酶工程在现代制药领域的应用

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1、酶工程技术在现代制药领域的应用内容摘要：酶工程是现代生物技术的重要组成部分，作为一项高新型技术为各工业的发展起到重要的推动作用。介绍了酶固定化、酶的化学修饰、抗体酶、核酸酶、酶标药物的理论及技术研究的新进展以及酶工程在制药工业领域中的应用，对酶工程在制药领域应用的发展前景进行探讨。关键词：酶工程，酶的固定化，酶制药，应用一、酶工程概述酶工程是将酶、含酶细胞器或细胞（微生物、动物、植物）等在一定的反应装置中，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

2、化，酶的修饰与改造及酶反应器等方面的内容。其应用主要集中于医药工业、食品工业及轻工业中。（一）酶的固定化技术及其应用通过将酶包埋于凝胶、微囊体内，或通过共价键、离子键吸附连接至固相载体上，或通过交联剂使酶分子相互交联等方法使酶不溶局限在一个有限的空间内的技术过程。该技术可以使酶在批量反应中反复使用，在连续反应中连续使用或酶与产物易分离。固定化酶克服了游离酶稳定性差，不能在有机溶剂中使用及不耐强酸、强碱和高温等复杂环境的缺点。我国研制过得固化酶（细胞）已有50中左右，分为三种类型：固定化单酶或含特定酶的细胞、固定化双酶、固定化

3、各类激酶构成ATP再生系统。固定化的方法有吸附法、共价结合法、包埋法、微囊法和交联法等基本方法，也有交联酶晶体、交联酶聚集体、硅基质包埋法和脂质包埋法等新型固定化技术[1]。在制药领域中应用较多的是包埋法，其次是吸附法。目前已有多种固定化酶用于大规模工业化生产，如：氨基酰化酶、青霉素酰化酶、天门冬氨酸酶、天门冬氨酸-β-脱羧酶。1、氨基酰化酶：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离得到的氨基酰化酶，用DEAE-葡聚糖凝胶为载体通过离子键结合法制成

4、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，再进行拆分。生产成本仅为用游离酶生产成本的60%左右。2、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，只要改变pH等条件，就既可以催化青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与其他

5、的羧酸衍生物进行反应，以合成新的具有不同侧链基团的青霉素或头孢霉素。3、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离出来，再用离子键结合法制成固定化酶，用于工业化生产。4、天门冬氨酸-β-脱羧酶：将含天门冬氨酸-β-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-β-脱羧酶，于1982年用于工业化生产，催化

6、L-天门冬氨酸脱去β-羧基，生产L-丙氨酸。（二）酶的化学修饰酶的化学修饰是指通过对酶蛋白分子的主链进行“切割”、“剪切”以及在侧链上进行化学修饰,是利用化学手段将某些化学物质或基团结合到酶分子上最终达到改变酶的某些催化特性和功能的技术过程。通过酶的化学修饰,可以提高酶的活力，增加酶的稳定性，消除或降低酶的抗原性等。修饰剂的选用和修饰方法有：1、修饰酶的功能基团如氨基、羟基、咪唑基等可离解基团，如抗白血病药物天冬酰胺酶[2]；2、进行酶分子内或分子间交联，应用某些双功能试剂分子两端的功能基团可使酶分子内或分子间肽链的两个游离

7、氨基分别发生交联，如交联后的人α-半乳糖苷酶，其热稳定性和抗蛋白酶的性能都有明显提高；3、酶与高分子化合物结合后，可以增加酶的稳定性和活力。例如抗白血病药物天冬酰胺酶经游离氨作用、酰化反应进行修饰后，在血浆中的稳定性有很大的提高；胰凝乳蛋白酶与水溶性大分子化合物右旋糖酐结合后，其催化活力提高4倍[3]。常用修饰剂主要有乙酸酐、氮芥类、磷氧酰氯、环氧丙烷、重氮盐类、羟胺等[4]。（三）酶的非水相催化和酶的定向进化酶在非水介质（有机溶剂介质、气体介质、超临界流体介质、离子液介质等）中进行催化反应的技术过程称为酶的非水相催化[5]

8、。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、进行在水溶液中无法进行的合成反应、减少产物对酶的反馈抑制作用、提高手性化合物不对称反应的底物选择性、基团选择性、区域选择性、对映体选择性等显著特点。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