酶工程与生物制药

新疆农业大学课程文献题目:酶工程与生物制药姓名:田宇鹏学院:科学技术学院专业:生物技术班级:082班学号:085202438指导教师:葛杰职称:教师2010年12月01日新疆农业大学教务处制酶工程与生物制药作者:田宇鹏指导老师:葛杰摘要:生物技术正在越来越多地从根本上改变进行药物发现和开发的方法。酶工程是生物技术中发展时间较长的一门技术。本文着重从工程和技术化的角度介绍酶工程在制药工业中的应用.关键词:酶工程生物制药医药应用研究进展TitleAbstract：Biotechnologyisincreasinglyradicallychangethedrugdiscoveryanddevelopmentmethods.Enzymeengineeringisthebiologicaltechnologyinthedevelopmentofthelongeraforeigntechnology.ThisarticleemphaticallyfromtheAngleofengineeringandtechnologyintroducedenzymeengineeringapplicationinpharmaceuticalindustry.Keywords:EnzymeengineeringbiopharmaceuticalPharmaceuticalapplicationResearchprogress酶的概述酶的特性酶是由活细胞产生的具有特殊催化功能的一类蛋白。其特点：催化效率高,专一性强,反应条件温和,催化活性受到调节和控制。酶工程简介酶工程是酶学和工程学相互渗透结合发展而形成一门新的技术学科。它是从应用的目的出发研究酶、应用酶的特异性催化功能，并通过工程化将相应原料转化成有用物质的技术。酶工程的名称出现在20世纪20年代初，在当时，主要是指自然酶制剂在工业上的大规模应用。在七十年代以后，伴随着第二代酶——固定化酶及其相关技术的产生，酶工程才算真正登上了历史舞台。固定化酶正日益成为工业生产的主力军，在化工医药、轻工食品、环境保护等领域发挥着巨大的作用。不仅如此，还产生了威力更大的第三代酶，它是包括辅助因子再生系统在内的固定化多酶系统，它正在成为酶工程应用的主角。酶的来源酶作为生物催化剂普遍存在于动，植物和微生物中，可以直接从生物体中分离提纯。从理论上讲，酶和其他蛋白质一样，也可以通过化学合成法来制得。早期酶的生产主要以动，植物为主要原料，由植物提供的酶主要有蛋白酶，淀粉酶，氧化酶等，由动物提供的酶主要有胰蛋白酶，脂肪酶和用于奶酪生产的凝乳酶等。但目前，工业生产一般以微生物为主要来源。酶的生产菌⒈对菌种的要求：繁殖快，产酶量高，酶的性质应符合使用要求，最好是产生胞外酶的菌；不是致病菌，在系统发育上与病原体无关，也不产生有毒物质；产酶性能稳定，不易变异退化，不易感染噬菌体；能利用廉价的原料，发酵周期短，易于培养。⒉生产菌的来源：生产菌种可以从菌种保藏机构和有关部门获得，但大量的功工作应从自然界中分离筛选。筛选步骤包括菌样采集，菌种的分离初筛，纯化，复复筛和生产性能鉴定等。为提高生产菌，主要应用遗传学原理进行改良，其基本途径有：基因突变，基因转移和基因克隆。⒊目前常用的产酶微生物：大肠杆菌应用最广泛的产酶菌，一般分泌胞内酶，需经细胞破碎才能分离得到；枯草杆菌是工业生产应用最广泛应用之一。酶工程在医药工业中的应用酶促反应的专一性强,反应条件温和。