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1、第十五章第十五章 酶类药物酶类药物 第一节第一节 酶类药物的原料来源酶类药物的原料来源 一、原料选择一、原料选择 （1 1）不同酶的用料选择）不同酶的用料选择 乙酰化酶（鸽肝）、凝血酶乙酰化酶（鸽肝）、凝血酶( (牛血牛血）、）、透明质酸酶（羊透明质酸酶（羊睾丸）、溶菌酶（鸡蛋清），超氧化物歧化酶（血、肝）睾丸）、溶菌酶（鸡蛋清），超氧化物歧化酶（血、肝） （2 2）注意不同生长发育情况及营养状况）注意不同生长发育情况及营养状况 （3 3）原料来源丰富）原料来源丰富 （4 4）从简化提纯步骤着手）从简化提纯步骤着手 （5 5）如用动物组织作原料，应在此动物宰杀后立即取材。）如用动物组织作原料，
2、应在此动物宰杀后立即取材。 酶类药物酶类药物 二、微生物酶制剂高产菌株的选育二、微生物酶制剂高产菌株的选育菌种是工业发酵生产酶制剂的重要条件。优良菌种不仅菌种是工业发酵生产酶制剂的重要条件。优良菌种不仅可以提高酶制剂产量和发酵原料的利用率，而且还与可以提高酶制剂产量和发酵原料的利用率，而且还与增加品种，缩短生产周期，改进发酵和提炼工艺条件增加品种，缩短生产周期，改进发酵和提炼工艺条件等密切相关。优良菌种获得的三种途径：等密切相关。优良菌种获得的三种途径：（1 1）从自然界分离筛选。）从自然界分离筛选。（2 2）用物理或化学的方法处理，诱变。）用物理或化学的方法处理，诱变。（3 3）用基因重组与
3、细胞融合技术。）用基因重组与细胞融合技术。三、微生物酶制剂生产的发酵技术三、微生物酶制剂生产的发酵技术（一）培养基一）培养基1.1.碳源碳源 （甘薯、玉米、麸皮、米糠）（甘薯、玉米、麸皮、米糠）2.2.氮源氮源 （豆饼、花生饼、菜籽饼、硫酸铵、尿素）（豆饼、花生饼、菜籽饼、硫酸铵、尿素）3.3.无机盐无机盐4.4.生长因子和产酶促进剂生长因子和产酶促进剂（二）培养方法（二）培养方法1.1.固体培养法固体培养法固体培养法也称麸曲培养法，该法是利用麸皮或米糠为固体培养法也称麸曲培养法，该法是利用麸皮或米糠为主要原料，另外视需要添加其它谷糠、豆饼等，加水主要原料，另外视需要添加其它谷糠、豆饼等，加水
4、拌成含水适度的半固态物料作为培养基。拌成含水适度的半固态物料作为培养基。2.2.液体培养法液体培养法液体培养法是利用液体培养进行微生物的生长繁殖和产液体培养法是利用液体培养进行微生物的生长繁殖和产酶。根据通气方法的不同，又分为液体表面培养和液酶。根据通气方法的不同，又分为液体表面培养和液体深层培养。深层通气培养是目前应用最广的方法。体深层培养。深层通气培养是目前应用最广的方法。3.3.影响酶产生的一些因素影响酶产生的一些因素除培养基，发酵工艺参数对产酶的影响也十分明显。除培养基，发酵工艺参数对产酶的影响也十分明显。（1 1）温度）温度（2 2）pHpH（3 3）通气通气（4 4）搅拌）搅拌（5
5、 5）泡沫）泡沫发酵过程中，由于发酵液受到强烈的通气搅拌，培养基发酵过程中，由于发酵液受到强烈的通气搅拌，培养基中某些成分的变化及代谢中产生气体，会形成较多的中某些成分的变化及代谢中产生气体，会形成较多的泡沫，而且气泡不易消失，是由于培养基中蛋白质分泡沫，而且气泡不易消失，是由于培养基中蛋白质分子排在气泡表面形成一层吸附膜，聚集成泡沫层之故。子排在气泡表面形成一层吸附膜，聚集成泡沫层之故。消泡剂：天然油类，醇类，脂肪酸类，胺类，酰胺类，消泡剂：天然油类，醇类，脂肪酸类，胺类，酰胺类，磷酸酯类，金属皂类，聚硅氧烷等。磷酸酯类，金属皂类，聚硅氧烷等。（6 6）添加诱导剂和抑制剂）添加诱导剂和抑制剂
