氨基酸類藥物

會(huì)計(jì)學(xué)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(yīng)用4氨基酸類藥物的生產(chǎn)5第1頁(yè)/共68頁(yè)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(yè)/共68頁(yè)20種編碼氨基酸名稱英文三字母英文單字母中文縮寫(xiě)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(yè)/共68頁(yè)名稱英文三字母英文單字母中文縮寫(xiě)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(yè)/共68頁(yè)名稱英文三字母英文單字母中文縮寫(xiě)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(yè)/共68頁(yè)名稱英文三字母英文單字母中文縮寫(xiě)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(yè)/共68頁(yè)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(tuán)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(yè)/共68頁(yè)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(diǎn)及分解點(diǎn)均在200℃以上；在有機(jī)溶劑中溶解度一般較??；均為兩性電解質(zhì)，各有一定等電點(diǎn)。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(jī)化合物乙醇、丙酮等卻使水的介電常數(shù)降低。第8頁(yè)/共68頁(yè)化學(xué)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(yīng)、?；?、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(yīng)（茚三酮反應(yīng)、成肽反應(yīng)）3.2化學(xué)性質(zhì)第9頁(yè)/共68頁(yè)特殊基團(tuán)反應(yīng)：酪氨酸的酚羥基可產(chǎn)生米倫反應(yīng)與福林-達(dá)尼斯反應(yīng)；精氨酸的胍基產(chǎn)生坂口反應(yīng)；色氨酸的吲哚基與芳醛產(chǎn)生紅色反應(yīng)；組氨酸的咪唑基產(chǎn)生Pauly反應(yīng)；苯丙氨酸硝化后于堿性條件下產(chǎn)生桔黃色反應(yīng)；第10頁(yè)/共68頁(yè)

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(yīng)；半胱氨酸在堿性條件下與亞硝基鐵氰化鈉反應(yīng)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(zhǎng)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(jiàn)光區(qū)均無(wú)吸收。

