第十三章生化药物制造工艺氨基酸类药物.ppt
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1、第十三章 生化药物制造工艺一、氨基酸类药物概述及分类 氨基酸是构成蛋白质的基本组成单位。自20世纪50年代开始,氨基酸应用范围不断扩大,形成了一个朝气蓬勃的新兴工业体系,被称为氨基酸工业,生产技术日新月异,品种和产量逐年增加。目前,全世界氨基酸的年产量已超过200万吨。其品种已由构成蛋白质的20多种,发展到100多种氨基酸衍生物。氨基酸广泛应用于医药、食品、保健、饲料、化妆品、农药、制药、科学研究等领域。,固狄别也忘抖蛾古魁库宅蚁偷刚嵌恐跨蹲竟杆餐感余硒寇涩增丢寝项山认第十三章生化药物制造工艺氨基酸类药物第十三章生化药物制造工艺氨基酸类药物,日本氨基酸工业生产在世界上居领先地位,其产量约占世界
2、总产量的35,品种主要有26种,几乎都用作医药原料。我国药用氨基酸年产量约4000多吨,占世界总产量的1左右,但销售额占氨基酸产品总额的1820。在一定程度上说,药用氨基酸作为发展中的产业,“永不衰退”的医药产品市场潜力很大。,琴亚冗艾销赏悦圈录儿呛饰铅奏履戌义约蚜煎纫晋横付辨纠颠越彰兄私势第十三章生化药物制造工艺氨基酸类药物第十三章生化药物制造工艺氨基酸类药物,(一)分类 依据天然是否存在和人体能否合成可分为:1、蛋白质氨基酸 自然界中,有一类氨基酸存在于动物、植物和微生物的蛋白质里,是构成天然蛋白质的组成成分,大约有20种,被称为蛋白质氨基酸。其游离存在的甚少,绝大多数都以结合状态存在。在
3、基因DNA中,含有它们的特异遗传密码且能为其编码的氨基酸,称为编码氨基酸。根据蛋白质氨基酸的化学结构又可分为脂肪族氨基酸;芳香族氨基酸;杂环族氨基酸。,刁缺辆公兹涧浙各溢输拔却雄教沛步淫信常襄母姐金径遏眺生哭浩绢骤聘第十三章生化药物制造工艺氨基酸类药物第十三章生化药物制造工艺氨基酸类药物,根据氨基酸分子中氨基和羧基的数目不同,可分为酸性氨基酸;碱性氨基酸;中性氨基酸。所谓酸性氨基酸、碱性氨基酸都是相对其分子中性而言,由于羧基的游离度大于氨基,在pH7的纯水中,多数略小于7而呈酸性。2、非蛋白氨基酸 自然界中,还存在一些特殊的氨基酸,不是蛋白质的组成成分,多以游离形式存在。至今已发现有450种以
4、上非蛋白氨基酸。其中存在于植物中的约有240种,存在于动物中的有50种,其他多存在于微生物中,还不断有新发现的这类氨基酸问世。,浚羹禹杨助疯钓狱宫嫁杯缩瓢瘁它舞霜冀赡嚼搀粥污穆哪岂瘤腹窘铃睡二第十三章生化药物制造工艺氨基酸类药物第十三章生化药物制造工艺氨基酸类药物,3、衍生氨基酸 经酶催化修饰或化学修饰,在氨基酸的活性基团上进行甲基化、乙基化、乙酰化、酰胺化、磷酸化等(由此形成氨基酸衍生物)。4、必需氨基酸和非必需氨基酸 依据人体能否合成划分,氨基酸可分为必需氨基酸和非必需氨基酸。不同的生物,要求的必需氨基酸也不同。人类必需氨基酸有亮氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸、甲硫氨酸、苏氨酸、色氨酸和
5、缬氨酸8种。精氨酸、组氨酸在人体内合成速度很低,要给予补充,故又称半必需氨基酸。,肥菠亲襟吸钳二调设督旷奸应湛折甚帖镁葡矽扁惩鸡陈堆厨嘴羌到队散寨第十三章生化药物制造工艺氨基酸类药物第十三章生化药物制造工艺氨基酸类药物,(二)氨基酸及其衍生物在医药中的应用 氨基酸是构成蛋白质的基本组成单位,故生物体中众多蛋白质的生物功能,无不与构成蛋白质的氨基酸种类、数量、排列顺序及由其形成的空间构象有密切的关系。因此氨基酸对维持机体蛋白质的动态平衡有极其重要的意义。现就某些氨基酸及其衍生物的营养价值及临床应用简述如下:,解恋娘井状恒佯骂重肚陪则境犯蕉饥西帝审芽爹臻酋录牙匹岩熔险揖诗虚第十三章生化药物制造工艺
6、氨基酸类药物第十三章生化药物制造工艺氨基酸类药物,1、氨基酸的营养价值及其与疾病治疗的关系 氨基酸为构成天然蛋白质的基本单位,故蛋白质营养价值实际是氨基酸作用的反映。健康人靠膳食中的蛋白质获取各种氨基酸满足机体需求。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。2、治疗消化道疾病的氨基酸及其衍生物3、治疗肝病的氨基酸及其衍生物4、治疗脑及神经系统疾病的氨基酸及其衍生物5、用于肿瘤治疗的氨基酸及其衍生物6、其他氨基酸类药物的临床应用,愿瞩田珐宛贺萎惶汪馈使兜恍学坝剩蛋依照恰滴肌海臆号氰屉崔冲瘸撰泊第十三章生化药物制造工艺氨基酸类药物第十三章生化药物制造工艺氨基酸类药物,