6、诱导酶诱导酶抑制剂（表面活性剂）抑制剂（表面活性剂）第二节第二节 酶类药物的提取和纯化酶类药物的提取和纯化一、生物材料的预处理一、生物材料的预处理（一）动物材料的预处理（一）动物材料的预处理1.1.机械处理机械处理2.2.反复冻融反复冻融3.3.丙酮粉丙酮粉组织经过丙酮迅速脱水干燥制成丙酮粉，不仅可以减少组织经过丙酮迅速脱水干燥制成丙酮粉，不仅可以减少酶的变性，同时因细胞结构成分的破碎使得蛋白质与酶的变性，同时因细胞结构成分的破碎使得蛋白质与脂质结合的某些化学键打开，促使某些结合酶释放到脂质结合的某些化学键打开，促使某些结合酶释放到溶液中。溶液中。（二）微生物的预处理（二）微生物的预处理要是胞
7、外酶，则除去菌体后再直接从发酵液中吸附提取要是胞外酶，则除去菌体后再直接从发酵液中吸附提取酶。但对胞内酶则需要将菌体细胞破壁，制成无细胞酶。但对胞内酶则需要将菌体细胞破壁，制成无细胞的悬浮液后再行提取。的悬浮液后再行提取。1.1.干燥法干燥法（1 1）空气干燥）空气干燥（2 2）真空干燥）真空干燥（3 3）冷冻干燥）冷冻干燥2.2.机械法机械法（1 1）研磨法）研磨法（2 2）组织匀浆法）组织匀浆法（3 3）超声波法）超声波法（4 4）高压匀浆法）高压匀浆法3.3.酶法处理酶法处理二、酶的提取二、酶的提取1.1.水溶液法水溶液法常用稀盐溶液或缓冲液提取。经过预处理的原料，包括常用稀盐溶液或缓冲
8、液提取。经过预处理的原料，包括组织糜，匀浆，细胞颗粒以及丙酮粉等，都可以用水组织糜，匀浆，细胞颗粒以及丙酮粉等，都可以用水溶液抽提。溶液抽提。许多酶再蒸馏水中不溶解，而在低盐浓度下易溶解，所许多酶再蒸馏水中不溶解，而在低盐浓度下易溶解，所以提取时加入少量盐可提高酶的溶解度。以提取时加入少量盐可提高酶的溶解度。2.2.有机溶剂法有机溶剂法某些结合酶如微粒体和线粒体膜的酶，由于和脂质牢固某些结合酶如微粒体和线粒体膜的酶，由于和脂质牢固结合，用水很难提取，为此必须除去结合的脂质，且结合，用水很难提取，为此必须除去结合的脂质，且不能使酶变性，最常用的有机溶剂是丁醇。丁醇具有不能使酶变性，最常用的有机溶
9、剂是丁醇。丁醇具有以下特点以下特点： （1 1）亲脂性强，特别是亲磷脂的能力；）亲脂性强，特别是亲磷脂的能力； （2)2)兼具亲水性，在兼具亲水性，在0 0在水中的溶解度为在水中的溶解度为10.5%10.5%；（3 3）在脂与水分子间能起类似去垢剂的桥梁作用。）在脂与水分子间能起类似去垢剂的桥梁作用。3.3.表面活性剂法表面活性剂法三、酶制剂的工业提取法三、酶制剂的工业提取法( (一一) )发酵液的预处理及过滤发酵液的预处理及过滤絮凝剂絮凝剂（二）酶液的脱色（二）酶液的脱色0.11.5%0.11.5%活性炭活性炭（三）盐析法（三）盐析法（四）有机溶剂法（四）有机溶剂法（五）喷雾干燥直接制备粉末