酶工程优点：工艺简单、效率高、生产成本低、环境污染小、产品收率高、纯度好。一、酶在疾病预防和治疗方面的应用1、蛋白酶临床上使用最早、用途最广的药用酶之一。消化剂，用于治疗消化不良和食欲不振，使用时常常与淀粉酶、脂肪酶等一起制成复合酶制剂，以增加疗效，片剂，可口服。消炎剂，对各种炎症有很好的疗效，它能分解一些蛋白质和多肽，使炎症部位的坏死组织溶解，增加组织的通透性，抑制浮肿，促进病灶附近组织积液的排出并抑制肉芽的形成，可口服、外敷和肌肉注射。蛋白酶经组织注射可治疗高血压，由于蛋白酶催化运动迟缓素原及胰血管舒张素原的部分肽段水解生成运动迟缓素和胰血管舒张素，从而使血压下降。2、α-淀粉酶消化药。3、脂肪酶消化剂。假单胞菌脂肪酶能分解血液中的低密度脂蛋白和乳糜微粒，可用于预防和治疗高血脂病。4、右旋糖苷酶水解右旋糖苷生产小分子产物，对龋齿有显著的预防作用，可加到牙膏和淑口水中。5、溶菌酶抗菌、消炎、镇痛作用，作用于细胞壁，使其受到破坏，而使病原菌、腐败性细菌等溶解死亡。6、超氧化物歧化酶抗氧化、抗辐射、抗衰老、保护机体的DNA、蛋白质和细胞膜免受超氧负离子的破坏。对红斑狼疮、皮肤炎、结肠炎、白内障、风湿性关节炎、氧中毒等疾病有显著疗效，对辐射有防护作用。7、乳糖酶治疗乳糖缺乏症，有些人或婴儿肠道中缺乏乳糖酶，饮用含有乳糖的牛奶等食品时，由于不能分解乳糖，在肠道中，乳糖会因为细菌分解而产生有机酸，刺激肠道引起呕吐。8、链激酶可催化纤维蛋白酶原，激活成纤维蛋白酶，将纤维蛋白水解，使血栓溶解。9、尿激酶溶解血栓。固定化细胞法生产6-氨基青霉烷酸青霉素克经青霉素酰化酶作用，水解除去侧链后的产物称为6-氨基青霉烷酸，也称无侧链青霉素。6-氨基青霉烷酸是生产半合成青霉素的最基本原料。1、工艺路线（1）大肠杆菌的培养斜面培养基为普通肉汤琼脂培养基，发酵培养基的成分为蛋白胨、氯化钠、苯乙酸、自来水。用氢氧化钠调酸度为7.0，在55℃。16kP下灭菌30min后备用。在250ml摇瓶中加入发酵液培养液30ml，将斜面接种后培养18-30h的大肠杆菌D816（产青霉素酰化酶），用15ml无菌水制成菌细胞悬液，取1ml悬浮液接种至装有30ml发酵液培养基的摇瓶中，在摇床上28℃，170转每分振荡培养15h，如此依次扩大培养，直至1000-2000l规模通气搅拌培养，培养结束后用高速管式离心机收集菌体，备用。（2）大肠杆菌固定化取湿菌体100kg，置于40度反应罐中，在搅拌下加入戊二醛5l，在转移至搪瓷盘中，使之成为3-5cm厚的液层，室温放置2h，再转移至4度冷库过夜，待形成固体凝胶后，通过粉碎和过筛，使其成为直径为2m米左右的颗粒状固定化大肠杆菌细胞，用蒸馏水以酸度7.5和0.3mol每l磷酸缓冲液先后充分洗涤，抽干，备用。（3）固定化大肠杆菌反应堆制备将上述充分洗涤后的固定化大肠杆菌细胞装填于带保温夹套的填充式反应器中，即成为固定化大肠杆菌反应堆，反应器规格为直径70*160cm。（4）转化反应取20kg青霉素克钾盐，加入到配料罐中，用0.03mol每pH7.5的磷酸缓冲液溶解并使青霉素克钾盐浓度为3%，用2mol每l氢氧化钠溶液调pH至7.5-7.8，然后将反应器及pH调节罐中反应，维持反应体系的酸度在7.5-7.8范围内，以70每min70l流速使青霉素克钾盐溶液通过固定化大肠杆菌反应堆进行循环转化，直至转化液酸度不变为止。循环时间一般为3-4h，反应结束后，放出转化也8，再进入下一批反应。