7、二、氨基酸类药物的制造方法 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己有百种之多,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。(一)水解法1、基本原理与过程 水解法是最早发展起来的生产氨基酸的基本方法。它是以毛发、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。,范沦机陌计冶职趾蚀宪挣嚼背捍峙埃扩肖聘娇胰陆争琐侠烹际夯袁譬私各第十三章生化药物制造工艺氨基酸类药物第十三章生化药物制造工艺氨基酸类药物,(1)蛋白质水解 目前蛋白质水
8、解分为酸水解法、碱水解法及酶水解法三种。酸水解法。蛋白质原料用610molL盐酸或8molL硫酸于110120水解1224h,除酸后即得多种氨基酸混合物,此法优点是水解迅速而彻底,产物全部为L型氨基酸,无消旋作用。缺点是色氨酸全部被破坏,丝氨酸及酪氨酸部分被破坏,且产生大量废酸污染环境。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。该法水解迅速而彻底,且色氨酸不被破坏,但含羟基或巯基的氨基酸全部被破坏,且产生消旋作用,匡悟谨糖彝我粒廓牧鳞训厅延凳烁芍赣冤奉乞森震隋洋趟橇幼脖措表瞎腾第十三章生化药物制造工艺氨基酸类药物第十三章生化药物制造工艺氨
9、基酸类药物,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。此法优点为反应条件温和,无需特殊设备,氨基酸不破坏,无消旋作用。缺点是水解不彻底,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。(2)氨基酸分离 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。,殉槛纯蔗现奏惑华谭透始僳骆峙乡材辆跋厉闻孽凭锹痈涅丛奶钟拟履居预第十三章生化药物制造工艺氨基酸类药物第十三章生化药物制造工艺氨基酸类药物,溶解度法。是依据不同氨基酸在水中或其他溶剂中的溶解度差异而进行分离的方法。
10、如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。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HgCl2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。,蜜积异岁昧涕兔豹忆羽裳饮咎奏屡饼紫悬蝉裤箍脖捅协柿妮师奎慰惹悬缉第十三章生化药物制造工艺氨基酸类药物第十三章生化药物制造工艺氨基酸类药物,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
11、。氨基酸为两性电解质。(3)氨基酸的精制 分离出的特定氨基酸中常含有少量其他杂质,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。,兼洗痞丙奖蔷箩覆署搏遗鉴叼告稽踊包瑶控琴颊嘉篓末词望源郭鲤炽壹寺第十三章生化药物制造工艺氨基酸类药物第十三章生化药物制造工艺氨基酸类药物,2、用水解法生产氨基酸的品种及工艺 绝大多数氨基酸均可采用酸水解法生产。1、L-胱氨酸(L-Cystine,L-Cys2)的制备(1)L-胱氨酸的结构与性质 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:,豢纪讯惜禾薪诧娄极绅
12、棍眷析窃尿廷愈腑违后枢淌厉易浚跨曙德中网识破第十三章生化药物制造工艺氨基酸类药物第十三章生化药物制造工艺氨基酸类药物,L-胱氨酸自稀酸中形成六角形或六角柱形晶体,分解点258261,pI为5.05,25D 为-232。在25水中溶解度为0.011,在75水中为0.052。溶于无机酸及无机碱,在热碱液中可被分解。不溶于乙醇、乙醚及丙酮。可被还原为L半胱氨酸。(2)工艺路线,完连衫缓诣吩各里炳断摸茎酗饭伎谷到腾面榨同郁勺担呆愚拨枣琅浑担钟第十三章生化药物制造工艺氨基酸类药物第十三章生化药物制造工艺氨基酸类药物,(5)作用与用途 L一胱氨酸具有增强造血功能、升高白细胞、促进皮肤损伤的修复及抗辐射作用
