酶工程药物及中间体研发进展与应用前景
酶工程技术的研究及其在医药领域的应用

酶工程技术的研究及其在医药领域的应用一、本文概述随着生物技术的飞速发展,酶工程技术作为其中的重要组成部分,已经在医药领域展现出广阔的应用前景。
酶,作为生物体内的一类特殊蛋白质,具有高效、专一和温和的催化特性,因此被广泛用于医药、化工、食品等多个领域。
本文旨在探讨酶工程技术的最新研究进展,并重点分析其在医药领域的应用现状和发展趋势。
本文将对酶工程技术的基本原理和方法进行简要介绍,包括酶的来源、分离纯化、固定化以及酶反应器的设计等。
在此基础上,文章将重点论述酶工程技术在医药领域的多个应用方面,如药物合成、药物转化、药物分析和疾病诊断等。
通过具体案例和数据分析,展示酶工程技术在提高药物生产效率、降低药物成本、改善药物质量和提高疾病诊疗准确性等方面的积极作用。
本文还将对酶工程技术在医药领域面临的挑战和未来发展方向进行深入探讨。
随着生物技术的不断进步,酶工程技术的研究和应用将更加深入和广泛。
例如,新型酶的发现与改造、酶固定化技术的创新、酶反应器的优化以及酶工程技术在基因治疗和细胞治疗等新兴领域的应用等,都将成为未来研究的热点和方向。
酶工程技术在医药领域的应用已经取得了显著成果,并展现出广阔的发展前景。
本文将从多个角度全面分析酶工程技术在医药领域的应用现状和发展趋势,以期为相关领域的研究和实践提供有益的参考和借鉴。
二、酶工程技术的基础理论酶工程技术,作为一门应用生物技术的分支,其基础理论主要涵盖酶学基本原理、酶反应动力学、酶分子设计和改造以及酶固定化技术等方面。
酶学基本原理是酶工程技术的基石。
酶是生物体内具有催化功能的蛋白质,具有高度专一性和高效性。
酶通过降低反应的活化能来加速生物化学反应,使得原本难以进行的反应在温和条件下也能迅速进行。
了解酶的结构、催化机制以及影响因素,对于酶工程技术的应用至关重要。
酶反应动力学是研究酶催化反应速率与反应物浓度关系的科学。
通过对酶反应动力学的研究,可以了解酶催化反应的速度控制步骤、反应速率常数以及反应机制等,为酶工程技术的优化提供理论依据。
酶学研究的新进展与应用前景

酶学研究的新进展与应用前景酶学作为生物化学的重要分支学科,一直受到科学家们的广泛关注。
酶是生物体内各种化学反应的催化剂,具有高效、特异性和可控性等特点,因此在医药、工业、环保等领域都具有重要的应用价值。
近年来,随着分子生物学、基因工程和生物晶体学等技术的发展,酶学研究取得了一系列突破性进展,同时也给酶学的应用前景带来了新的机遇和挑战。
一、酶学研究的新进展1. 酶的结构与功能研究生物晶体学技术的进步,使得科学家们可以高分辨率地解析酶的三维结构,加深对酶催化机制的理解和探究。
同时,在结构和功能的相关性方面也得到了深入的研究。
例如,最近一项研究发现人体中一种名为Itaconase的酶,可以将吡咯烷酮转化为丙烯酸,该过程对细胞代谢有重要意义。
这项发现揭示了酶的结构与功能之间的紧密联系,也为发掘新的生物催化反应提供了新思路。
2. 酶的进化研究生物体内的酶在长期的进化过程中,逐渐形成了丰富的多样性。
研究不同物种酶的特性和分化路径,有助于揭示酶的进化机制和适应环境的方式。
近来的研究表明,酶家族和基因家族的扩张与收缩,主要受到复制机制、自然选择和基因重组等因素的影响。
