天然生物材料的提取制药-氨基酸、多肽及蛋白质类药物的提取制药

生物制药工艺课程氨基酸类药物氨基酸类药物一、氨基酸类药物概述及分类三、氨基酸的应用及生产方法二、氨基酸的理化性质

氨基酸的概述羧酸分子中一个或一个以上氢原子被氨基酸取代后生成的化合物称为氨基酸。在自然界中组成生物体各种蛋白质的氨基酸有20余种，除Pro其分子结构的共同特点都有一个a-氨基，故称为a-氨基酸。

分类α-氨基酸根据R基分为脂肪族氨基酸

芳香族氨基酸

杂环氨基酸

根据氨基、羧基的数目分为

中性氨基酸氨基酸=羧基数

碱性氨基酸氨基酸＞羧基数赖、组、精

酸性氨基酸氨基酸＜羧基数谷、天冬氨基酸的理化性质

氨基酸及其衍生物在医药中的应用1·氨基酸的营养价值及其与疾病治疗的关系

必需氨基酸—人和哺乳动物自身不能合成，需要由食物供应，称为必需氨基酸。

氨基酸输液

必需氨基酸：苏氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸

半必需氨酸：精氨酸、组氨酸是幼儿所必需的2·治疗消化道疾病的氨基酸及其衍生物

谷氨酸及其盐酸盐，谷氨酰胺，乙酰谷酰胺铝，甘氨酸及其铝盐，硫酸甘氨酸铁，维生素U及组氨酸盐酸盐等。

甘氨酸及其铝盐以及谷氨酸盐酸盐是通过调节胃液酸碱度实现治疗。谷氨酸盐酸盐可提供盐酸及促进胃酸分泌，甘氨酸及其铝盐可中和过多胃酸，保护黏膜，谷氨酸，谷氨酰胺，乙酰谷酰胺铝，维生素U及组氨酸盐酸盐是通过保护消化道黏膜或促进黏膜增生而达到防治胃及十二指肠溃疡的作用。3·治疗肝病的氨基酸及其衍生物

精氨酸盐酸盐、磷葡精氨酸、鸟天氨酸、谷氨酸钠、蛋氨酸、乙酰蛋氨酸、瓜氨酸、赖氨酸盐酸盐、及天冬氨酸等。

ASP用以降低血氨

异亮氨酸、亮氨酸等纠正血浆氨基酸平衡

Met、胱氨酸用于治疗脂肪肝

精氨酸对治疗高氨血症、肝机能障碍等疾病颇有效果

5·用于治疗脑及神经系统疾病的氨基酸及其衍生物

谷氨酸钙盐及镁盐、氢溴酸谷氨酸、色氨酸、5-羟色氨酸、左旋多巴等

L-谷氨酸的钙盐及镁盐用于治疗神经衰弱及其官能症、脑外伤，及其癫痫小发作。氨基酸类药物的生产方法一、制备方法

当前大多数氨基酸的生产方法主要是微生物发酵法，但也有的氨基酸仍然采用提取法。蛋白质水解提取法（酸水解、碱水解和酶水解法）微生物发酵法化学合成法酶合成法

氨基酸物理性质二、分离纯化方法

溶解度等电点沉淀性质带电离子生物制药工艺课程多肽类药物一、多肽概述多肽是由多个氨基酸通过肽键连接而形成的一类合物，通常由3～100个氨基酸分子组成，其连接方式与蛋白质相同，相对分子质量低于10000。多肽普遍存在于生物体内，迄今在生物体内发现的多肽已达数万种，其广泛参与和调节机体内各系统、器官、组织和细胞的功能活动，在生命活动中发挥重要作用。多肽药物主要来源于内源性多肽或其他外源性多肽。内源性多肽即人体固有的内生性多肽，如脑啡肽、肽胰脏多肽等。外源性多肽如蛇毒、唾液酸、蜂毒、蛙毒、蝎毒、水蛭素、竽螺毒素衍生物和苍蝇分泌的杀菌肽等。随着现代生物技术与多肽合成技术的发展，某些活性多肽可通过计算机进行分子设计与筛选、并经人工合成而得。二、多肽药物的来源三、多肽药物的品种

较早上市的多肽类药物主要是一些多肽类激素，如鲑鱼降钙素、生长抑素、人高血糖素、缩宫素等。随着新药研发的不断深入，多肽药物的开发已经发展到疾病防治的各个领域如：抗肿瘤多肽、抗病毒多肽、多肽疫苗、细胞因子模拟肽、抗菌活性肽、诊断用多肽、减肥用多肽等。

四、多肽药物的特点

1.多肽易于合成改造和优化组能很快确定其药用价值由于本身的特性，多肽从临床试验到FDA批准所需时间也比小分子药物时间短很多，大约平均为10年。而多肽通过临床试验的机率比小分子化合物要高两倍。多肽的特定优点使其在药物开发中表现出特定的优势和拥有临床应用价值。多肽药物在体内容易被快速降解，多肽制剂需要低温保存，但是，通过改造修饰或者与其他材料组成稳定的复合物，可提高稳定性。相对大分子蛋白或抗体类，多肽在常温下却更稳定，用量更少，单位活性也更高。2.多肽半衰期一般很短，不稳定3、与大分子蛋白相比，多肽化学合成技术成熟多肽容易与杂质或副产品分离，纯度高。而重组蛋白的质量、纯度和产量都难以保证。重组蛋白也不能引入非天然氨基酸，不能在末端酰胺化，同时生产周期长，成本高。多肽一般比蛋白抗体类药物成本低，但比很多小分子药物的合成成本高。长链多肽的合成成本会更高，但是随着科技进步，设备更新和工艺改善，小分子多肽的合成成本和商业成本已经大幅度下降，更加适合于临床应用和市场开拓。

