第十章氨基酸药物完整

1、,第十章 氨基酸药物,生产氨基酸的大国为日本和德国。 日本的味之素、协和发酵及德国的德固沙是世界氨基酸生产的三巨头。它们能生产高品质的氨基酸,可直接用于输液制剂的生产。 日本在美国、法国等建立了合资的氨基酸生产厂家,生产氨基酸和天冬甜精等衍生物。,第一节 氨基酸amino acid 的种类和物化性质,一 结构,二 命名和分类,1 命名 天然产氨基酸多用习惯名称，即按其来源或性质命名。例如门冬氨基酸最初是由天门冬的幼苗中发现的；甘氨酸是因为具有甜味而得名。,2 氨基酸的分类,根据氨基酸侧链结构，分为三类： 脂肪族氨基酸 芳香族氨基酸 杂环族氨基酸,脂肪族： （15种） 中性氨基酸：甘（Gly）、

2、丙（Ala）、缬（Val）、亮（Leu）、异亮（Ile） 含羟基或硫氨基酸：丝（Ser）、苏（Thr）、半胱（Cys）、甲硫（Met） 酸性氨基酸及其酰胺：天冬氨酸(Asp)、谷氨酸(Glu)、天冬酰胺(Asn)、谷氨酰胺(Gln) 碱性氨基酸：赖 (Lys)、精 (Arg) 芳香族：苯丙(Phe)、酪 (Tyr)、色(Trp) 杂环族：组(His)、脯(Pro),脂肪族氨基酸（15种）,（1）侧链是烃链-中性,后三种人体不能合成，是必需氨基酸,Gly是唯一不含手性碳原子的氨基酸,（2）侧链含有羟基,许多蛋白酶的活性中心含有Ser，它还在蛋白质与糖类及磷酸的结合中起重要作用。,（3）侧链含硫原

3、子,（4）酸性氨基酸及其酰胺,不带电荷，但极性很强，经常出现在蛋白质表面,在蛋白质中带负电荷，经常出现在蛋白质表面,（5）碱性氨基酸,胍基,碱性最强的氨基酸,芳香族氨基酸（3种）,吲哚基,都有紫外吸收，可通过测量蛋白质的紫外吸收来测定蛋白质含量,杂环氨基酸（2种）,咪唑环,亚氨基酸,His组氨酸是碱性氨基酸，碱性较弱，是否带电与环境有关。,氨基酸可按侧链极性分类： 非极性氨基酸：Ala, Val, Leu, Ile, Met, Phe, Trp, Pro共八种 极性不带电荷：Gly, Ser, Thr, Tyr, Asn, Gln, Cys共七种 带正电荷：Arg, Lys, His 带负电荷

4、：Asp, Glu,从营养学角度分类： 必需氨基酸（Essential amino acids） (8种)：人不能合成。 Met Trp Val Lys Ile Leu Phe Thr 甲硫 、色 、缬 、赖 、异亮 、亮 、苯丙 、苏 假 设 借 来 一 两 本 书 半必需氨基酸：人体合成精氨酸、组氨酸的能力不足于满足自身的需要，需要从食物中摄取一部分 非必需氨基酸（Nonessential amino acids） (10种):人自己可以合成，不需要有食物供给。,21硒半胱氨酸是一种氨基酸，存在于少数一些酶中，如谷胱甘肽过氧化酶、甲状腺素5-脱碘酶、硫氧蛋白还原酶、甲酸脱氢酶、甘氨酸还原酶

5、和一些氢化酶等。化学式：C3H7NO2Se,22吡咯赖氨酸在产甲烷菌的甲胺甲基转移酶中发现，是目前已知的第22种参与蛋白质生物合成的氨基酸,3、性质,物理通性：天然氨基酸纯品均为白色结晶性粉末，熔点及分解点均在200以上。在水中溶解度各不相同，在有机溶剂中溶解度一般较小。均为两性电解质，各有一定等电点。除甘氨酸外都有旋光性。 化学通性：解离、酰化、烷基化、脂化、酰氯化、酰胺化、脱羧、脱胺等反应。,4、医药应用,（一）氨基酸的营养价值及其与疾病治疗的关系；必须氨基酸、半必须氨基酸（精氨酸和组氨酸）、非必须氨基酸。 功能：对婴儿而言，氨基酸能够促进钙的吸收、加速骨骼的生长，有助婴儿的生长发育； （