同时,比较酶家族和基因家族的演化,可以增加对生物种群进化的认识。
3. 酶的催化机理研究酶对化学反应的催化机制一直是酶学研究的中心问题。
近年来,随着理论计算、光谱学和微观动力学等技术的发展,研究人员对酶的催化机理有了更深入的认识。
例如,最近的一项研究证实了酶催化反应中的亲核攻击能够通过核子挪移(即原子的转移)的方式实现。
这一发现提供了新的理论基础,可以推动酶学的更深入研究和应用。
二、酶学研究的应用前景1. 医药领域由于酶具有高效、特异和可控的特性,成为医药领域的重要催化剂。
例如,酶抑制剂可以抑制某些疾病的发生,如癌症、糖尿病、肝炎等。
另外,酶在药物合成、药代动力学、药物传输等方面也有着重要的作用。
例如,酶可用于合成特定的药物分子,同时可以加速药物分子的代谢和排泄,从而减少不良反应和毒性。
酶制剂的应用现状及发展趋势

1、生物制药:工业酶制剂在生物制药领域的应用主要包括抗生素、维生素、 氨基酸等药品的生产过程。利用工业酶制剂的催化作用,可以提高药品的生产效 率和产品质量。
2、化工:工业酶制剂在化工领域的应用主要包括有机合成、石化、精细化 工等。利用工业酶制剂的专一性和高效性,可以实现某些传统化工生产难以完成 的任务。
3、可持续发展
在可持续发展方面,酶制剂具有很好的应用前景。酶制剂的使用可以降低能 源消耗和环境污染,提高资源的利用率。未来,随着环保意识的不断提高,酶制 剂在环保、能源等领域的应用将得到更加广泛的和发展。
应用实践
1、生物医药领域
在生物医药领域,酶制剂的应用实践已经取得了显著的成果。例如,溶血栓 酶作为酶制剂的一种,可以有效治疗血栓性疾病。通过使用溶血栓酶,可以溶解 血栓并恢复血液流通,提高患者的生活质量。另外,酶制剂在抗生素、抗病毒药 物等方面的应用也在不断拓展。
4、安全性高:工业酶制剂在生产和使用过程中安全性较高,对人体和环境 危害较小。
随着环保意识的增强和生物技术的不断发展,工业酶制剂的市场需求量逐年 增加。预计未来几年,工业酶制剂市场规模将保持10%以上的增长速度。同时, 随着新产品和新应用的不断涌现,工业酶制剂的市场前景非常广阔。
五、工业酶制剂的研究现状
与传统的化工生产方式相比,工业酶制剂具有以下优势:
1、高催化效率:工业酶制剂具有极高的催化效率,能够大大缩短生产周期, 提高生产效率。
2、高度专一性:工业酶制剂具有极高的专一性,只对特定的底物进行催化 反应,有利于实现工业化生产。
3、环保友好:工业酶制剂属于生物催化剂,对环境友好,有利于降低生产 过程中的环境污染。
研究现状
1、工业领域
在工业领域,酶制剂主要应用于纺织、造纸、皮革、石化等行业。通过使用 酶制剂,可以提高生产效率和产品质量,降低能源消耗和环境污染。例如,在纺 织工业中,淀粉酶可以用于棉织物的退浆,减轻对环境的污染。
酶学的新研究进展和应用前景

酶学的新研究进展和应用前景随着技术的不断进步和深入研究,酶学在生命科学领域中变得越来越重要。
酶是生物大分子,具有催化活性,可以参与生物代谢、饮食摄入和排泄等重要过程。
酶学研究已成为理解生命规律的重要手段之一。
近期关于酶学的新研究进展以及其应用前景引起了人们的广泛关注。
一、新研究进展酶学的最新研究成果之一是对酶的结构和功能的深入理解,特别是对结构和功能之间的关联的研究。