第11頁(yè)/共68頁(yè)3.2.1氨基酸的酸堿兩性和等電點(diǎn)（Ⅱ）pH=pI等電點(diǎn)（Ⅰ）pH<pI陽(yáng)離子（Ⅲ）pH>pI陰離子第12頁(yè)/共68頁(yè)3.2.2α-氨基參加的反應(yīng)（1）與亞硝酸反應(yīng)（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(cè)定第13頁(yè)/共68頁(yè)（2）與?；噭┓磻?yīng)用途：用于多肽和蛋白質(zhì)的人工合成中氨基的保護(hù)試劑，保護(hù)氨基以及肽鏈的氨基端測(cè)定等。第14頁(yè)/共68頁(yè)（3）烴基化反應(yīng)（親核取代反應(yīng)）用途：鑒定多肽N-端氨基酸的重要方法第15頁(yè)/共68頁(yè)（4）形成席夫堿反應(yīng)用途：測(cè)定氨基酸的濃度第16頁(yè)/共68頁(yè)（5）脫氨基反應(yīng)用途：氨基酸脫氫酶和轉(zhuǎn)氨酶催化的反應(yīng)+α-酮戊二酸谷氨酸第17頁(yè)/共68頁(yè)3.2.3α-羧基參加的反應(yīng)（1）成鹽和成酯反應(yīng)用途：當(dāng)氨基酸的羧基變成甲酯、乙酯或鈉鹽后，羧基的化學(xué)反應(yīng)性能即被掩蔽或者說(shuō)羧基被保護(hù)，而氨基的化學(xué)反應(yīng)性能得到加強(qiáng)或氨基被活化。干燥、回流、HCl第18頁(yè)/共68頁(yè)（2）成酰氯反應(yīng)用途：氨基首先保護(hù)，是氨基酸羧基活化的一個(gè)重要反應(yīng)，使它容易與另一個(gè)氨基酸的氨基結(jié)合，多肽合成中常用。第19頁(yè)/共68頁(yè)（3）脫羧基反應(yīng)用途：脫羧酶催化的反應(yīng)。+組氨酸組胺第20頁(yè)/共68頁(yè)（4）疊氮反應(yīng)用途：氨基酸的氨基通過(guò)?；右员Ｗo(hù)，羧基經(jīng)酯化轉(zhuǎn)變?yōu)榧柞?，然后與肼和亞硝酸反應(yīng)即變成疊氮化物。此反應(yīng)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(yè)/共68頁(yè)++++RCHO羅曼紫（藍(lán)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(yīng)用途：常用于氨基酸的定性或定量分析。（1）茚三酮反應(yīng)第22頁(yè)/共68頁(yè)（2）成肽反應(yīng)用途：是多肽和蛋白質(zhì)生物合成的基本反應(yīng)。第23頁(yè)/共68頁(yè)[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(yīng)第24頁(yè)/共68頁(yè)巰基（-SH）的性質(zhì)1作用：這些反應(yīng)可用于巰基的保護(hù)。ICH2CNH2O第25頁(yè)/共68頁(yè)作用：與金屬離子的螯合性質(zhì)可用于體內(nèi)解毒。第26頁(yè)/共68頁(yè)作用：氧化還原反應(yīng)可使蛋白質(zhì)分子中二硫鍵形成或端裂胱氨酸第27頁(yè)/共68頁(yè)作用：可用于比色法定量測(cè)定半胱氨酸的含量。硝基苯甲酸二硫化合物(DTNB)第28頁(yè)/共68頁(yè)4氨基酸及其衍生物在醫(yī)藥中的應(yīng)用精氨酸：對(duì)治療高氨血癥、肝機(jī)能障礙等疾病頗有效果；天冬氨酸：鉀鎂鹽可用于恢復(fù)疲勞；治療低鉀癥心臟病、肝病、糖尿病等。半胱氨酸：能促進(jìn)毛發(fā)的生長(zhǎng)，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(kuò)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(yè)/共68頁(yè)許多氨基酸尚有其特定的藥理效應(yīng)（－）氨基酸的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及其與疾病治療的關(guān)系

臨床上常通過(guò)直接輸入氨基酸制劑改善患者營(yíng)養(yǎng)狀況，增加治療機(jī)會(huì)，促進(jìn)康復(fù)。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(bǔ)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(yè)/共68頁(yè)（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(yīng)用第31頁(yè)/共68頁(yè)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(xué)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(xué)方法或酶轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)。第32頁(yè)/共68頁(yè)水解法以毛發(fā)、血粉及廢蠶絲等蛋白質(zhì)為原料，通過(guò)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(guò)程為水解、分離和結(jié)晶精制三個(gè)步驟。

第33頁(yè)/共68頁(yè)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(diǎn)：水解迅速而徹底，產(chǎn)物全部為L(zhǎng)-型氨基酸，無(wú)消旋作用。缺點(diǎn)：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(yè)/共68頁(yè)（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(diǎn)：水解迅速而徹底，且色氨酸不被破壞。缺點(diǎn)：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(yè)/共68頁(yè)

（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(guò)程稱為酶水解法。優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)條件溫和，無(wú)需特殊設(shè)備，氨基酸不破壞，無(wú)消旋作用。缺點(diǎn)：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(yè)/共68頁(yè)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(diǎn)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(jìn)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(kāi)。

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（2）特殊試劑沉淀法系采用某些有機(jī)或無(wú)機(jī)試劑與相應(yīng)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(yīng)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(yè)/共68頁(yè)（3）吸附法

是利用吸附劑對(duì)不同氨基酸吸附力的差異進(jìn)行分離的方法。如顆粒活性炭對(duì)苯丙氨酸、酪氨酸及色氨酸的吸附力大于對(duì)其它非芳香族氨基酸的吸附力，故可從氨基酸混合液中將上述氨基酸分離出來(lái)。第39頁(yè)/共68頁(yè)（4）離子交換法

