《氨基酸类药物》PPT课件.ppt

第四章 氨基酸类药物,Contents,1 氨基酸的结构,氨基酸（amino acid）蛋白质的基本结构单元,*,甘氨酸,*,20种编码氨基酸,2 氨基酸的分类 根据氨基酸的带电状况分为酸性、中性及碱性氨基酸三类。依R基团分：脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸及杂环氨基酸三类 其中组氨酸、色氨酸、脯氨酸及羟脯氨酸为杂环氨基酸，酪氨酸及苯丙氨酸为芳香族氨基酸，其余均为脂肪族氨基酸。,3 氨基酸的性质3.1 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。氨基酸能使水的介电常数增高，而一般的有机化合物乙醇、丙酮等却使水的介电常数降低。,化学通性：氨基酸的氨基具有伯胺氨基的一切性质（如与亚硝酸反应、酰化、烃基化、形成席夫碱、脱氨）羧基具有羧酸羧基的性质（如成盐成碱、成酰氯、脱羧、叠氮化）氨基酸还有一部分是两者共同参加的反应（茚三酮反应、成肽反应）,3.2 化学性质,特殊基团反应：酪氨酸的酚羟基可产生米伦反应与福林-达尼斯反应；精氨酸的胍基产生坂口反应；色氨酸的吲哚基与芳醛产生红色反应；组氨酸的咪唑基产生Pauly反应；苯丙氨酸硝化后于碱性条件下产生桔黄色反应；,胱氨酸及半胱氨酸经酸或碱破坏后可与醋酸铅产生铅黑反应；半胱氨酸在碱性条件下与亚硝基铁氰化钠反应生成紫红色化合物。色氨酸、苯丙氨酸及酪氨酸均有特征紫外吸收光谱，色氨酸最大吸收波长为279nm，苯丙氨酸为259nm，酪氨酸为278nm。但构成天然蛋白质的20种氨基酸在可见光区均无吸收。,3.2.1 氨基酸的酸碱两性和等电点,3.2.2-氨基参加的反应,（1）与亚硝酸反应（脯氨酸除外）,用途：用于氨基酸定量和蛋白质水解程度的测定,（2）与酰化试剂反应,用途：用于多肽和蛋白质的人工合成中氨基的保护试剂，保护氨基以及肽链的氨基端测定等。,（3）烃基化反应（亲核取代反应）,用途：鉴定多肽N-端氨基酸的重要方法,（4）形成席夫碱反应,用途：测定氨基酸的浓度,（5）脱氨基反应,用途：氨基酸脱氢酶和转氨酶催化的反应,+,-酮戊二酸,谷氨酸,3.2.3-羧基参加的反应,（1）成盐和成酯反应,用途：当氨基酸的羧基变成甲酯、乙酯或钠盐后，羧基的化学反应性能即被掩蔽或者说羧基被保护，而氨基的化学反应性能得到加强或氨基被活化。,干燥、回流、HCl,（2）成酰氯反应,用途：氨基首先保护，是氨基酸羧基活化的一个重要反应，使它容易与另一个氨基酸的氨基结合，多肽合成中常用。,（3）脱羧基反应,用途：脱羧酶催化的反应。,（4）叠氮反应,用途：氨基酸的氨基通过酰化加以保护，羧基经酯化转变为甲酯，然后与肼和亚硝酸反应即变成叠氮化物。此反应使氨基酸的羧基活化。氨基酸叠氮化合物常用于肽的人工合成。,+,+,+,+,RCHO,罗曼紫（蓝紫色）,茚三酮,3.2.4-氨基和-羧基共同参加的反应,用途：常用于氨基酸的定性或定量分析。,（1）茚三酮反应,（2）成肽反应,用途：是多肽和蛋白质生物合成的基本反应。,3.2.5 因R不同而引起的特殊反应,巯基（-SH）的性质,1,作用：这些反应可用于巯基的保护。