酶的结构是与其功能高度相关的,在深入了解酶的结构后,可以设计出定向催化剂,从而提高其催化效率和特异性。
另一方面,越来越多的研究表明酶在物种演化、生命历程和疾病机制等领域的重要作用。
例如,起过程中许多酶参与了代谢的调节和失调,从而导致许多代谢性疾病的发生,如糖尿病和高血压等。
因此,酶学研究也有助于更好地理解疾病的发病机制,为疾病治疗提供新思路。
二、应用前景近年来,随着分子生物学发展的高速度,酶学的应用范围不断扩大,其应用前景日益广阔。
下面我们具体来了解一下酶学的应用前景。
1.生命科学领域酶学将成为基因工程和生物技术的基础,目的是利用酶催化技术来合成、变换和降解大分子生物体系,从而实现先进的生物工程技术。
酶还可以作为新的工业催化剂,如化纤产业、医药业等领域。
2.环保领域酶可以作为一种生物催化剂来替代传统排放过程中使用的化学催化剂,这种替代不仅显著减少了工艺中的化学废物,减轻了环境压力,还能够直接转化废水为生物肥料的方式,从而促进环保事业的可持续发展。
3.食品领域许多食品都是通过酶催化合成,如面包、奶酪、啤酒等。
酶学的研究和应用将有助于提高食品生产的效率和品质。
4.医疗领域酶在医疗领域的应用也日益受到关注。
在医疗设备中,酶的检测技术可以帮助医生确定疾病的发生和轻重,还可以作为一种新型的药物载体,从而帮助药物的吸收、代谢和排泄等方面具有更好的效果。
总的来说,酶学的新研究进展和应用前景,将会影响未来的生命科学和医疗领域。
这些研究成果和应用创新不仅进一步推动了生物科技领域的发展,也为人们提供了更好的生活条件,促进了经济社会的发展。
酶工程的应用及其发展趋势

酶工程的应用及其发展趋势
酶工程是利用生物技术方法对酶进行改造和优化,以满足工业生产的需求。
它在各个领域都有广泛的应用,包括医药、食品、化学等。
以下是几个酶工程的应用及其发展趋势:
1. 医药领域:酶被广泛应用于药物合成和制药过程中。
例如,通过酶工程可以改进药物合成的效率和产量,减少副产物的生成,提高纯度和质量。
此外,酶还可以用于制造生物药物,包括蛋白质药物、抗体药物等。
未来的发展趋势是开发更多的酶药物,并提高制药过程的效率和环保性。
2. 食品工业:酶在食品工业中有广泛的应用,包括面包、啤酒、酸奶等食品的制作过程中。
通过酶工程可以改善食品的质地、口感和保鲜性。
此外,酶还可以用于食品添加剂的开发,用于改善食品的营养价值和功能性。
未来的发展趋势是开发更多的专用酶用于食品加工,提高食品的品质和安全性。
3. 环境保护:酶工程在环境保护领域有重要的应用。
例如,酶可以用于处理工业废水和污染物,降解有机废弃物和重金属污染物。
此外,酶还可以用于制备生物柴油和生物降解塑料等可再生能源和环保材料。
未来的发展趋势是开发更多具有高效降解性和低成本的酶用于环境治理和再生资源的利用。
4. 新型酶的发现和优化:酶工程的发展趋势是发现和利用新型酶及其应用。
随着生物技术的不断发展,越来越多的新酶被发现和鉴定,可以应用于各种工业过
程。
此外,通过基因工程和代谢工程的方法,可以对酶进行定向进化和改造,提高其催化活性、稳定性和特异性。
未来的发展趋势是开发更多的新型酶和创新技术,提高工业生产的效率和可持续性。
酶工程技术在生物制药中的新进展

酶工程技术在生物制药中的新进展近年来,生物制药领域一直是医药行业的热点之一,随着科学技术的不断发展和进步,酶工程技术在生物制药中的应用也取得了令人瞩目的新进展。