10、酶制剂（五）喷雾干燥直接制备粉末酶制剂四、酶的纯化四、酶的纯化酶比活，总活力回收酶比活，总活力回收（一）杂质的除去（一）杂质的除去酶提取液中，除所需酶外，还含有大量杂蛋白，多糖，酶提取液中，除所需酶外，还含有大量杂蛋白，多糖，脂类和核酸等，需要除去。脂类和核酸等，需要除去。（1 1）pHpH和加热沉淀法和加热沉淀法利用蛋白质酸碱变性性质的差异可以通过调利用蛋白质酸碱变性性质的差异可以通过调pHpH和等电点和等电点除去某些杂蛋白，也可以利用不同蛋白质对热稳定性除去某些杂蛋白，也可以利用不同蛋白质对热稳定性的差异。（的差异。（SODSOD酶）酶）（2 2）蛋白质表面变性法）蛋白质表面变性法利用蛋白
11、质表面变性性质的差别，也可以除去杂蛋白。利用蛋白质表面变性性质的差别，也可以除去杂蛋白。制备过氧化氢酶，加入氯仿除杂蛋白。制备过氧化氢酶，加入氯仿除杂蛋白。（3 3）选择性变性法）选择性变性法利用蛋白质稳定性的不同，除去杂蛋白。利用蛋白质稳定性的不同，除去杂蛋白。（4 4）核酸沉淀剂法）核酸沉淀剂法在微生物制备酶时，常含有较多核酸，可用核酸酶降解，在微生物制备酶时，常含有较多核酸，可用核酸酶降解，离心分离，用核酸沉淀剂如三甲基十六烷基溴化铵，离心分离，用核酸沉淀剂如三甲基十六烷基溴化铵，硫酸链霉素等。硫酸链霉素等。（5 5）将酶与底物结合，用加热法除去杂蛋白。近来发现，）将酶与底物结合，用加热
12、法除去杂蛋白。近来发现，酶和底物结合或竞争性抑制剂结合后，稳定性大大提酶和底物结合或竞争性抑制剂结合后，稳定性大大提高，这样可以用加热法除去杂蛋白。高，这样可以用加热法除去杂蛋白。（二）脱盐和浓缩（二）脱盐和浓缩1.1.脱盐脱盐（1 1）透析）透析玻璃纸袋玻璃纸袋（2 2）凝胶过滤）凝胶过滤 SephadexSephadex G G10102.2.浓缩浓缩（1 1）冷冻干燥法）冷冻干燥法（2 2）离子交换法）离子交换法（3 3）超滤法）超滤法（4 4）凝胶吸水）凝胶吸水（三）酶的结晶（三）酶的结晶把酶提纯到一定纯度以后，可使其结晶。把酶提纯到一定纯度以后，可使其结晶。蛋白质分子多数处于含水的环
13、境中，蛋白质分子与水分蛋白质分子多数处于含水的环境中，蛋白质分子与水分子结晶形成稳定的水合物。当蛋白质的浓度非常高的子结晶形成稳定的水合物。当蛋白质的浓度非常高的时候，溶液中没有足够可以与蛋白质结合的水分子用时候，溶液中没有足够可以与蛋白质结合的水分子用于形成水合物，在蛋白质分子之间也没有足够的水分于形成水合物，在蛋白质分子之间也没有足够的水分子可以将它们充分隔开，于是蛋白质就以无定形沉淀子可以将它们充分隔开，于是蛋白质就以无定形沉淀或结晶的形式从溶液中析出。或结晶的形式从溶液中析出。1.1.酶的结晶方法酶的结晶方法（1 1）盐析法）盐析法在适当的在适当的pHpH、温度等条件下，保持酶的稳定性
14、，慢慢改温度等条件下，保持酶的稳定性，慢慢改变盐浓度进行结晶。结晶时采用的盐有硫酸铵，柠檬变盐浓度进行结晶。结晶时采用的盐有硫酸铵，柠檬酸钠，乙酸铵，硫酸镁等。利用硫酸铵结晶时一般是酸钠，乙酸铵，硫酸镁等。利用硫酸铵结晶时一般是把盐加入到一个比较浓的酶溶液中，并使溶液微呈浑把盐加入到一个比较浓的酶溶液中，并使溶液微呈浑浊为止。然后放置，并且非常缓慢地增加盐浓度。操浊为止。然后放置，并且非常缓慢地增加盐浓度。操作要在低温下进行，缓冲液作要在低温下进行，缓冲液pHpH要接近酶的等电点。要接近酶的等电点。（2 2）有机溶剂法）有机溶剂法酶液中滴加有机溶剂，有时也能使酶形成结晶。结晶用酶液中滴加有机溶