是利用離子交換劑對(duì)不同氨基酸吸附能力的差異進(jìn)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(duì)不同氨基酸的吸附力不同。第40頁(yè)/共68頁(yè)（5）等電點(diǎn)沉淀法

是利用不同氨基酸有不同等電點(diǎn)，在等電點(diǎn)時(shí)，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(lái)。第41頁(yè)/共68頁(yè)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(jìn)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(shí)，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(guò)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(yè)/共68頁(yè)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(yè)/共68頁(yè)工藝路線

作用與用途

L-胱氨酸具有增強(qiáng)造血機(jī)能、升高白細(xì)胞、促進(jìn)皮膚損傷的修復(fù)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(yè)/共68頁(yè)

生物化學(xué)中稱酵母無(wú)氧呼吸過(guò)程為發(fā)酵。工業(yè)上，發(fā)酵實(shí)質(zhì)上是利用微生物細(xì)胞中酶的作用，將培養(yǎng)基中有機(jī)物轉(zhuǎn)化為細(xì)胞或其它有機(jī)物的過(guò)程。發(fā)酵法第46頁(yè)/共68頁(yè)第47頁(yè)/共68頁(yè)

★初生氨基酸：微生物通過(guò)固氮作用、硝酸還原及自外界吸收氨使酮酸氨基化成相應(yīng)的氨基酸，或微生物通過(guò)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镒饔孟拢猿跎被釣榍绑w轉(zhuǎn)化成的其它氨基酸。大多數(shù)氨基酸均可通過(guò)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(yè)/共68頁(yè)第49頁(yè)/共68頁(yè)2、發(fā)酵法的基本過(guò)程

⑴發(fā)酵法生產(chǎn)氨基酸的基本過(guò)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(xì)胞融合技術(shù)及基因重組技術(shù)改造微生物細(xì)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(xì)胞產(chǎn)生兩親菌株所產(chǎn)生的氨基酸。

第50頁(yè)/共68頁(yè)⑵

氨基酸發(fā)酵方式主要是液體通風(fēng)深層培養(yǎng)法，其過(guò)程是由菌種試管培養(yǎng)逐級(jí)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(guān)氨基酸，其分離純化、精制方法及過(guò)程與水解法相同。

第51頁(yè)/共68頁(yè)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(guò)發(fā)酵法生產(chǎn)，其缺點(diǎn)是產(chǎn)物濃度低，設(shè)備投資大，工藝管理要求嚴(yán)格，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，成本高。第52頁(yè)/共68頁(yè)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(wú)臭、味苦，熔點(diǎn)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(yè)/共68頁(yè)工藝路線作用與用途L-Lys為必需氨基酸，是復(fù)方氨基酸輸液的重要成份之一，近來(lái)有關(guān)研究發(fā)現(xiàn)賴氨酸對(duì)人的腦部神經(jīng)中樞細(xì)胞有很好的修復(fù)作用，還可以治療癲癇病、老年性癡呆、腦出血等。第54頁(yè)/共68頁(yè)酶轉(zhuǎn)化法

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

酶工程技術(shù)工藝簡(jiǎn)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(xì)胞可進(jìn)行連續(xù)操作，節(jié)省能源和勞務(wù)，并可長(zhǎng)期反復(fù)使用。第55頁(yè)/共68頁(yè)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(yīng)的L-氨基酸，并已投入了工業(yè)化生產(chǎn)。第56頁(yè)/共68頁(yè)L-Asp和L-Ala的酶轉(zhuǎn)化反應(yīng)

工藝路線

L-天冬氨酸及L-丙氨酸的制備第57頁(yè)/共68頁(yè)

作用與用途

L-Asp有助于鳥(niǎo)氨酸循環(huán)，促進(jìn)氨和CO2生成尿素，降低血中氨和CO2，增強(qiáng)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(shí)L-Asp和L-Ala都是復(fù)合氨基酸輸液的原料。第58頁(yè)/共68頁(yè)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(yè)/共68頁(yè)工藝路線

作用與用途

L-苯丙氨酸