酶工程作为一种革命性的技术手段,已经成为了生物制药行业中不可或缺的一部分。
本文将对酶工程技术在生物制药中的新进展进行探讨。
酶工程技术是指通过对酶进行研究和改造,使其具备更优异的性能和更广泛的适应性。
在生物制药领域中,酶工程技术被广泛应用于药物的生产、纯化和改良,为制药行业的发展带来了许多创新。
首先,酶工程技术在药物生产中的应用已经取得了重要的突破。
传统的药物生产方法通常需要大量的化学合成步骤,然而这些步骤往往复杂且成本高昂。
而酶工程技术的应用可以使药物的生产过程变得更加简单、高效。
例如,通过对酶的改造和优化,可以使其具备更高的催化活性和稳定性,从而降低药物生产的成本和时间,提高药物的质量和产量。
其次,酶工程技术在药物纯化中也发挥着重要的作用。
传统的药物纯化方法通常需要进行多次的分离和提纯步骤,而且往往存在过程复杂、损失大等问题。
而利用酶工程技术,可以设计和构建更具选择性和专一性的酶,从而实现对目标物的高效纯化。
例如,利用酶的亲和性和特异性结合能力,可以通过酶亲和层析技术实现药物的高效分离纯化,避免了传统分离方法中的多次处理和质量损失。
此外,酶工程技术在药物改良中也具有广阔的应用前景。
通过对酶的结构和功能进行深入研究,可以利用酶工程技术对药物进行分子修饰和改良,从而提高药物的药效、降低药物的副作用。
例如,通过对特定酶的改造和重组,可以使其具备新的催化能力,从而实现对特定药物的新合成途径和代谢途径的开发和利用。
这种方法可以加速药物研发过程,并为新药的开发提供了重要的手段。
最后,酶工程技术在生物制药中的新进展还包括对酶的分子调控和表达的研究。
通过对酶的基因组学和转录组学研究,可以深入理解酶的表达调控机制,从而实现对目标酶的高效表达和生产。
这种方法可以有效解决生产中的瓶颈问题,提高生物制药的产量和质量。
生物工程中的酶工程技术在药品合成中的应用

生物工程中的酶工程技术在药品合成中的应用酶工程技术是生物工程领域中的一项重要技术,广泛应用于药品合成领域。
通过运用酶工程技术,可以改变酶的特性以及底物范围,从而提高药品合成的效率和选择性。
本文将介绍酶工程技术在药品合成中的应用,并探讨其优势和挑战。
酶工程技术的应用领域之一是在药品合成过程中合成活性成分。
许多药物的生产过程涉及到复杂的化学反应,往往需要使用昂贵的试剂和催化剂。
然而,这些催化剂通常具有有害或不稳定的性质,容易产生副产品或对环境造成污染。
相比之下,酶作为生物催化剂可以在温和的条件下催化合成反应,具有高效、绿色、选择性好等优点。
通过酶工程技术,研究人员可以改变酶的催化活性和底物特异性,使其适应特定的药品合成反应。
另一个酶工程技术在药品合成中的应用是合成药物前体。
许多药物在体内需要经过生物转化才能发挥药理作用。
通过酶工程技术,可以设计和优化合成药物前体的酶催化转化过程,提高产物的纯度和产量。
例如,某些药物前体需要经过酶的选择性氧化或还原反应,而这些反应通常是难以通过传统合成方法实现的。
通过酶工程技术,研究人员可以挖掘和改造天然存在的酶,使其具有更高的转化效率和选择性,从而加速药物的合成过程。
此外,酶工程技术还可以用于药物合成中的催化剂回收。
在传统的化学合成过程中,常常需要大量的催化剂来促进反应,但这些催化剂往往不能循环使用,会增加废物排放和成本。