15、剂，有时也能使酶形成结晶。结晶用溶剂有：乙醇，丙醇，丁醇，乙腈，异丙醇，二恶烷，溶剂有：乙醇，丙醇，丁醇，乙腈，异丙醇，二恶烷，二甲亚砜，二氧杂环已烷。二甲亚砜，二氧杂环已烷。（3 3）复合结晶法）复合结晶法有时可以利用某些酶与有机化合物或金属离子形成复合有时可以利用某些酶与有机化合物或金属离子形成复合物或成盐的性质来结晶。物或成盐的性质来结晶。（4 4）透析平衡）透析平衡利用透析平衡进行结晶也是常用方法之一。利用透析平衡进行结晶也是常用方法之一。（5 5）等电点法）等电点法2.2.结晶条件的选择结晶条件的选择（1 1）酶的纯度）酶的纯度酶只有达到相当纯度后才能结晶。酶的纯度越高，结晶酶只有达
16、到相当纯度后才能结晶。酶的纯度越高，结晶越容易，长成大的结晶可能性也越大。越容易，长成大的结晶可能性也越大。（2 2）酶的浓度）酶的浓度结晶母液尽可能保持高的浓度。酶的浓度越高越有利于结晶母液尽可能保持高的浓度。酶的浓度越高越有利于溶液中溶质分子间的相互碰撞聚合，形成结晶的机会溶液中溶质分子间的相互碰撞聚合，形成结晶的机会也越大。也越大。（3 3）温度）温度（4 4）时间）时间（5 5）pHpH有时相差有时相差0.20.2pHpH，只能达到沉淀，而不能达到晶体。只能达到沉淀，而不能达到晶体。（6 6）金属离子）金属离子许多金属离子能引起或有助于酶的结晶。许多金属离子能引起或有助于酶的结晶。（7
17、 7）晶种）晶种（8 8）结晶器皿处理。）结晶器皿处理。（四）酶分离和纯化工作中的注意事项（四）酶分离和纯化工作中的注意事项1.1.防止酶蛋白变性防止酶蛋白变性2.2.防止辅因子的流失防止辅因子的流失3.3.防止酶被蛋白水解酶降解防止酶被蛋白水解酶降解第三节第三节 酶类药物酶类药物一、药用酶类的概述一、药用酶类的概述早期酶制剂主要用于治疗消化道疾病，烧伤及感染引起早期酶制剂主要用于治疗消化道疾病，烧伤及感染引起的炎症。的炎症。（一）促进消化酶类（一）促进消化酶类（二）消炎酶（二）消炎酶（三）与纤维蛋白溶解作用相关的酶类（三）与纤维蛋白溶解作用相关的酶类（四）抗肿瘤的酶（四）抗肿瘤的酶（五）其它
18、药用酶（五）其它药用酶二、重要的酶类药物二、重要的酶类药物（一）胃蛋白酶（一）胃蛋白酶胃蛋白酶广泛存在于哺乳动物的胃液中。胃蛋白酶广泛存在于哺乳动物的胃液中。1.1.组成（结构）、性质组成（结构）、性质药用胃蛋白酶是胃液中多种蛋白水解酶的化合物，含有药用胃蛋白酶是胃液中多种蛋白水解酶的化合物，含有胃蛋白酶，组织蛋白酶，胶原酶等，为粗制的酶制剂。胃蛋白酶，组织蛋白酶，胶原酶等，为粗制的酶制剂。性状：外观为淡黄色粉末，等等性状：外观为淡黄色粉末，等等临床上主要用于因食蛋白过多，引起的消化不良及病后临床上主要用于因食蛋白过多，引起的消化不良及病后恢复期消化机能减退等。恢复期消化机能减退等。2.2.生
19、产工艺生产工艺（1 1）工艺路线）工艺路线猪胃粘膜自溶液上清液成品自溶，过滤H2O, HCl氯仿脱脂浓缩干燥（2 2）工艺过程）工艺过程自溶、过滤自溶、过滤在夹层锅内预先加水在夹层锅内预先加水100100L L及盐酸，加热至及盐酸，加热至5050时，加入时，加入200200kgkg猪胃粘膜，快速搅拌使酸度均匀，保持猪胃粘膜，快速搅拌使酸度均匀，保持45484548, ,消化消化3434小时。用纱布滤去未消化的组织蛋小时。用纱布滤去未消化的组织蛋白，收集滤液。白，收集滤液。脱脂、去杂质脱脂、去杂质将滤液降温至将滤液降温至3030以下，静防以下，静防24482448h h，使杂质沉淀除去，使杂质沉