（5）6-氨基青霉烷酸的提取上述转化液经过滤澄清后，滤液用薄膜浓缩器减压浓缩至100l左右，冷却至室温后，于250l搅拌罐中加50l醋酸丁脂充分搅拌提取10-15min，取下层水相，加1%g/ml活性炭于70度搅拌脱色30min，滤除活性炭，滤液用6mol每l盐酸调酸度至4左右，5度放置结晶过夜，次日滤取结晶，用少量冷水洗涤，抽干，115℃烘2-3h得成品6-氨基青霉烷酸，收率为70-80%。固定化酶法生产5’—复合单核苷酸5’—复合单核苷酸可用于治疗白血球下降、血小板减少以及肝功能失调等疾病。核糖核酸经磷酸二脂酶作用，可分解为腺苷、胞苷、尿苷、鸟苷等一磷酸化合物，该磷酸二脂酶存在于桔青霉细胞、谷氨酸发酵菌细胞、麦芽根等生物材料中，本法以麦芽根为材料制备磷酸酶。酶工程研究的进展酶的化学修饰的特点由上可见，酶的化学修饰调节具有以下特点：①须由另一种酶催化，而且酶的活性形式与其非活性形式的相互转变，正、逆两个方向是由不同的酶分别催化的。②其修饰过程出现酶分子上共价键的变化，使酶的化学结构有所改变。③酶分子出现组成的变化。化学修饰常见形式为磷酸化与去磷酸化，但也可为甲基化、乙酰化等。这些化学修饰都可引起酶分子组成的变化。④酶的化学修饰反应是由酶催化的反应，酶的催化效率很高。一个酶分子可催化多个作用物分子（酶蛋白）出现上述组成变化，因而有放大效应。酶的别构调节与化学修饰调节，都是调节现有酶的活性、通过影响现有酶的结构转而影响其活性。但在是否需要其它酶的参与、酶分子有无共价键的改变、有无组成改变等方面，它们都不同。此外，在调节作用上，别构调节多半以影响关键酶（代谢转折点的酶）使代谢发生方向性的变化为其主要作用；化学修饰调节则以放大效应调节代谢强度为主要作用。但也应看到它们的作用是相辅相成的，不可截然划分。有时这两种调节方式可以共存。有些酶具有别构与化学修饰双重调节。化学修饰的措施⑴修饰酶的功能基团⑵酶分子内或分子间进行交联⑶修饰酶的辅因子⑷酶与高分子化和物相结合修饰酶的特性⑴热稳定性提高⑵抗各类失活因子能力提高⑶抗原性消除⑷体内半衰期延长⑸最适改变⑹酶学性质变化⑺对组织分布能力改变酶的化学修饰的前景：化学修饰可以改变天然酶各种活性，扩大酶的应用范围。化学修饰法是改造酶分子的有效方法，而且已有了一定的规律性和普遍性，具有广泛的应用前景。附图:酶工程及生物制药仪器电热恒温培养箱蛋白质检测分离装置酶工程实验室利用酶工程进行大规模培养医学药品主要参考文献[1]罗九甫.酶和酶工程.上海:上海交通大学出版社,1996[2]禹邦超,刘德立.应用酶学导论.武昌:华中师范大学出版社，1994[3]罗贵民。酶工程。北京：化学工业出版社，2002[4]张今。分子酶学工程导论。北京：科学出版社，2003[5]陈年根，刘新泳。抗体酶的研究与应用进展。药物生物技术，2003[6]赵军，朱旋，鲁功成，核酶研究的进展。国外医学分子生物学分册，2003[7]申彦晶,赵树进酶工程在中药有效成分提取及转化中的应用中国医药工业杂志ChineseJournalofPharmaceuticals2007，38(4)[8]袁勤生酶工程与药用酶研究进展华东理工大学生物工程学院[9]张俊祥，李振兴，武治印我国生物制药产业技术路线图研究中国科技论坛第6期(2009年6月)[10]SudhirK.Rai,AshisK.MukherjeeBioresourceTechnologyBioresourceTechnology100(2009)2642–2645