通过酶工程技术,可以将催化剂固定在载体上,并与底物分离,以便将酶与产物分离和回收。
这种酶固定的催化系统具有很高的稳定性和重复使用性,可以有效降低废物排放和药品生产成本。
酶工程技术在药品合成中的应用不仅提高了药物合成的效率和选择性,还减少了对环境的负面影响。
然而,酶工程技术还面临一些挑战。
首先,酶催化反应的速度通常较慢,反应时间较长,这对于大规模工业生产来说是一个问题。
其次,酶的稳定性和耐受性通常较低,容易受到高温、酸碱催化剂和底物的影响。
此外,酶的产量也是一个限制因素,需要通过基因工程技术来提高酶的表达和产量。
酶工程技术的发展与应用

酶工程技术的发展与应用酶是一种特殊的蛋白质分子,在生物体内有着重要的功能作用。
随着生物技术的发展,人类逐渐认识到了酶的作用和价值,并开始将其运用于各个领域,同时,酶工程技术也在逐步发展。
本文将介绍酶工程技术的发展历程和在不同领域的应用。
酶工程技术的发展历程酶工程技术可以追溯到20世纪70年代,当时人们发现,酶可以作为生物催化剂,具有催化反应、选择性高、反应底物广、产物纯、反应温度低等优势,可以替代化学催化剂,成为绿色催化剂。
80年代以后,随着基因工程技术的发展,酶提取、酶表达、酶改造等手段得到大力发展和应用。
通过基因工程技术,人们可以大量制备、改造和定向进化酶,同时,也可以将酶融入其他材料中,从而扩大了酶的应用领域。
随着计算机技术、生物信息学等相关领域的发展,酶的催化机理、结构、活性中心等方面的认识也逐渐加深。
通过模拟、计算等手段,人们可以更好地理解酶的作用和反应特性,从而更好地设计和改造酶,使其具有更高效、更可控的催化性能。
酶工程技术在不同领域的应用1.食品领域酶在食品加工中有着广泛的应用,如:酶解酵母制备面包、酵素制取糖浆、乳制品中的蛋白酶作用等等。
在这些应用中,酶可以提高食品的品质、口感和营养价值,同时也可以缩短生产时间、降低生产成本。
2.医药领域酶在医药领域的应用也非常广泛,如:利用酶制备生物药物、利用酶诊断疾病、药物代谢与药物相互作用等等。
在这些应用中,酶可以提高药物的效果、减少副作用和产生更加精准的医学诊断。
3.工业领域酶在工业领域的应用也越来越广泛,如:酶解纤维素制备生物燃料、酶解淀粉制备生物塑料、利用酶降解废物等等。
在这些应用中,酶可以提高生产效率、减少废物排放和降低环境污染。
总结随着生物技术的不断发展,酶工程技术在不同领域的应用也愈加广泛。
未来,酶工程技术将继续发展和创新,在实践中将会有更远大的应用前景和更广泛的发展空间,从而推动人类社会的可持续发展。
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酶工程药物及中间体研发进展与应用前景罗玉麟(甘肃联合大学化工学院09级应用化工技术3班730000)摘要:本文介绍了药用酶通过体内酶活力变化、用酶测定体液中某些物质的物质的量的变化,从而进行疾病诊断、治疗以及酶在药物制造方面的研发进展与应用前景。
及酶固定化、酶的化学修饰、酶的非水相催化、酶的定向进化和新型药用酶研究进展与应用前景。
关键字:酶工程,酶固定化,酶化学修饰引言:酶工程是现代生物技术的重要组成部分,作为一项高新型技术为各工业的发展起到重要的推动作用。
它包括酶制剂的制备,酶的固化,酶的修饰与改造及酶反应器等方面的内容。