20、淀除去，得到脱脂酶液。得到脱脂酶液。浓缩干燥浓缩干燥取脱脂酶液，在取脱脂酶液，在4040以下浓缩到原体积的以下浓缩到原体积的1/41/4，真空干燥，真空干燥，球磨，得到产品。球磨，得到产品。（四）尿激酶（四）尿激酶尿激酶是一种碱性蛋白酶，由肾脏产生，主要存在于人尿激酶是一种碱性蛋白酶，由肾脏产生，主要存在于人和哺乳动物的尿中。人尿平均含有和哺乳动物的尿中。人尿平均含有5656U/mlU/ml。1.1.组成性质组成性质（1 1）尿激酶有多种分子量形式，主要有）尿激酶有多种分子量形式，主要有3130031300、5470054700两种。尿中的尿胃蛋白酶原在酸性条件下可以激活生两种。尿中的尿胃蛋白
21、酶原在酸性条件下可以激活生成尿胃蛋白酶，后者可以把分子量成尿胃蛋白酶，后者可以把分子量5470054700的天然尿激的天然尿激酶降解为分子量为酶降解为分子量为3130031300尿激酶。尿激酶。（2 2）尿激酶是专一性很强的蛋白水解酶，血纤维蛋白溶）尿激酶是专一性很强的蛋白水解酶，血纤维蛋白溶酶原是它唯一的天然蛋白质底物，它作用于精氨酸酶原是它唯一的天然蛋白质底物，它作用于精氨酸缬氨酸键使得纤溶酶原转为纤溶酶。缬氨酸键使得纤溶酶原转为纤溶酶。（3 3）尿激酶的）尿激酶的pIpI为为pH8-9.pH8-9.临床上，尿激酶已经广泛应用于治疗各种新血栓形成或临床上，尿激酶已经广泛应用于治疗各种新血栓
22、形成或血栓梗塞疾病。血栓梗塞疾病。2.2.生产工艺生产工艺（1)1)工艺路线：工艺路线：男性尿10pH8.5上清尿液沉淀pH55.5酸化酸化尿硅藻土吸附硅藻土吸附物洗涤硅藻土柱洗脱洗脱液去热源，去色素pH8.0流出液CMC柱洗脱液透析液产品（2 2）工艺过程）工艺过程收尿收尿 收集男性尿收集男性尿沉淀处理沉淀处理 尿液冷至尿液冷至1010以下，用以下，用NaOHNaOH调调pHpH至至8.5,8.5,静静置置1 1h h，虹吸上清液。用盐酸调至虹吸上清液。用盐酸调至pH5.05.5pH5.05.5。硅藻土吸附硅藻土吸附 处理好的尿液加入处理好的尿液加入1%1%尿量的硅藻土，于尿量的硅藻土，于5
23、 5C C下搅拌吸附下搅拌吸附1 1h h。洗脱洗脱 硅藻土吸附物洗涤装柱，先用硅藻土吸附物洗涤装柱，先用0.02%0.02%氨水加氨水加0.10.1mol/Lmol/L氯化钠洗脱，当洗脱液油清变混时开始收集氯化钠洗脱，当洗脱液油清变混时开始收集除热源、去色素除热源、去色素CMCMC C浓缩浓缩透析除盐透析除盐（九）超氧化物歧化酶（九）超氧化物歧化酶（SODSOD）超氧化物歧化酶是一种重要的氧自由基清除剂，作为药超氧化物歧化酶是一种重要的氧自由基清除剂，作为药用酶在美国、德国、澳大利亚等国已有产品。由于用酶在美国、德国、澳大利亚等国已有产品。由于SODSOD能专一性去除超氧阴离子自由基，故引起
