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1、优质文档主要内容简介：本文主要从酶工程概述、酶工程制药的应用、酶工程技术制药的前景三方面讲解并描述了酶工程技术在现代制药领域的应用。酶工程是现代生物技术的重要组成局部，作为一项高新型技术为各工业的开展起到重要的推动作用。它包括酶制剂的制备，酶的固化，酶的修饰和改造及酶反响器等方面的内容。固定化酶具有提高稳定性，可以反复运用或连续运用较长一段时间，易于和产物分别等显著特点；酶分子修饰技术已经成为酶工程中具有重要意义和广袤应用前景的探究、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，消退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
2、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、变更酶的底物特异性等。其应用主要集中于医药工业、食品工业及轻工业中，酶工程技术在现代制药领域的应用显得尤为突出，经常用于制备生物代谢产物，转化甾体，生产抗生素、有机酸、氨基酸、维生素和核酸类药物。新世纪酶工程的开展主题是：新酶的探究和开发、酶的优化生产和酶的高效应用。要采纳固定化、分子修饰和非水相催化等技术实现酶的高效应用，将固化技术广泛应用于生物芯片、生物传感器、生物反响器、临床诊断、药物设计、亲和层析以及蛋白质构造和功能的探究，使酶技术在制药领域发挥更大的作用。酶工程药物及中间体研发进展和应用前景罗玉
3、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更、用酶测定体液中某些物质的物质的量的变更，从而进展疾病诊断、治疗以及酶在药物制造方面的研发进展和应用前景。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探究进展和应用前景。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局部，作为一项高新型技术为各工业的开展起到重要的推动作用。它包括酶制剂的制备，酶的固化，酶的修饰和改造及酶反响器等方面的内容。固定化酶具有提高稳定性，可以反复运用或连续运用较长一段时间，易于和产物分别等显著特点；酶分子修饰技术
4、已经成为酶工程中具有重要意义和广袤应用前景的探究、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，消退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、变更酶的底物特异性等。酶工程是将酶、含酶细胞器或细胞微生物、动物、植物等在必须的反响装置中，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，酶的修饰和改造及酶反响器等方面的内容。其应用主要集中于医药工业、食品工业及轻工业中
5、。1. 医药用酶的研发进展和应用前景1.1. 酶在疾病诊断方面的研发进展和应用前景人类疾病的治疗效果好坏和否，在很大程度上确定于诊断的精确性。疾病诊断的方法许多，其中酶学诊断特殊引人注目。由于酶具有专一性强、催化效率高、作用条件温柔等显著的催化特点，酶学诊断已经开展成为牢靠、简便又快捷的诊断方法，具有广袤的应用前景。酶学诊断方法包括两个方面，一是依据体内原有酶活力的变更来诊断某些疾病，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。依据体内酶活力的变更诊断疾病一般安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，那么由于组织、细胞受到损伤或者代谢异样而引起体内的某种或
6、某些酶的活力发生相应的变更。故此，可以依据体内某些酶的活力变更状况，而诊断出某些疾病。用酶测定体液中某些物质的变更诊断疾病：见表1。人体在出现某些疾病时，由于代谢异样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更。通过测定体液中某些物质的变更，可以快速、精确地对疾病进展诊断。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更，从而诊断某些疾病。见表2。1.2. 酶在疾病治疗方面的探究和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
7、方面的研发进展和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珍贵药物都是由酶法生产的。见表4。2. 药用酶改性技术探究进展和应用前景酶的改性是指通过各种方法对酶的催化特性进展改良的技术过程。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，在必须的空间范围内进展催化反响的酶称为固定化酶。固定化酶具有提高稳定性，可以反复运用或连续运用较长的一段时间，易于和产物分别等显著特点。已经有多种固定化酶用于大规模工业化生产。如
8、：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别得到的氨基酰化酶，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，再进展拆分。生产本钱仅为用游离酶生产本钱的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，只要变更pH等条件，就既可以催化青
9、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和其他的羧酸衍生物进展反响，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别出来，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-脱羧酶：将含天门冬氨酸-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-脱羧酶，于1
10、982年用于工业化生产，催化L-天门冬氨酸脱去-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构造发生某些变更，从而变更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袤应用前景的探究、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，消退或降低酶的抗原性等。 举例如下：-淀粉酶分子中大多数含有钙离子，有些那么含有镁离子或锌离子等其它离子，所以一般的-淀粉酶是杂离子型的。假如将其它杂离子都换成钙离子，那么可以提高酶活力并显著增加酶的稳定性。结晶的钙型-淀粉酶的活力比一般结晶的杂离子型-淀粉酶的活力提高3倍以上，而且稳定性大大增加
11、。每分子核糖核酸酶和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和11分子右旋糖酐结合，酶活力到达原有酶活力的5.1倍等。具有抗氧化、抗辐射、抗苍老的成效，但是其在血浆中的半衰期仅为630min, 经过大分子结合修饰，其稳定性显著提高，半衰期延长70350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退；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退，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
12、物运用；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、离子液介质等中进展催化反响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、进展在水溶液中无法进展的合成反响、削减产物对酶的反响抑制作用、提高手性化合物不对称反响的底物选择性、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探究、开发和应用越来越广泛。如：
13、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-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展拆分，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-环氧丙醇丁酸酯进展拆分，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展消旋体的拆分，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-内酰
14、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响，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，在体外进展基因的人工随机突变，建立突变基因文库，通过人工限制条件的特殊环境，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：酶的定向进化不须要事先了解酶的构造、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，在体外人为地进展基因的随机突变，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；在人工限制条件的特殊环境下进
15、展定向选择，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、变更酶的底物特异性等。例如，1993年，Chen KQ等人通过易错PCR技术进展定向进化，使枯草杆菌蛋白酶在60%的DMF中进展非水相催化的比活力提高157倍；1994年，Stemmer通过DNA重排技术进展定向进化，使内酰胺酶的活力提高32000倍； 2000年，Wang等人用易错PCR技术进展定向进化，使天冬氨酸酶的米氏常数Km降低4.6倍，大大提高了酶和底物的亲和力，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展定向进化，使大肠杆菌
16、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. 新型药用酶探究进展和应用前景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、酯类等分子进展反响。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视察到核酸类酶抑制病毒复制的结果。这些结果说明，相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展艾滋病等病毒性