固定化酶具有提高稳定性,可以反复使用或连续使用较长一段时间,易于与产物分离等显著特点;酶分子修饰技术已经成为酶工程中具有重要意义和广阔应用前景的研究、开发领域,通过酶分子修饰,可以提高酶活力,增加酶的稳定性,消除或降低酶的抗原性等;酶的非水相催化在手性药物的拆分,发光高分子聚合物、导电高分子聚合物的生产、生物柴油的研制等方面显示出良好的应用前景;通过酶的定向进化,可以显著提高酶活力、增加酶的稳定性、改变酶的底物特异性等。
酶工程是将酶、含酶细胞器或细胞(微生物、动物、植物)等在一定的反应装置中,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的物质并用于社会生活的一门科学。
它包括酶制剂的制备,酶的固化,酶的修饰与改造及酶反应器等方面的内容。
其应用主要集中于医药工业、食品工业及轻工业中。
1. 医药用酶的研发进展与应用前景1.1. 酶在疾病诊断方面的研发进展与应用前景人类疾病的治疗效果好坏与否,在很大程度上决定于诊断的准确性。
疾病诊断的方法很多,其中酶学诊断特别引人注目。
由于酶具有专一性强、催化效率高、作用条件温和等显著的催化特点,酶学诊断已经发展成为可靠、简便又快捷的诊断方法,具有广阔的应用前景。
酶学诊断方法包括两个方面,一是根据体内原有酶活力的变化来诊断某些疾病,二是利用酶来测定体内某些物质的含量,从而诊断某些疾病。
根据体内酶活力的变化诊断疾病一般健康人体内所含有的某些酶的量是恒定在某一范围的。
当人们患上某些疾病时,则由于组织、细胞受到损伤或者代谢异常而引起体内的某种或某些酶的活力发生相应的变化。
故此,可以根据体内某些酶的活力变化情况,而诊断出某些疾病。
用酶测定体液中某些物质的变化诊断疾病:见表1。
人体在出现某些疾病时,由于代谢异常或者某些组织器官受到损伤,就会引起体内某些物质的量或者存在部位发生变化。
通过测定体液中某些物质的变化,可以快速、准确地对疾病进行诊断。
酶具有专一性强、催化效率高等特点,可以利用酶来测定体液中某些物质的含量变化,从而诊断某些疾病。
见表2。
1.2. 酶在疾病治疗方面的研究与应用前景酶可以作为药物治疗多种疾病,用于治疗疾病的酶称为药用酶。
药用酶具有疗效显著,副作用小的特点,在疾病的治疗方面的应用越来越广泛。
见表3。
1.3. 酶在药物制造方面的研发进展与应用前景酶在药物制造方面的应用是利用酶的催化作用将前体物质转变为药物。
这方面的应用日益增多。
现已有不少药物包括一些贵重药物都是由酶法生产的。
见表4。
2. 药用酶改性技术研究进展与应用前景酶的改性是指通过各种方法对酶的催化特性进行改进的技术过程。
酶的改性技术主要包括:酶固定化、酶分子修饰、酶的非水相催化、酶的定向进化2.1 酶固定化将酶固定在载体上,制备固定化酶的技术过程,称为酶固定化。
固定在载体上,在一定的空间范围内进行催化反应的酶称为固定化酶。
固定化酶具有提高稳定性,可以反复使用或连续使用较长的一段时间,易于与产物分离等显著特点。
已经有多种固定化酶用于大规模工业化生产。
如:氨基酰化酶[1]:这是世界上第一种工业化生产的固定化酶,可以用于生产各种L-氨基酸药物。
1969年,日本田边制药公司将从米曲霉中提取分离得到的氨基酰化酶,用DEAE-葡聚糖凝胶为载体通过离子键结合法制成固定化酶,将L-乙酰氨基酸水解生成L-氨基酸,用来拆分DL-乙酰氨基酸,连续生产L-氨基酸。