24、国内外能专一性去除超氧阴离子自由基，故引起国内外生化界和医药界的极大关注。目前临床上应用集中在生化界和医药界的极大关注。目前临床上应用集中在自身免疫性疾病上如类风湿关节炎，红斑性狼疮，皮自身免疫性疾病上如类风湿关节炎，红斑性狼疮，皮肌炎等肌炎等1.1.组成性质组成性质SODSOD属金属酶，其性质不仅取决于蛋白质部分，还取决属金属酶，其性质不仅取决于蛋白质部分，还取决于活性中心金属离子的存在。按照金属离子的不同，于活性中心金属离子的存在。按照金属离子的不同，SODSOD有有CuCu，ZnZnSODSOD，MnMnSODSOD和和FeFeSODSOD。SODSOD是一种金属蛋白，因此它对热，是一种
25、金属蛋白，因此它对热，pHpH及在某些性质上及在某些性质上表现出异常的稳定性。表现出异常的稳定性。对热对热稳定性稳定性 SODSOD对热稳定，天然牛血对热稳定，天然牛血SODSOD在在7575C C下加下加热数分钟，其酶活性丧失很小。但热数分钟，其酶活性丧失很小。但SODSOD对热稳定性与对热稳定性与溶液的离子强度有关。溶液的离子强度有关。pHpH对对SODSOD的影响的影响 SODSOD在在pH5.310.5pH5.310.5范围稳定。范围稳定。吸收光谱吸收光谱金属辅基与酶活性金属辅基与酶活性含金属配基含金属配基CuCu与与ZnZn，ZnZn仅与酶分子结构有关，而与催化仅与酶分子结构有关，而
26、与催化活性无关，而活性无关，而CuCu与催化活性有关，透析法除去与催化活性有关，透析法除去CuCu则酶则酶活全部丧失，一旦重新加入活全部丧失，一旦重新加入CuCu，酶活性又可恢复。酶活性又可恢复。2.2.生产工艺生产工艺分离纯化分离纯化SODSOD常根据原料，种类和性质的差异而有所不常根据原料，种类和性质的差异而有所不同。同。（1 1）牛红细胞提取）牛红细胞提取CuCu，ZnZnSODSOD的生产工艺：的生产工艺：新鲜牛血收集除血浆离心红细胞浮选2NaCl干净红细胞溶血溶血液去血红蛋白乙醇、氯仿上清分级沉淀丙酮沉淀物热变性SOD粗酶液超滤浓缩液柱层析精制浓缩液冷冻干燥冻干粉（2 2）工艺过程）
27、工艺过程1 1）收集、浮选）收集、浮选 取新鲜牛血，离心除去血浆。取新鲜牛血，离心除去血浆。2 2）溶血、去血红蛋白：干净红细胞加水溶血）溶血、去血红蛋白：干净红细胞加水溶血3030minmin，然然后加入后加入0.250.25倍体积的乙醇和倍体积的乙醇和0.150.15倍体积的氯仿，搅拌倍体积的氯仿，搅拌1515minmin，离心去血红蛋白，收集上清液。离心去血红蛋白，收集上清液。3 3）沉淀、热变性：将上述清液加入）沉淀、热变性：将上述清液加入1.21.21.51.5倍体积的丙倍体积的丙酮，产生大量絮状的沉淀，离心得沉淀物。再将沉淀酮，产生大量絮状的沉淀，离心得沉淀物。再将沉淀物加适量水，
28、离心去不溶物，上清液于物加适量水，离心去不溶物，上清液于60607070热处热处理理1010分钟，离心去沉淀得浅绿色得澄清液。分钟，离心去沉淀得浅绿色得澄清液。4 4）柱层析、洗脱、超滤浓缩：将上述澄清液超滤浓缩后）柱层析、洗脱、超滤浓缩：将上述澄清液超滤浓缩后小心加到已用小心加到已用2.52.5mmol/Lmmol/L，pH7.6pH7.6磷酸缓冲液平衡好的磷酸缓冲液平衡好的DEAEDEAEsephadexsephadex A50 A50柱上吸附，并用柱上吸附，并用pH7.6pH7.6的的2.52.55050mmol/Lmmol/L的磷酸盐缓冲液进行梯度洗脱，收集具有的磷酸盐缓冲液进行梯度洗脱，收集具有SODSOD活性的洗脱液。活性的洗脱液。5 5）冷冻干燥）冷冻干燥
