氨基酸類藥物

會計學1氨基酸類藥物Contents氨基酸的結(jié)構(gòu)1氨基酸的分類2氨基酸的性質(zhì)3氨基酸在醫(yī)藥中的應用4氨基酸類藥物的生產(chǎn)5第1頁/共68頁纈氨酸（α-氨基酸）1氨基酸的結(jié)構(gòu)氨基酸（aminoacid）——蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單元*甘氨酸脯氨酸（α-亞氨基酸）*第2頁/共68頁20種編碼氨基酸名稱英文三字母英文單字母中文縮寫結(jié)構(gòu)式（偶極離子）pI非極性氨基酸甘氨酸GlyG甘5.97丙氨酸AlaA丙6.02亮氨酸LeuL亮5.98異亮氨酸IleI異亮6.02纈氨酸ValV纈5.97第3頁/共68頁名稱英文三字母英文單字母中文縮寫結(jié)構(gòu)式（偶極離子）pI脯氨酸ProP脯6.48苯丙氨酸PheF苯5.48甲硫氨酸MetM甲硫5.75非電離的極性氨基酸絲氨酸SerS絲5.68谷氨酰胺GlnQ谷酰5.65蘇氨酸ThrT蘇5.60半胱氨酸CysC半胱5.07第4頁/共68頁名稱英文三字母英文單字母中文縮寫結(jié)構(gòu)式（偶極離子）pI天冬酰胺AsnN天酰5.41酪氨酸TyrY酪5.66色氨酸TrpW色5.89酸性氨基酸天冬氨酸AspD天2.98谷氨酸GluE谷3.22第5頁/共68頁名稱英文三字母英文單字母中文縮寫結(jié)構(gòu)式（偶極離子）pI堿性氨基酸賴氨酸LysK賴9.74精氨酸ArgR精10.76組氨酸HisH組7.59必需氨基酸：亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸、苯丙氨酸、甲硫氨酸、蘇氨酸、色氨酸、賴氨酸第6頁/共68頁2氨基酸的分類

根據(jù)氨基酸的帶電狀況分為酸性、中性及堿性氨基酸三類。

依R基團分：脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸及雜環(huán)氨基酸三類其中組氨酸、色氨酸、脯氨酸及羥脯氨酸為雜環(huán)氨基酸，酪氨酸及苯丙氨酸為芳香族氨基酸，其余均為脂肪族氨基酸。第7頁/共68頁3氨基酸的性質(zhì)3.1物理通性天然氨基酸純品均為白色結(jié)晶性粉末；熔點及分解點均在200℃以上；在有機溶劑中溶解度一般較?。痪鶠閮尚噪娊赓|(zhì)，各有一定等電點。除甘氨酸外都有旋光性。氨基酸能使水的介電常數(shù)增高，而一般的有機化合物乙醇、丙酮等卻使水的介電常數(shù)降低。第8頁/共68頁化學通性：氨基酸的氨基具有伯胺氨基的一切性質(zhì)（如與亞硝酸反應、?；?、烴基化、形成席夫堿、脫氨）羧基具有羧酸羧基的性質(zhì)（如成鹽成堿、成酰氯、脫羧、疊氮化）氨基酸還有一部分是兩者共同參加的反應（茚三酮反應、成肽反應）3.2化學性質(zhì)第9頁/共68頁特殊基團反應：酪氨酸的酚羥基可產(chǎn)生米倫反應與福林-達尼斯反應；精氨酸的胍基產(chǎn)生坂口反應；色氨酸的吲哚基與芳醛產(chǎn)生紅色反應；組氨酸的咪唑基產(chǎn)生Pauly反應；苯丙氨酸硝化后于堿性條件下產(chǎn)生桔黃色反應；第10頁/共68頁

胱氨酸及半胱氨酸經(jīng)酸或堿破壞后可與醋酸鉛產(chǎn)生鉛黑反應；半胱氨酸在堿性條件下與亞硝基鐵氰化鈉反應生成紫紅色化合物。色氨酸、苯丙氨酸及酪氨酸均有特征紫外吸收光譜，色氨酸最大吸收波長為279nm，苯丙氨酸為259nm，酪氨酸為278nm。但構(gòu)成天然蛋白質(zhì)的20種氨基酸在可見光區(qū)均無吸收。