剩余的D-乙酰氨基酸经过消旋化,生成DL-乙酰氨基酸,再进行拆分。
生产成本仅为用游离酶生产成本的60%左右。
青霉素酰化酶:这是在药物生产中广泛应用的一种固定化酶。
可用多种方法固定化。
1973年已用于工业化生产,用于制造各种半合成青霉素和头孢菌素。
用同一种固定化青霉素酰化酶,只要改变pH等条件,就既可以催化青霉素或头孢菌素水解生成6-氨基青霉烷酸(6-APA)或7-氨基头孢霉烷酸(7-ACA),也可以催化6-APA 或7-ACA与其他的羧酸衍生物进行反应,以合成新的具有不同侧链基团的青霉素或头孢霉素。
天门冬氨酸酶:1973年日本用聚丙烯酰胺凝胶为载体,将具有高活力天门冬氨酸酶的大肠杆菌菌体包埋制成固定化天门冬氨酸酶,用于工业化生产,将延胡索酸转化生产L-天门冬氨酸。
1978年以后,改用角叉菜胶为载体制备固定化酶,也可将天门冬氨酸酶从大肠杆菌细胞中提取分离出来,再用离子键结合法制成固定化酶,用于工业化生产。
天门冬氨酸-β-脱羧酶:将含天门冬氨酸-β-脱羧酶的假单胞菌菌体,用凝胶包埋法制成固定化天门冬氨酸-β-脱羧酶,于1982年用于工业化生产,催化L-天门冬氨酸脱去β-羧基,生产L-丙氨酸。
2.2. 酶分子修饰酶分子修饰是通过各种方法使酶分子的结构发生某些改变,从而改变酶的某些特性和功能的技术过程。
酶分子修饰技术已经成为酶工程中具有重要意义和广阔应用前景的研究、开发领域。
通过酶分子修饰,可以提高酶活力,增加酶的稳定性,消除或降低酶的抗原性等。
举例如下:α-淀粉酶分子中大多数含有钙离子,有些则含有镁离子或锌离子等其它离子,所以一般的α-淀粉酶是杂离子型的。
如果将其它杂离子都换成钙离子,则可以提高酶活力并显著增强酶的稳定性。
结晶的钙型α-淀粉酶的活力比一般结晶的杂离子型α-淀粉酶的活力提高3倍以上,而且稳定性大大增加。
每分子核糖核酸酶与6.5分子的右旋糖酐结合,可以使酶活力提高到原有酶活力的2.25倍;每分子胰凝乳蛋白酶与11分子右旋糖酐结合,酶活力达到原有酶活力的5.1倍等。
具有抗氧化、抗辐射、抗衰老的功效,但是其在血浆中的半衰期仅为6~30min, 经过大分子结合修饰,其稳定性显著提高,半衰期延长70~350倍。
具有抗癌作用的精氨酸酶经聚乙二醇结合修饰,生成聚乙二醇-精氨酸酶后其抗原性被消除;对白血病有显著疗效的L-天门冬酰胺酶经右旋糖酐或者聚乙二醇结合修饰后,都可以使抗原性显著降低甚至完全消除,其中经过聚乙二醇结合修饰的L-天门冬酰胺酶,1994年已经得到美国FDA批准,正式作为治疗急性淋巴性白血病的药物使用;笔者等人利用单甲氧基聚乙二醇修饰木瓜凝乳蛋白酶,可以使酶的抗原性显著降低。
2.3. 酶的非水相催化酶在非水介质(有机溶剂介质、气体介质、超临界流体介质、离子液介质等)中进行催化反应的技术过程称为酶的非水相催化。
酶在非水介质中的催化具有提高非极性底物或产物的溶解度、进行在水溶液中无法进行的合成反应、减少产物对酶的反馈抑制作用、提高手性化合物不对称反应的底物选择性、基团选择性、区域选择性、对映体选择性等显著特点[2]。
酶的非水相催化在手性药物的拆分,发光高分子聚合物、导电高分子聚合物的生产、生物柴油的研制等方面显示出良好的应用前景。