6、二）治疗消化道疾病的氨基酸及其衍生物 这类氨基酸主要为谷氨酸及甘氨酸及其衍生物；,（三）治疗肝性脑病的氨基酸及其衍生物,组织中的氨基酸经过联合脱氨作用脱氨或经其它方式脱氨，这是组织中氨的主要来源。膳食中蛋白质过多时，这一部分氨的生成量也增多。 直接来源。,氨中毒,注射谷氨酸盐,喝水,氨中毒,（四）治疗脑及神经系统疾病的氨基酸及其衍生物；,.缬氨酸（VAL） 1、促使神经系统功能正常 2、如果缺乏时，会造成触觉敏感度特别提高，肌肉的共济运动失调 3、可作为肝昏迷的治疗药物,精氨酸强化精氨酸的胃肠营养支持中,发现精氨酸可增加机体内氮的潴留,调节控制蛋白质的更新,促进肌肉内蛋白质的合成,有助于改善机

7、体氮平衡,提高机体的免疫状态。在多种动物模型中观察到,给予精氨酸后可产生以提高T淋巴细胞间接反应为中介的免疫防御和免疫调节作用 。,（五）用于肿瘤治疗的氨基酸及其衍生物：,（六）其他氨基酸类药物的临床应用,.丝氨酸 （SER） 1、降低血液中的胆固醇浓度，防治高血压 2、是脑等组织中的丝氨酸磷脂的组成部分 3、结核细菌病有效果，可治疗肺病 色氨酸（TRY） 1、促进血红蛋白的合成 2、促进生长，增加食欲 3、甜味为砂糖的35倍，配制生产的低塘食物等对糖尿病、肥胖病人食用较好,氨基酸类药物的常用生产方法 蛋白水解提取法 直接发酵法 微生物发酵法 微生物转化法 化学合成法 酶合成法,第二节 氨基酸

8、类药物的生产方法,一.水解法 定义：以毛发、血粉、废蚕丝等蛋白质通过酶法，酸、碱等处理得到各种氨基酸的方法。 蛋白质水解方法： （1）酸水解法： （2）碱水解法： （3）酶水解法 特点： 原料来源丰富，投产比较容易。 由于生产出来的是多种氨基酸的混合物，需要后期分离纯化。 产量低，成本高。,二 .化学合成法：,即利用有机合成和化学工程结合的技术生产氨基酸的方法。 优点：氨基酸的品种不受限制，除制备天然氨基酸外，还可以制备各种特殊结构的非天然氨基酸。 缺点：合成得到的氨基酸都是DL型外消旋体，必须经过拆分，才能得到人体能够利用的L型氨基酸。,三、发酵法,发酵法是借助微生物具有合成自身所需氨基酸的

9、能力，通过对菌株进行诱变等处理，选育出种各营养缺陷型及氨基酸结构类似物抗性变异菌，以解除代谢调节中的反馈抑制与阻遏，达到过量合成某种氨基酸的目的。,三、微生物发酵法 直接发酵法： 以糖为碳源、以氨或尿素为氮源，通过微生物的发酵繁殖，直接生产氨基酸的方法。 微生物转化法： 利用菌体的酶系，加入前体物质合成特定氨基酸的方法。 基本过程：菌种的培养、接种发酵、产品提取、分离纯化 菌 种：细菌、酵母、基因工程菌（苏氨酸、色氨酸）。 产 品：谷氨酸、谷氨酰胺、丝、酪氨酸。 优 点：直接生产L-型氨基酸，原料丰富，成本低。 缺 点：产物浓度低，生产周期长，设备投资大，有副产物，单晶体氨基酸的分离比较复杂。

10、 ,第三节 赖氨酸的生产,缺乏赖氨酸的症状包括疲劳，虚弱，恶心，呕吐，头晕，没有食欲，发育迟缓，贫血等。可以在医疗专业人员建议下采取赖氨酸营养补品。赖氨酸每日的建议摄入量是儿童每磅体重10毫克，成年人每天在3000-9000毫克之间。,在动物蛋白质中含量较多。植物蛋白质中一般较少，难于满足人体生长发育的需要 因此L-赖氨酸成为目前食品（饲料）中最重要的添加剂，而且谷物中L-赖氨酸的含量已成为评价谷类作用的重要标准。,2006 年，进口赖氨酸的平均价格为13.30 元每kg； 2007 年，国内进口赖氨酸的均价约14.30 ，同比上涨了约6.7%；国产赖氨酸均价14.40 元，同比上涨约10%。

11、,二 性质,L-赖氨酸，无色晶体，熔点224.5（分解）。易溶于水，微溶于乙醇，不溶于乙醚。目前大规模制备赖氨酸是采用发酵法。 游离的L-赖氨酸极易潮解，因具有游离氨基而易发黄变质，并有刺激腥味，难于长期保存。 L-赖氨酸盐酸盐则比较稳定，不易潮解，便于保存。,三、合成,赖基酸依微生物的种类而异。细菌的赖氨酸生物合成途径需要经过二氨基庚二酸(DAP)合成赖氨酸,根据赖氨酸的生物合成途径由葡萄糖生成赖氨酸的化学反应式为： 赖氨酸对糖的理论转化率为： 赖氨酸产品一般以赖氨酸盐酸盐形式存在。因此，赖氨酸盐酸盐对糖的理论转化率为：,四 赖氨酸的发酵生产,赖氨酸发酵生产有两种类型，直接发酵法和两步发酵法

