性高g 稳定性差，极易失活g

2、分子量大，胃肠吸收少g 半衰期短，作用时间短二、 生物技术药物的特点v多肽、蛋白质药物使用多肽、蛋白质药物使用剂量小，药理活性高，剂量小，药理活性高，副副作用少，很少有过敏反应。作用少，很少有过敏反应。v稳定性差稳定性差，在酸碱环境或体内酶存在下极易失活。，在酸碱环境或体内酶存在下极易失活。v药物药物分子量大分子量大，还时常以多聚体形式存在，很难，还时常以多聚体形式存在，很难透过胃肠道粘膜的上皮细胞层，故透过胃肠道粘膜的上皮细胞层，故吸收很少吸收很少，不，不能口服给药，一般只有注射给药，不方便长期给能口服给药，一般只有注射给药，不方便长期给药的病人；药的病人；v另外很多此类药物的体内另外很多此

3、类药物的体内生物半衰期较短生物半衰期较短，从血，从血中消除较快，因此在体内的作用时间较短，没有中消除较快，因此在体内的作用时间较短，没有充分发挥其作用。充分发挥其作用。三、 蛋白质的结构与性能1. 氨基酸的结构与分类氨基酸的结构与分类 氨基酸氨基酸是组是组成蛋白质的基本成蛋白质的基本单元。单元。 除少数氨基除少数氨基酸为二氨基一羧酸为二氨基一羧基结构外，大多基结构外，大多数氨基酸数氨基酸含一个含一个氨基和一个羧基。氨基和一个羧基。构成构成蛋白质的蛋白质的氨基氨基酸均为酸均为L型型-氨基酸：氨基酸： H R - C- COOH NH2根据侧链根据侧链R结构和性质，氨基酸可分为：结构和性质，氨基酸

4、可分为： 脂肪族脂肪族 极极 性性 正电性正电性 芳香族芳香族 杂环族杂环族 非极性非极性 负电性负电性 根据侧链结构的不同，氨基酸可分为根据侧链结构的不同，氨基酸可分为脂肪脂肪族、芳香族族、芳香族和和杂环氨基酸。杂环氨基酸。根据侧链的亲水性不同，可分为根据侧链的亲水性不同，可分为极性极性（含（含 -H，-OH，-SH，或或-CONH2）和和非极性非极性氨基氨基酸。酸。根据电荷不同分为根据电荷不同分为正电性正电性与与负电性负电性氨基酸。氨基酸。2. 肽的结构肽的结构一个氨基酸的羧基与另一氨基酸的氨基脱去一个氨基酸的羧基与另一氨基酸的氨基脱去1 1分子水而生成肽。分子水而生成肽。 H H -H2

5、O H O H H2N-C-COOH + H2N-C-COOH H2N-C-C-N-C-COOH R1 R2 R1 H R2 肽键肽键( (共价键、酰胺键）共价键、酰胺键）两个氨基酸组成的肽称为二肽，两个氨基酸组成的肽称为二肽，1010个以上氨个以上氨基酸组成的肽称为多肽。基酸组成的肽称为多肽。3. 蛋白质的结构蛋白质的结构蛋白质蛋白质是由是由20多种多种L型型-氨基酸通过肽键相氨基酸通过肽键相连而组成。连而组成。蛋白质的分子量一般在蛋白质的分子量一般在51035106。蛋白质结构中的化学键包括蛋白质结构中的化学键包括:肽键肽键二硫键二硫键(-S-S-键键) 氢键氢键疏水键疏水键 离子键离子键

6、 范德华力范德华力 配位键配位键共价键共价键非共价键非共价键一级结构一级结构是指蛋白质多肽链中氨基酸的组成与排是指蛋白质多肽链中氨基酸的组成与排列顺序，是由共价键相连的。列顺序，是由共价键相连的。一级结构一级结构是区别不是区别不同蛋白质最基本、最重要的标志。同蛋白质最基本、最重要的标志。二级结构二级结构为多肽链的有规律或无规律的折叠方式，为多肽链的有规律或无规律的折叠方式，包括包括螺旋与螺旋与折叠结构等。折叠结构等。三级结构三级结构是指螺旋或折叠的肽链的空间排列组合是指螺旋或折叠的肽链的空间排列组合方式；每条多肽链都具备固有的三级结构，称为方式；每条多肽链都具备固有的三级结构，称为蛋白质的亚基

