酶工程制药常用技术

酶工程制药常用技术

姓名：张应强学号：101454126 专业：生物工程

摘要：酶工程制药的应用表现在两个方面：其一为治疗用的药用酶类；其二为近年来发展较快、应用面较广的领域，即酶作为生物催化剂在传统化学合成制药中的应用，这些应用主要集中在降血压药物和降血脂药物或其中间体、半合成抗生家、转化团体、合成氨基酸等。

关键词：酶工程；制药；实用技术

1.酶工程概述

酶是由生物体活细胞产生的具有催化特定化学反应的蛋白质、RNA或其复合体。是生物催化剂，能通过降低反应的活化能加快反应速度，但不改变反应的平衡点。绝大多数酶的化学本质是蛋白质。具有催化效率高、专一性强、作用条件温和等特点。酶作为一种生物催化剂，已广泛地应用于轻工业的各个生产领域。近几十年来，随着酶工程不断的技术性突破，在工业、农业、医药卫生、能源开发及环境工程等方面的应用越来越广泛。

酶工程就是将酶或者微生物细胞，动植物细胞，细胞器等在一定的生物反应装置中，利用酶所具有的生物催化功能，借助工程手段将相应的原料转化成有用物质并应用于社会生活的一门科学技术。它包括酶制剂的制备，酶的固定化，酶的修饰与改造及酶反应器等方面内容。酶工程的应用，主要集中于食品工业，轻工业以及医药工业中。

2.酶工程制药的基本技术

现代酶工程制药的基本技术主要包括酶和细胞的固定化、酶的化学修饰、酶法的手性药物合成技术等。

2.1酶和细胞的固定化技术

酶本身还是溶于水的，只是是用物理的或化学的方法使酶与水不溶性大分子载体结合或把酶包埋在其中，使得酶在水中溶性凝胶或半透膜的微囊体从而导致流动性降低。酶固定化后一般稳定性增加，易从反应系统中分离，且易于控制，能反复多次使用。便于运输和贮存，有利于自动化生产，但是活性降低，使用范围减小，技术还有发展空间。固定化酶是近十余年发展起来的酶应用技术，在工

业生产、化学分析和医药等方面有诱人的应用前景。酶和细胞的固定化方法有：吸附、共价结合、包埋、选择性热变性、光照、辐射和定点固定化技术等，在制药工业中，包埋法应用较多，其次为吸附法。

固定化细胞包括微生物细胞（包括基因工程菌）、动物和植物细胞。植物细胞固定化一般采用包埋法，在中药有效成分的应用上具有广阔的前景，至今研究成功的固定化植物细胞有固定化南洋金花、烟草、胡萝卜等10多种。动物细胞有固定化主要用吸附法和包埋法，目前动物细胞微囊化固定法使其研究的热点，动物细胞有固定化技术现已成功应用于药物药物筛选模型、单克隆抗体、白细胞介素、干扰素等药物的生产过程。利用固定化酶或细胞构建固定化的基因工程菌或基因工程细胞生产大批量的蛋白质类药物是酶工程制药的发展方向。

2.2酶的化学修饰技术

酶的化学修饰是利用化学手段将某些化学物质或基因结合到酶分子上，或将酶分子的某些部分删除或置换，从而改变酶的理化性质、进而达到改变酶的催化性质的目的。酶的化学修饰常用的修饰剂主要有乙酸酐、磷氧酰氯、环氧丙烷、氮芥、重氮盐类、羟胺等。修饰酶的功能集团有氨基、羟基、咪唑基等可解离集团。酶修饰的方法主要有：①双功能试剂交联的方法，利用某些双功能试剂分子两端的功能集团可使酶分子内部分子间肽链的两个游离氨基分别发生交联，即双功能试剂交联的方法；②高分子结合法，酶于高分子化合物结合后，可增加酶的稳定性和活力，及高分子结合法，如抗白血病药物天冬酰胺经游离氮酰化反应修饰后，起高了在血浆中的稳定性。

2.3酶法的手性药物合成技术

手性药物是指分子结构中存在手性因素的药物。然而，通常所说的药物是指由具有药理活性的手性化合物组成的药物，其中只含有有效对应体或者以有效对应体为主。由于手性化合物的两种对应异构体通常具有不同的生物活性，因此制备对映体纯的手性化合物在生命科学、药物化学、精细化学、材料化学等领域均具有重要意义。

酶法的手性药物合成技术主要包括酶催化不对称合成及外消旋体的不对称

拆分技术。手性药物的酶合成所用的酶主要有蛋白水解酶、脂肪水解酶、氧化还原酶、纤维素酶、糖苷酶、淀粉酶等。主要的酶法手性药物合成反应的类型有水

解、酰化、氧化、酯交换、氨解、环氧化、羟化、还原、磺化反应等。酶法的手性药物合成技术已成功应用于氨基酸、非甾体抗炎药、5-羟色胺颉砊物、ß-阻断剂和摄取抑制剂、阿巴卡韦等手性药物的大规模生产中。由于酶法的酶法的手性药物合成技术具有反应条件温和、催化效率高和专一性强等优点，利用生物催化或生物转化等方法来生产手性药物已成为当今生物技术的发展方向。

3.药用酶的来源

酶作为生物催化剂普遍存在于动植物和微生物之中，可直接从生物体中分离获得。虽然也可以通过化学合成法合成，但由于各种因素的限制，目前药用酶的生产主要是直接从动植物中提取、纯化和利用微生物发酵生产。早期酶的生产多以动植物为原料，经提取纯化而得，接至至今有些酶仍然还用此法生产，如从猪顿严腺中提取激肪释放两、从菠萝中提取菠萝蛋白酶等。但随着酶制剂应用范围的日益扩大，单纯依赖动植物来源的酶，巳不能满足要求。而几动植物原料的生长周期长、来源有限，又受地理、气候和季节等因素的影响，不宜十大规模生产。近十多年来，动植物细胞培养技术取得了很大的进步，但因周期长、成本高等问题，实际应用还有一定困难，所以目前工业大规模生产一般都以微小物为主要来源。

4. 药用酶的生化制备法

4.1原料选择应注意的问题

选取符合要求的动植材料一生物材料的须处理一提取数量和种类上不同材料却有很大的差别，组织中酶的总量虽然不少、仅各种酶的含量却非常少，从已有的资料看，个别酶的含量在0.0001％一1％。因此在提取酶时应根据各种酶的分布特点和存在特性选择适宜的生物材料。

4.2生物材料的预处理

生物材料中酶多存在于组织或细胞中，因此提取前需将组织或细胞破碎，以便酶从其中释放出来，利于提取。由于酶活性与其空间构象有关，所以预处理时一般应避免剧烈条件；但如是结合酶，则必须进行剧烈处理，以利于酶的释放。生物材料的预处理方法有以下几种。

4.2.1 机械处理用绞肉机将事先切成小块的组织绞碎。当绞成组织糜后，许多面都能从颗粒较粗的组织糜中提取出来，但组织糜颗粒不能太粗，这就要选择