4、多肽药物最大问题是不能口服主要是因为易被降解和难穿越肠黏膜。但是，有各种可替代的其他给药途经如皮下注射，鼻腔喷射。五、多肽药物的靶点

大多数多肽以细胞外分子为靶点

细胞外分子靶点主要是G蛋白偶联受体（Gprotein-coupledreceptor，GPCR）。GPCR家族是最大的受体家族，已经确定的家族成员大约有800～1000个。GPCR信号一般是通过细胞外的配体与这些GPCR相互作用，引起GPCR的构象变化，通过激活三联体G蛋白调控GPCR下游的各种信号路经。少于10%的是以细胞内（intracellular）分子为靶点六、多肽药物的制备方法

1、提取法有相当部分的多肽药物是从动植物体内提取的，例如从猪胰腺中提取的胰岛素。提取法获得的多肽纯度较低，且在生物体内多肽类物质含量甚微，提取过程中易引入动物致病菌或病毒，从而限制了其应用。所以，生物提取多肽技术已逐渐被化学合成法或基因重组技术所替代。2、基因重组技术自然界很多生物都能产生活性多肽，如哺乳动物的胰岛素。但从动植物体内提取活性多肽需要大量原料，成本昂贵，不够绿色环保。利用基因技术生产天然活性多肽解决了这一问题。重组技术是通过将多肽的基因序列构建到载体上，形成重组DNA表达载体，并在原核或真核细胞中进行多肽分子表达、提取、纯化。此方法适合制备大于50个氨基酸组成的目的多肽，且较易获得。随着基因工程生产多肽的技术趋于完善，加快了基因工程类多肽药物的研制及临床应用的步伐。3、化学合成法（1）多肽合成的保护剂多肽由氨基酸组成，不论是生物体产生的天然多肽还是人工合成的多肽，都有不同氨基酸按照一定的顺序以酰胺键连接而成。酰胺键则有一个氨基酸的氨基和另一个氨基酸的羧基脱去一分水形成。多肽的合成包括3个步骤：第1步，保护不参与反应的活性部分；第2步，活化羧基为活性中间体；第3步，对保护的基团进行脱保护。再经过高效液相色谱提纯所要合成的多肽。（2）多肽药物的液相合成多肽的液相合成主要在溶液中进行，有逐步合成和片段组合两种策略。这两种策略往往联合使用。先用逐步合成法合成一些短的多肽片段。再用片段组合的方法将上一步所得的多肽片段连接成目标多肽。采用液相合成法方便快速，纯度高，适用于目标多肽较短且需要大量合成的情况。（3）多肽药物的固相合成固相合成法是将氨基酸的N末端固定在不溶性树脂上，然后在此树脂上依次缩合氨基酸。固相法已成为多肽和蛋白质合成中的一个常用技术。尤其是在合成长链多肽或蛋白质时，固相合成法表现出了经典液相合成法无法比拟的优点。七、多肽药物的检测方法

反相高效液相色谱法高效液相色谱质谱联用高效分子排阻色谱法毛细管电泳八、多肽药物的给药系统1、口服给药系统

口服给药途径方便、简单、易于被患者所接受，但多肽类药物的口服给药存在以下限制：①胃肠道降解；②相对分子量大，胃肠粘膜的穿透性差；③形成多聚体；④肝脏的首过代谢作用。一般多肽药物的口服吸收率都小于2%，生物利用度极低，使得口服给药成为生物技术药物难度最大的给药途径。目前，蛋白多肽类药物口服制剂研究的重点主要集中在寻找促进吸收、提高生物利用度方面。常采用的促进吸收、提高生物利用度的方法如下：（1）提高吸收屏障的通透性：加入促进吸收剂。（2）降低吸收途径和吸收部位肽酶的活性：加入抑肽酶、杆菌酶等等。（3）分子结构修饰：防止降解。（4）延长作用时间：如采用生物粘附技术延长给药制剂在吸收部位的滞留。2、注射给药系统九、多肽药物的发展现状

多肽药物主要用于治疗癌症、代谢紊乱相关的重大疾病，这些疾病的药物拥有全球非常重要的市场。目前，总的来说，全球药物市场上有大约60～70种多肽药物，如索马杜林（somatuline）、copaxone、诺雷德（zoladex）、促肾上腺皮质激素（corticotropin）和杆菌肽（bacitracin）等等，有200～300种多肽药物在临床试验中，有500～600种正在临床前试验中，更多的多肽药物在实验室研究阶段。可以预见，未来会有越来越多的多肽药物获FDA批准进入药物市场。十、前景与展望

随着现代技术和设备的迅速发展使得多肽生产成本大幅度的下降，肽药物已进入黄金发展阶段。（1）多肽化学、重组蛋白生产、酶法合成、生物有机化学等多学科多领域可能有更多的交叉和融合，利用各自方面的优势来分工合作以解决上述诸多问题、提高效率和促进大规模化生产。（2）生物重组技术的成熟，将更适合于大批量生产，尤其是有利于长链多肽的生产