第11頁/共68頁3.2.1氨基酸的酸堿兩性和等電點（Ⅱ）pH=pI等電點（Ⅰ）pH<pI陽離子（Ⅲ）pH>pI陰離子第12頁/共68頁3.2.2α-氨基參加的反應（1）與亞硝酸反應（脯氨酸除外）+++用途：用于氨基酸定量和蛋白質(zhì)水解程度的測定第13頁/共68頁（2）與?；噭┓磻猛荆河糜诙嚯暮偷鞍踪|(zhì)的人工合成中氨基的保護試劑，保護氨基以及肽鏈的氨基端測定等。第14頁/共68頁（3）烴基化反應（親核取代反應）用途：鑒定多肽N-端氨基酸的重要方法第15頁/共68頁（4）形成席夫堿反應用途：測定氨基酸的濃度第16頁/共68頁（5）脫氨基反應用途：氨基酸脫氫酶和轉(zhuǎn)氨酶催化的反應+α-酮戊二酸谷氨酸第17頁/共68頁3.2.3α-羧基參加的反應（1）成鹽和成酯反應用途：當氨基酸的羧基變成甲酯、乙酯或鈉鹽后，羧基的化學反應性能即被掩蔽或者說羧基被保護，而氨基的化學反應性能得到加強或氨基被活化。干燥、回流、HCl第18頁/共68頁（2）成酰氯反應用途：氨基首先保護，是氨基酸羧基活化的一個重要反應，使它容易與另一個氨基酸的氨基結(jié)合，多肽合成中常用。第19頁/共68頁（3）脫羧基反應用途：脫羧酶催化的反應。+組氨酸組胺第20頁/共68頁（4）疊氮反應用途：氨基酸的氨基通過?；右员Ｗo，羧基經(jīng)酯化轉(zhuǎn)變?yōu)榧柞?，然后與肼和亞硝酸反應即變成疊氮化物。此反應使氨基酸的羧基活化。氨基酸疊氮化合物常用于肽的人工合成。第21頁/共68頁++++RCHO羅曼紫（藍紫色）茚三酮脯氨酸黃色茚三酮3.2.4α-氨基和α-羧基共同參加的反應用途：常用于氨基酸的定性或定量分析。（1）茚三酮反應第22頁/共68頁（2）成肽反應用途：是多肽和蛋白質(zhì)生物合成的基本反應。第23頁/共68頁[O]半胱氨酸胱氨酸二硫鍵Br2/H2OHNO3H2SO43.2.5因R不同而引起的特殊反應第24頁/共68頁巰基（-SH）的性質(zhì)1作用：這些反應可用于巰基的保護。ICH2CNH2O第25頁/共68頁作用：與金屬離子的螯合性質(zhì)可用于體內(nèi)解毒。第26頁/共68頁作用：氧化還原反應可使蛋白質(zhì)分子中二硫鍵形成或端裂胱氨酸第27頁/共68頁作用：可用于比色法定量測定半胱氨酸的含量。硝基苯甲酸二硫化合物(DTNB)第28頁/共68頁4氨基酸及其衍生物在醫(yī)藥中的應用精氨酸：對治療高氨血癥、肝機能障礙等疾病頗有效果；天冬氨酸：鉀鎂鹽可用于恢復疲勞；治療低鉀癥心臟病、肝病、糖尿病等。半胱氨酸：能促進毛發(fā)的生長，可用于治療禿發(fā)癥；甲酯鹽酸鹽可用于治療支氣管炎等；組氨酸：可擴張血管，降低血壓，用于心絞痛，心功能不全等疾病的治療。第29頁/共68頁許多氨基酸尚有其特定的藥理效應（－）氨基酸的營養(yǎng)價值及其與疾病治療的關系