,作用：与金属离子的螯合性质可用于体内解毒。,作用：氧化还原反应可使蛋白质分子中二硫键形成或端裂,胱氨酸,作用：可用于比色法定量测定半胱氨酸的含量。,硝基苯甲酸二硫化合物(DTNB),4 氨基酸及其衍生物在医药中的应用精氨酸：对治疗高氨血症、肝机能障碍等疾病颇有效果；天冬氨酸：钾镁盐可用于恢复疲劳；治疗低钾症心脏病、肝病、糖尿病等。半胱氨酸：能促进毛发的生长，可用于治疗秃发症；甲酯盐酸盐可用于治疗支气管炎等；组氨酸：可扩张血管，降低血压，用于心绞痛，心功能不全等疾病的治疗。,许多氨基酸尚有其特定的药理效应（）氨基酸的营养价值及其与疾病治疗的关系,临床上常通过直接输入氨基酸制剂改善患者营养状况，增加治疗机会，促进康复。氨基酸（精氨酸及组氨酸）合成速度较低，通常难以满足需求，需由外界补充一部分。,（二）治疗消化道疾病的氨基酸及其衍生物主要有谷氨酸及甘氨酸及其衍生物,（三）治疗肝病的氨基酸及其衍生物 主要有精氨酸盐酸盐、磷葡氨基酸、谷氨酸钠、蛋氨酸、瓜氨酸、赖氨酸盐酸盐等；（四）治疗脑及神经系统疾病的氨基酸及其衍生物（五）用于肿瘤治疗的氨基酸及其衍生物（六）其它氨基酸类药物的临床应用,5 氨基酸类药物的生产方法 目前构成天然蛋白质的20种氨基酸的生产方法有天然蛋白质水解法、发酵法、酶转化法及化学合成法等四种。氨基酸及其衍生物类药物已有百种之多，但主要是以20种氨基酸为原料经酯化、酰化、取代及成盐等化学方法或酶转化法生产。,水解法 以毛发、血粉及废蚕丝等蛋白质为原料，通过酸、碱或酶水解成多种氨基酸混合物，经分离纯化获得各种药用氨基酸的方法称为水解法。目前用水解法生产的氨基酸有L-胱氨酸、L-精氨酸、L-亮氨酸、L-异亮氨酸、L-组氨酸、L-脯氨酸及L-丝氨酸等。水解法生产氨基酸的主要过程为水解、分离和结晶精制三个步骤。,蛋白质水解方法 蛋白质水解分为酸水解法、碱水解法及酶水解法三种。（1）酸水解法 蛋白质原料用610molL盐酸或8molL硫酸于110120（回流煮沸）水解1224h，除酸后即得多种氨基酸混合物。优点：水解迅速而彻底，产物全部为L-型氨基酸，无消旋作用。缺点：色氨酸全部被破坏，丝氨酸及酪氨酸部分被破坏，且产生大量废酸污染环境。,（2）碱水解法 蛋白质原料经6molL氢氧化钠或4molL氢氧化钡于100水解6h即得多种氨基酸混合物。优点：水解迅速而彻底，且色氨酸不被破坏。缺点：含羟基或巯基的氨基酸全部被破坏，且产生消旋作用。工业上多不采用。,（3）酶水解法 蛋白质原料在一定pH和温度条件下经蛋白水解酶作用分解成氨基酸和小肽的过程称为酶水解法。优点：反应条件温和，无需特殊设备，氨基酸不破坏，无消旋作用。缺点：水解不彻底，产物中除氨基酸外，尚含较多肽类。工业上很少用该法生产氨基酸而主要用于生产水解蛋白及蛋白胨。,氨基酸分离方法 氨基酸分离方法较多，通常有溶解度法、等电点沉淀法、特殊试剂沉淀法、吸附法及离子交换法等。（1）溶解度法 是依据不同氨基酸在水中或其它溶剂中的溶解度差异而进行分离的方法。胱氨酸和酪氨酸均难溶于水，但在热水中酪氨酸溶解度较大，而胱氨酸溶解度变化不大，故可将混合物中胱氨酸、酪氨酸及其它氨基酸彼此分开。