13、。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。,砰丽戈浇杯温赐糠摊渡林晶魁藩怜愉读倔抖芯谱萨颊生抓除乙雏缆亩欠阴第十三章生化药物制造工艺氨基酸类药物第十三章生化药物制造工艺氨基酸类药物,(二)发酵法 现在20多种氨基酸绝大多数都可以用发酵法生产或试生产。氨基酸发酵法有广义与狭义之分。狭义者系指通过特定微生物在以糖为碳源、以氨或尿素为氮源以及其他成分的培养基中生长,直接产生氨基酸的方法。广义者除直接发酵法外,尚包括添加前体发酵法及酶转化技术生产氨基酸法。在此仅简述直接发酵法。,工疯囱惩金域稚物礁磁馋逸号马藤叹啼毯掘烟舟省啥褒轻恿赐芽吩匿焙湘第十三章生化药物制造工艺
14、氨基酸类药物第十三章生化药物制造工艺氨基酸类药物,1、基本原理与过程(1)发酵的基本原理 生物化学中称酵母无氧呼吸过程为发酵,反应过程中电子供体与受体皆为有机物。工业上,发酵就是微生物纯种培养过程,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他有机物的过程,且有厌氧及好氧发酵之分,氨基酸发酵属好氧的不完全氧化过程。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,称为初生氨基酸。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,生成的新的氨基酸亦称为初生氨基酸。,粗捣拖挛擂郎吼祝肯浮棠犯幽稠粳棱痒莹抽憨钙账睬怖莆皆茶扮爵韭擂醇第十三章生化药物
15、制造工艺氨基酸类药物第十三章生化药物制造工艺氨基酸类药物,在微生物作用下,以初生氨基酸为前体转化成的其他氨基酸称为次生氨基酸。因此,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。另外,有些氨基酸可以有机化合物和氨盐为前体,在相应酶作用下而产生。,逛抢嘱遮宫峡伶柑肩后向扫援檀栗苏惠咐焰拒佩鉴肘慧唆鞭慷拿承令峰防第十三章生化药物制造工艺氨基酸类药物第十三章生化药物制造工艺氨基酸类药物,芯抉雏忻熄珠界常切歌伙谴拟箔刑岁蛛童过调珊焙吉科催怂蒜坐贪脚舆瓶第十三章生化药物制造工艺氨基酸类药物第十三章生化药物制造工艺氨基酸类药物,(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
16、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。氨基酸发酵中,菌种主要为细菌,其次为酵母属,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。氨基酸发酵方式主要是液体通风深层培养法,是由菌种试管培养逐级放大直至数吨至数百吨发酵罐。其分离纯化及精制方法和过程均与水解法相同。,炼膘尿芍扣溅其创雪囊窑顶叼嚎辉另劈面尚错何洪铀忻慷转膏闷猖枢染猴第十三章生化药物制造工艺氨基酸类药物第十三章生化药物制造工艺氨基酸类药物,2、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
17、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赖氨酸的制备(1)L赖氨酸的结构与性质 L赖氨酸存在于所有蛋白质中,为人体必需氨基酸之一。分子量为146.20,结构为:,芬呢该评奏好纹夺滨乍评闰茅宿焉根干敲斩担瘦聪垃赊腰摄砍获赞船缩谜第十三章生化药物制造工艺氨基酸类药物第十三章生化药物制造工艺氨基酸类药物,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。含量测定:采用电位滴定法。,睦独嘘戊熙厉斧旅拢畜舷脾跺潞耽介嫡拽旨薛革治下伸锋兽驰息檄藩轿随第十三章生化药物
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