12、。 直接发酵法工艺：黄色短杆菌，谷氨酸棒状杆菌 两步发酵法：大肠杆菌氨基酸营养缺陷型菌株,（一）L-赖氨酸生产菌种及扩大培养,1生产菌种 2、种子培养：二级或三级 斜面种子培养这组成：牛肉膏1，蛋白陈1，NaCl05，葡萄糖05，琼脂2，PH70-72。在30保温24h。 一级种子培养基组成：葡萄糖20、 硫酸铵 04磷酸氢二钾0.1，玉米浆1一2，豆饼水解液1-2，MgS04004一oo 5，尿素01，pH70一72，接种量约为5一10。 培养条件：30一32振荡培养1516h，转速100一120rmin。 二级培养：见书中,（二）赖氨酸发酵工艺及控制要点,赖氨酸发酵过程分为两个阶段，发酵前

13、期(约0-12h)为菌体生长期和产酸期。 (1)温度 赖氨酸发酵，前期控制温度32，后期30。 (2)pH值控制 发酵最适PH值为65-70。控制范围在pH65-7 5整个发酵过程保持pH值平稳。,(3)种龄和接种量 (4)供氧 供氧不足，细菌呼吸受抑制，赖氨酸产量降低. (5)生物素 (6)硫酸铵 硫酸铵在无其他铵离子情况下，硫酸铵用量为4o一45 时，赖氨酸产量最高。,五 赖氨酸的酶法生产,酶法转化 1酶法转化的方法 将含有D氨基己内酰胺消旋酶的无色杆菌与含L-氨基己内酰胺水解酶的隐球酵母混合培养，使DL氨基己内酰胺DL-Amino-omega-caprolactam直接转化，全部生成L赖

14、氦酸。 利用D-氨基己内酰胺消旋酶，将D-氨基己内酰胺消旋化，生成L氨基己内酰胺，再利用L氨基己内酰胺水解酶将L-氨基己内酰胺水解，生成L-赖氨酸。,2酶法反应工艺,反应实例：10、100mL(780m mol)的DL氨基己内酰胺(用HCl调pH8 0)，加入01g隐球酵母的丙酮干燥菌体及0 1g无色杆菌的冷冻干燥菌体，置于300mL的三角瓶中，在往复式摇瓶机上进行振荡培养，温度保持40，反应时间为24h。上情液中测不出D-氨基己内酰胺。加人少量活性炭，搅拌并煮沸3min，冷却至室温，过滤后用盐酸调pH41，真空浓缩，60干燥，得到L赖氨酸盐酸盐，纯度为995。,酶法拆分,酶水解后生成的L-赖

15、氨酸不溶于有机溶剂，而N-乙酰-D-赖氨酸则能溶解。故加入有机溶剂，L赖氨酸即析出。常用的有机溶剂为乙醇、醋酸乙酯或磷酸三丁酯。母液中的乙酰D赖氨酸经真空浓缩至干，在用6molHCl水解即得D-赖氨酸盐酸盐。,六提取和精制,1发酵液,由以下四部分组成 (I) 氨基酸 (2)菌体 (3)培养基残留物 (4)色素,2 提取,从发酵液中提取赖氨酸通常有四种方法：沉淀法，利用赖氨酸生成难溶性盐沉淀分离，或使赖氨酸结晶析出，有机溶剂抽提法；离子交换树脂吸附法；电渗析法。 强酸型树脂和弱酸型树脂,3离子交换法提取赖氨酸,1）上柱吸附 2）洗脱 氨水、氨水+氯化铵、氢氧化钠 用茚三酮检验流出液，当有赖氨酸流出时可以收集。,4浓缩,1）浓缩与除氨 经过离子交换提取的赖氨酸洗脱液，体积较大，赖氨酸含量较低，约为60-80gL，还含有较多的氨约为10-15g/L，因此需要进行浓缩和除氨。 温度70以下，真空度008MPa左右,2）赖氨酸盐酸盆的结晶与分离,赖氨酸盐酸盐浓缩液放入搅拌罐中，搅拌结晶1620h，为使晶体不太细，结晶过程应控制温度，最好在5左右结晶完毕停止搅拌，用离心机分离，用少量水洗晶体表面附着的母液。母液经浓缩，结晶，再结晶，直至不能析出结晶时，将母液稀释，上离子交换柱吸附回收赖氦酸。所得的品体为粗晶体。,3）赖氨酸盐酸盐的重结晶与干燥,结晶析出的赖氨酸盐酸盐晶体