,（2）特殊试剂沉淀法 系采用某些有机或无机试剂与相应氨基酸形成不溶性衍生物的分离方法。如邻二甲苯-4-磺酸能与亮氨酸形成不溶性盐沉淀，后者与氨水反应又可获得游离亮氨酸；组氨酸可与HgC12形成不溶性汞盐沉淀，后者经处理后又可获得游离组氨酸；精氨酸可与苯甲醛生成水不溶性苯亚甲基精氨酸沉淀，后者用盐酸除去苯甲醛即可得精氨酸。,（3）吸附法 是利用吸附剂对不同氨基酸吸附力的差异进行分离的方法。如颗粒活性炭对苯丙氨酸、酪氨酸及色氨酸的吸附力大于对其它非芳香族氨基酸的吸附力，故可从氨基酸混合液中将上述氨基酸分离出来。,（4）离子交换法 是利用离子交换剂对不同氨基酸吸附能力的差异进行分离的方法。氨基酸为两性电解质，在特定条件下，不同氨基酸的带电性质及解离状态不同，故同一种离子交换剂对不同氨基酸的吸附力不同。,（5）等电点沉淀法 是利用不同氨基酸有不同等电点，在等电点时，氨基酸分子的净电荷为零，氨基酸溶解度最小，氨基酸分子彼此吸引成大分子沉淀下来。,氨基酸的精制方法 分离出的特定氨基酸中常含有少量其它杂质，需进行精制，常用的有结晶和重结晶技术，也可采用溶解度法或结晶与溶解度法相结合的技术。丙氨酸在稀乙醇或甲醇中溶解度较小，且pI为6.0，故丙氨酸可在pH6.0时，用50冷乙醇结晶或重结晶加以精制。,在沸水中苯丙氨酸溶解度大于酪氨酸100倍，若将含少量酪氨酸的苯丙氨酸粗品溶于15倍体积（w/v）的热水中，调pH4.0左右，经脱色过滤可除去大部分酪氨酸；滤液浓缩至原体积的1/3，加2倍体积（v/v）的95乙醇，4放置，滤取结晶，用95%乙醇洗涤，烘干即得苯丙氨酸精品。,L-胱氨酸存在于所有蛋白质分子中，尤以毛、发及蹄甲等角蛋白中含量最多。其分子由两分子半胱氨酸脱氢氧化而成，结构为：,水解法制备L-胱氨酸,工艺路线,作用与用途 L-胱氨酸具有增强造血机能、升高白细胞、促进皮肤损伤的修复及抗辐射作用。临床上用于治疗辐射损伤、重金属中毒、慢性肝炎、牛皮癣及病后或产后继发性脱发。,生物化学中称酵母无氧呼吸过程为发酵。工业上，发酵实质上是利用微生物细胞中酶的作用，将培养基中有机物转化为细胞或其它有机物的过程。,发酵法,初生氨基酸：微生物通过固氮作用、硝酸还原及自外界吸收氨使酮酸氨基化成相应的氨基酸，或微生物通过转氨酶作用，将一种氨基酸的氨基转移到另一种酮酸上，生成的新氨基酸也称为初生氨基酸。次生氨基酸：在微生物作用下，以初生氨基酸为前体转化成的其它氨基酸。大多数氨基酸均可通过以初生氨基酸为原料的微生物转化作用而产生。,2、发酵法的基本过程 发酵法生产氨基酸的基本过程包括培养基配制与灭菌处理，菌种诱变与选育，菌种培养，灭菌及接种发酵，产品提取及分离纯化等步骤。现代生物工程采用细胞融合技术及基因重组技术改造微生物细胞，已获得多种高产氨基酸杂种菌株及基因工程菌。如用北京棒状杆菌和钝齿棒状杆菌原生质体融合形成的杂种，其中70杂种细胞产生两亲菌株所产生的氨基酸。,氨基酸发酵方式主要是液体通风深层培养法，其过程是由菌种试管培养逐级放大直至数吨至数百吨发酵罐。发酵结束，除去菌体，清液用于提取、分离纯化和精制有关氨基酸，其分离纯化、精制方法及过程与水解法相同。