臨床上常通過直接輸入氨基酸制劑改善患者營養(yǎng)狀況，增加治療機會，促進康復。氨基酸（精氨酸及組氨酸）合成速度較低，通常難以滿足需求，需由外界補充一部分。

（二）治療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第30頁/共68頁（三）治療肝病的氨基酸及其衍生物主要有精氨酸鹽酸鹽、磷葡氨基酸、谷氨酸鈉、蛋氨酸、瓜氨酸、賴氨酸鹽酸鹽等；（四）治療腦及神經(jīng)系統(tǒng)疾病的氨基酸及其衍生物（五）用于腫瘤治療的氨基酸及其衍生物（六）其它氨基酸類藥物的臨床應用第31頁/共68頁5氨基酸類藥物的生產(chǎn)方法

目前構(gòu)成天然蛋白質(zhì)的20種氨基酸的生產(chǎn)方法有天然蛋白質(zhì)水解法、發(fā)酵法、酶轉(zhuǎn)化法及化學合成法等四種。氨基酸及其衍生物類藥物已有百種之多，但主要是以20種氨基酸為原料經(jīng)酯化、?；⑷〈俺甥}等化學方法或酶轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)。第32頁/共68頁水解法以毛發(fā)、血粉及廢蠶絲等蛋白質(zhì)為原料，通過酸、堿或酶水解成多種氨基酸混合物，經(jīng)分離純化獲得各種藥用氨基酸的方法稱為水解法。目前用水解法生產(chǎn)的氨基酸有L-胱氨酸、L-精氨酸、L-亮氨酸、L-異亮氨酸、L-組氨酸、L-脯氨酸及L-絲氨酸等。水解法生產(chǎn)氨基酸的主要過程為水解、分離和結(jié)晶精制三個步驟。

第33頁/共68頁蛋白質(zhì)水解方法蛋白質(zhì)水解分為酸水解法、堿水解法及酶水解法三種。（1）酸水解法蛋白質(zhì)原料用6～10mol／L鹽酸或8mol／L硫酸于110～120℃（回流煮沸）水解12～24h，除酸后即得多種氨基酸混合物。優(yōu)點：水解迅速而徹底，產(chǎn)物全部為L-型氨基酸，無消旋作用。缺點：色氨酸全部被破壞，絲氨酸及酪氨酸部分被破壞，且產(chǎn)生大量廢酸污染環(huán)境。第34頁/共68頁（2）堿水解法蛋白質(zhì)原料經(jīng)6mol／L氫氧化鈉或4mol／L氫氧化鋇于100℃水解6h即得多種氨基酸混合物。優(yōu)點：水解迅速而徹底，且色氨酸不被破壞。缺點：含羥基或巰基的氨基酸全部被破壞，且產(chǎn)生消旋作用。工業(yè)上多不采用。第35頁/共68頁

（3）酶水解法蛋白質(zhì)原料在一定pH和溫度條件下經(jīng)蛋白水解酶作用分解成氨基酸和小肽的過程稱為酶水解法。優(yōu)點：反應條件溫和，無需特殊設備，氨基酸不破壞，無消旋作用。缺點：水解不徹底，產(chǎn)物中除氨基酸外，尚含較多肽類。工業(yè)上很少用該法生產(chǎn)氨基酸而主要用于生產(chǎn)水解蛋白及蛋白胨。第36頁/共68頁氨基酸分離方法

氨基酸分離方法較多，通常有溶解度法、等電點沉淀法、特殊試劑沉淀法、吸附法及離子交換法等。

（1）溶解度法是依據(jù)不同氨基酸在水中或其它溶劑中的溶解度差異而進行分離的方法。胱氨酸和酪氨酸均難溶于水，但在熱水中酪氨酸溶解度較大，而胱氨酸溶解度變化不大，故可將混合物中胱氨酸、酪氨酸及其它氨基酸彼此分開。

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（2）特殊試劑沉淀法系采用某些有機或無機試劑與相應氨基酸形成不溶性衍生物的分離方法。如鄰二甲苯-4-磺酸能與亮氨酸形成不溶性鹽沉淀，后者與氨水反應又可獲得游離亮氨酸；