7、。蛋白质的亚基。四级结构四级结构则是指两个以上的亚基通过非共价键连则是指两个以上的亚基通过非共价键连接而形成的空间排列组合方式。接而形成的空间排列组合方式。 蛋白质的四级结构4. 蛋白质的理化性质蛋白质的理化性质 旋光性旋光性l 紫外吸收紫外吸收l 两性电解质两性电解质l 胶体性质胶体性质蛋白质的不稳定性蛋白质的不稳定性1、蛋白质中的蛋白质中的共价键破坏共价键破坏引起不稳定性引起不稳定性蛋白质的水解蛋白质的水解：蛋白质在蛋白质在酸、碱、酶酸、碱、酶的催化下可的催化下可发生肽键的水解与脱酰氨基作用，产生多肽片段、发生肽键的水解与脱酰氨基作用，产生多肽片段、氨基酸或氨基酸残基等；氨基酸或氨基酸残基

8、等；蛋白质的氧化蛋白质的氧化：在在氧化剂氧化剂存在下，蛋白质中的某存在下，蛋白质中的某些氨基酸侧链（如些氨基酸侧链（如-SH和和-SCH3）很容易被氧化，）很容易被氧化，结果使蛋白质失活，或引起聚集等；结果使蛋白质失活，或引起聚集等；消旋化作用：消旋化作用：蛋白质在蛋白质在碱水解碱水解中常伴有某些氨基中常伴有某些氨基酸的消旋化作用，使氨基酸成为非代谢形式；酸的消旋化作用，使氨基酸成为非代谢形式；二硫键断裂及交换二硫键断裂及交换：加热加热可引起二硫键的断裂或可引起二硫键的断裂或交换，而二硫键的破坏可严重影响蛋白质的生物交换，而二硫键的破坏可严重影响蛋白质的生物活性。活性。 2、蛋白质中蛋白质中非

9、共价键非共价键的破坏可导致蛋的破坏可导致蛋白质变性。白质变性。 在某些物理、化学的条件下，蛋白质在某些物理、化学的条件下，蛋白质分子的高级结构受到破坏（但一级结构未分子的高级结构受到破坏（但一级结构未被破坏），结果引起蛋白质生物活性的损被破坏），结果引起蛋白质生物活性的损失和理化性能的改变，这就是蛋白质的变失和理化性能的改变，这就是蛋白质的变性。性。 蛋白质变性因素：温度、蛋白质变性因素：温度、pH值、盐类、值、盐类、有机溶剂、表面活性剂、机械应力、超声有机溶剂、表面活性剂、机械应力、超声波、光照等。波、光照等。蛋白质药物评价方法蛋白质药物评价方法v理化分析和检测理化分析和检测 紫外和荧光；紫外和荧光； 液相色谱液相色谱(HPLC) 圆二色谱圆二色谱(CD) 红外光谱红外光谱(IR) 电泳技术电泳技术 质谱质谱 DSC和和X射线粉末衍射射线粉末衍射v生物学方法生物学方法v免疫学方法免疫学方法第二节 蛋白质类药物制剂的处方与工艺蛋白质类药物 一般处方组成液体剂型中蛋白质类药物的稳定化 稳定剂包括：缓冲液、表面活性剂、糖和多元醇、盐类、聚乙二醇类、大分子化合物、组氨酸等、金属离子固体状态蛋白质药物的稳定性与工艺高分子聚合物中蛋白质药物的稳定化第三节 蛋白质类药物新型给药系统新型注射给药系统 控释微球制剂 脉冲式给药系统非注射给药系统 鼻腔给