,发酵法生产的氨基酸品种及工艺 微生物利用碳源、氮源及盐类几乎可合成所有氨基酸。目前绝大部分氨基酸皆可通过发酵法生产，其缺点是产物浓度低，设备投资大，工艺管理要求严格，生产周期长，成本高。,L-赖氨酸（L-Lysine，L-Lys）的制备 L-Lys自乙醇水溶液中得针状结晶，其盐酸盐为单斜晶系白色粉末，无臭、味苦，熔点263264，易溶于水，几乎不溶于乙醇和乙醚，PI为10.56。结构为：,工艺路线,作用与用途 L-Lys为必需氨基酸，是复方氨基酸输液的重要成份之一，近来有关研究发现赖氨酸对人的脑部神经中枢细胞有很好的修复作用，还可以治疗癫痫病、老年性痴呆、脑出血等。,酶转化法 酶转化法亦称为酶工程技术，实际上是在特定酶的作用下使某些化合物转化成相应氨基酸的技术。酶工程技术工艺简单，产物浓度高，转化率及生产效率较高，副产物少。固定化酶或细胞可进行连续操作，节省能源和劳务，并可长期反复使用。,酶转化法生产的氨基酸品种及工艺 目前医药工业中，用酶工程法生产的氨基酸已有十多种。DL-蛋氨酸、DL-缬氨酸、DL-苯丙氨酸、DL-色氨酸、DL-丙氨酸及DL-苏氨酸等分别经氨基酰化酶拆分获得了相应的L-氨基酸，并已投入了工业化生产。,L-Asp和L-Ala的酶转化反应,工艺路线,L-天冬氨酸及L-丙氨酸的制备,作用与用途 L-Asp有助于鸟氨酸循环，促进氨和CO2生成尿素，降低血中氨和CO2，增强肝功能，消除疲劳，用于治疗慢性肝炎、肝硬化及高血氨症。同时L-Asp和L-Ala都是复合氨基酸输液的原料。,酶拆分法制备L-苯丙氨酸（1）L-苯丙氨酸（L-phenylalanine，L-phe）存在于所有蛋白质中，为人体必需氨基酸之一，其分子式为C9H11NO2，分子量为165.19，结构为：,工艺路线,作用与用途 L-苯丙氨酸为复合氨基注射液的重要原料之一，也是合成苯丙氨酸氮芥及对氟苯丙氨酸等抗癌药的原料。,化学合成法（一）基本原理与过程 以-卤代羧酸、醛类、甘氨酸衍生物、异氰酸盐、乙酰氨基丙二酸二乙酯、卤代烃、-酮酸及某些氨基酸为原料，经氨解、水解、缩合、取代及氢化还原等化学反应合成-氨基酸的方法称为化学合成法。,一般合成法和不对称合成法两大类。一般合成法包括卤代酸水解法、氰胺水解法、乙酰氨基丙二酸二乙酯法、异氰酸酯（盐）合成法及醛缩合法等，产物皆为DL-型氨基酸混合物。不对称合成法包括直接合成、-酮酸反应及不对称催化加氢等方法。产物为L-型氨基酸。,（二）化学合成法生产的氨基酸品种及工艺 理论上所有氨基酸皆可由化学合成法制造，但在目前，只有当采用其它方法生产很不经济时才采用化学合成法生产，如甘氨酸、苏氨酸、DL-蛋氨酸及DL-丙氨酸等。现仅介绍L-苏氨酸的化学合成及其分离纯化工艺。,L-苏氨酸（L-Threonine，L-Thr）的制备 L-Thr纯品为白色结晶或结晶性粉末，无臭，微甜，等电点为6.16，熔点为255257，溶于水，不溶于乙醇、乙醚及氯仿。在碱液中不稳定，受热易分解为甘氨酸和乙醛。L-Thr分子中有两个不对称碳原子，故有LDThr和LD别苏氨酸四种异构体，唯L-Thr具有生理活性。,合成路线,工艺路线,Thank You!,