組氨酸可與HgC12形成不溶性汞鹽沉淀，后者經(jīng)處理后又可獲得游離組氨酸；

精氨酸可與苯甲醛生成水不溶性苯亞甲基精氨酸沉淀，后者用鹽酸除去苯甲醛即可得精氨酸。

第38頁/共68頁（3）吸附法

是利用吸附劑對不同氨基酸吸附力的差異進行分離的方法。如顆?；钚蕴繉Ρ奖彼帷⒗野彼峒吧彼岬奈搅Υ笥趯ζ渌欠枷阕灏被岬奈搅?，故可從氨基酸混合液中將上述氨基酸分離出來。第39頁/共68頁（4）離子交換法

是利用離子交換劑對不同氨基酸吸附能力的差異進行分離的方法。氨基酸為兩性電解質(zhì)，在特定條件下，不同氨基酸的帶電性質(zhì)及解離狀態(tài)不同，故同一種離子交換劑對不同氨基酸的吸附力不同。第40頁/共68頁（5）等電點沉淀法

是利用不同氨基酸有不同等電點，在等電點時，氨基酸分子的凈電荷為零，氨基酸溶解度最小，氨基酸分子彼此吸引成大分子沉淀下來。第41頁/共68頁氨基酸的精制方法

分離出的特定氨基酸中常含有少量其它雜質(zhì)，需進行精制，常用的有結(jié)晶和重結(jié)晶技術(shù)，也可采用溶解度法或結(jié)晶與溶解度法相結(jié)合的技術(shù)。丙氨酸在稀乙醇或甲醇中溶解度較小，且pI為6.0，故丙氨酸可在pH6.0時，用50％冷乙醇結(jié)晶或重結(jié)晶加以精制。

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在沸水中苯丙氨酸溶解度大于酪氨酸100倍，若將含少量酪氨酸的苯丙氨酸粗品溶于15倍體積（w/v）的熱水中，調(diào)pH4.0左右，經(jīng)脫色過濾可除去大部分酪氨酸；濾液濃縮至原體積的1/3，加2倍體積（v/v）的95％乙醇，4℃放置，濾取結(jié)晶，用95%乙醇洗滌，烘干即得苯丙氨酸精品。第43頁/共68頁L-胱氨酸存在于所有蛋白質(zhì)分子中，尤以毛、發(fā)及蹄甲等角蛋白中含量最多。其分子由兩分子半胱氨酸脫氫氧化而成，結(jié)構(gòu)為：水解法制備L-胱氨酸第44頁/共68頁工藝路線

作用與用途

L-胱氨酸具有增強造血機能、升高白細胞、促進皮膚損傷的修復及抗輻射作用。臨床上用于治療輻射損傷、重金屬中毒、慢性肝炎、牛皮癬及病后或產(chǎn)后繼發(fā)性脫發(fā)。第45頁/共68頁

生物化學中稱酵母無氧呼吸過程為發(fā)酵。工業(yè)上，發(fā)酵實質(zhì)上是利用微生物細胞中酶的作用，將培養(yǎng)基中有機物轉(zhuǎn)化為細胞或其它有機物的過程。發(fā)酵法第46頁/共68頁第47頁/共68頁

★初生氨基酸：微生物通過固氮作用、硝酸還原及自外界吸收氨使酮酸氨基化成相應的氨基酸，或微生物通過轉(zhuǎn)氨酶作用，將一種氨基酸的氨基轉(zhuǎn)移到另一種酮酸上，生成的新氨基酸也稱為初生氨基酸?！锎紊被幔涸谖⑸镒饔孟?，以初生氨基酸為前體轉(zhuǎn)化成的其它氨基酸。大多數(shù)氨基酸均可通過以初生氨基酸為原料的微生物轉(zhuǎn)化作用而產(chǎn)生。第48頁/共68頁第49頁/共68頁2、發(fā)酵法的基本過程