2.4. 酶在手性化合物拆分方面的研究、开发和应用越来越广泛。
如:环氧丙醇衍生物的拆分:2,3-环氧丙醇单一对映体的衍生物是一种多功能手性中间体。
它可以用于合成β-受体阻断剂、爱滋病毒(HIV)蛋白酶抑制剂、抗病毒药物等多种手性药物。
其消旋体可以在有机介质体系中用酶法进行拆分,获得单一对映体。
例如,用猪胰脂肪酶(PPL)等在有机介质体系中对2,3-环氧丙醇丁酸酯进行拆分,得到单一的对映体。
芳基丙酸衍生物的拆分[3]:2-芳基丙酸是手性化合物,其单一对映体衍生物是多种治疗关节炎、风湿病的消炎镇痛药物,如布洛芬、酮基布洛芬、萘普生等的活性成分。
用脂肪酶在有机介质体系中进行消旋体的拆分,可以得到S-构型的活性成分。
苯甘氨酸甲酯的拆分:苯甘氨酸的单一对映体及其衍生物是半合成β-内酰胺类抗生素,如氨苄青霉素、头孢氨苄、头孢拉定等的重要侧链。
脂肪酶在有机介质中通过不对称氨解反应,可以拆分得到单一对映体。
2.5. 酶的定向进化酶的定向进化技术是模拟自然进化过程(自然随机突变和自然选择等),在体外进行基因的人工随机突变,建立突变基因文库,通过人工控制条件的特殊环境,定向选择得到具有优良催化特性的酶的突变体的技术过程。
酶定向进化的特点:酶的定向进化不需要事先了解酶的结构、催化功能、作用机制等有关信息,应用面广;通过全基因组重排、基因家族重排、DNA重排、易错PGR 等技术,在体外人为地进行基因的随机突变,短时间内可以获得大量不同的突变基因,建立突变基因文库;在人工控制条件的特殊环境下进行定向选择,进化方向明确,目的性强。
通过酶的定向进化,可以显著提高酶活力、增加酶的稳定性、改变酶的底物特异性等。
例如,1993年,Chen KQ等人通过易错PCR技术进行定向进化,使枯草杆菌蛋白酶在60%的DMF中进行非水相催化的比活力提高157倍;1994年,Stemmer通过DNA重排技术进行定向进化,使β-内酰胺酶的活力提高32000倍;2000年,Wang等人用易错PCR技术进行定向进化,使天冬氨酸酶的米氏常数(Km)降低4.6倍,大大提高了酶与底物的亲和力,酶活力提高28倍,同时使热稳定性和pH稳定性显著提高;2004年,Aharoni,a等人用全基因组重排技术进行定向进化,使大肠杆菌磷酸酶对有机磷酸酯的活力提高40倍,同时使该酶对有机磷酸酯的特异性提高2000倍。
3. 新型药用酶研究进展与应用前景3.1. 核酸类酶核酸类酶是一类具有生物催化功能的核糖核酸(RNA)分子[4]。
它可以催化本身RNA的剪切或剪接作用,还可以催化其它RNA、DNA、多糖、酯类等分子进行反应。
核酸类酶具有抑制人体细胞某些不良基因和某些病毒基因的复制和表达等功能。
表达的功能。
据报道,一种发夹型核酸类酶,可使爱滋病毒(HIV)在受感染细胞中的复制率降低90%,在牛血清病毒(BLV)感染的蝙蝠肺细胞中也观察到核酸类酶抑制病毒复制的结果。
这些结果表明,适宜的核酸类酶或人工改造的核酸类酶可以阻断某些不良基因的表达,从而用于基因治疗或进行艾滋病等病毒性疾病的治疗。
3.2. 端粒酶端粒酶是催化端粒合成和延长的酶。
端粒酶是一种核糖核蛋白,包含蛋白质和RNA两种基本成分[5]。
其RNA组分中含有构建端粒重复序列的核苷酸模板序列。
在合成端粒的过程中,端粒酶以其本身的RNA组分作为模板把端粒重复序列加到染色体DNA的末端,使端粒延长。