⑴發(fā)酵法生產(chǎn)氨基酸的基本過程包括培養(yǎng)基配制與滅菌處理，菌種誘變與選育，菌種培養(yǎng)，滅菌及接種發(fā)酵，產(chǎn)品提取及分離純化等步驟?，F(xiàn)代生物工程采用細胞融合技術(shù)及基因重組技術(shù)改造微生物細胞，已獲得多種高產(chǎn)氨基酸雜種菌株及基因工程菌。如用北京棒狀桿菌和鈍齒棒狀桿菌原生質(zhì)體融合形成的雜種，其中70％雜種細胞產(chǎn)生兩親菌株所產(chǎn)生的氨基酸。

第50頁/共68頁⑵

氨基酸發(fā)酵方式主要是液體通風深層培養(yǎng)法，其過程是由菌種試管培養(yǎng)逐級放大直至數(shù)噸至數(shù)百噸發(fā)酵罐。發(fā)酵結(jié)束，除去菌體，清液用于提取、分離純化和精制有關氨基酸，其分離純化、精制方法及過程與水解法相同。

第51頁/共68頁發(fā)酵法生產(chǎn)的氨基酸品種及工藝

微生物利用碳源、氮源及鹽類幾乎可合成所有氨基酸。目前絕大部分氨基酸皆可通過發(fā)酵法生產(chǎn)，其缺點是產(chǎn)物濃度低，設備投資大，工藝管理要求嚴格，生產(chǎn)周期長，成本高。第52頁/共68頁L-賴氨酸（L-Lysine，L-Lys）的制備

L-Lys自乙醇水溶液中得針狀結(jié)晶，其鹽酸鹽為單斜晶系白色粉末，無臭、味苦，熔點263～264℃，易溶于水，幾乎不溶于乙醇和乙醚，PI為10.56。結(jié)構(gòu)為：第53頁/共68頁工藝路線作用與用途L-Lys為必需氨基酸，是復方氨基酸輸液的重要成份之一，近來有關研究發(fā)現(xiàn)賴氨酸對人的腦部神經(jīng)中樞細胞有很好的修復作用，還可以治療癲癇病、老年性癡呆、腦出血等。第54頁/共68頁酶轉(zhuǎn)化法

酶轉(zhuǎn)化法亦稱為酶工程技術(shù)，實際上是在特定酶的作用下使某些化合物轉(zhuǎn)化成相應氨基酸的技術(shù)。

酶工程技術(shù)工藝簡單，產(chǎn)物濃度高，轉(zhuǎn)化率及生產(chǎn)效率較高，副產(chǎn)物少。

固定化酶或細胞可進行連續(xù)操作，節(jié)省能源和勞務，并可長期反復使用。第55頁/共68頁酶轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)的氨基酸品種及工藝目前醫(yī)藥工業(yè)中，用酶工程法生產(chǎn)的氨基酸已有十多種。

DL-蛋氨酸、DL-纈氨酸、DL-苯丙氨酸、DL-色氨酸、DL-丙氨酸及DL-蘇氨酸等分別經(jīng)氨基?；覆鸱肢@得了相應的L-氨基酸，并已投入了工業(yè)化生產(chǎn)。第56頁/共68頁L-Asp和L-Ala的酶轉(zhuǎn)化反應

工藝路線

L-天冬氨酸及L-丙氨酸的制備第57頁/共68頁

作用與用途

L-Asp有助于鳥氨酸循環(huán)，促進氨和CO2生成尿素，降低血中氨和CO2，增強肝功能，消除疲勞，用于治療慢性肝炎、肝硬化及高血氨癥。同時L-Asp和L-Ala都是復合氨基酸輸液的原料。第58頁/共68頁酶拆分法制備L-苯丙氨酸

（1）L-苯丙氨酸（L-phenylalanine，L-phe）存在于所有蛋白質(zhì)中，為人體必需氨基酸之一，其分子式為C9H11NO2，分子量為165.19，結(jié)構(gòu)為：第59頁/共68頁工藝路線

作用與用途

L-苯丙氨酸