氨基酸类药物-20170329.pdf

1 氨基酸类药物 2 氨基酸类药物 一.氨基酸类药物概述及分类 二.氨基酸类药物的制造方法 三.氨基酸输液 3 一.氨基酸类药物概述及分类 羧酸分子中一个或一个以上氢原子被氨基取代后生成的化合物称为氨基酸。在自然界中组成生物体各种蛋白质的氨基酸有20余种，除Pro其分子结构的共同特点是都有一个-氨基，故统称为-氨基酸。*NH2R CH COOH4 -氨基酸的构型氨基酸的构型 除Gly外，分子中-碳均为手性碳原子，有旋光异构体。构型习惯上采用D/L法标记。不论含几个手性碳原子，以-碳的构型为准。L-氨基酸 L-丙氨酸 HRH2NCOOHHRCOOHNH2天然蛋白质水解得到的-氨基酸几乎都是L构型 HH2NCOOHCH3D-氨基酸 5-氨基酸根据R基分为 脂肪族氨基酸 芳香族氨基酸 杂环氨基酸 根据氨基、羧基的数目分为 中性氨基酸 氨基数 =羧基数 碱性氨基酸 氨基数 羧基数 酸性氨基酸 氨基数 pI pH=pI pHpI 偶极离子-净电荷为零-在电场中不移动，此时溶液的pH值称为等电点（pI）。OH-H+OH-H+R CH COO-NH2+NH3_ _R CH COOHR CH COONH3+酸性氨基酸 pI 2.83.2 中性氨基酸 pI 5.06.3 碱性氨基酸 pI 7.610.8 11 2 2氨基酸氨基的反应氨基酸氨基的反应 （氨基的反应）（亚氨基，胍基不放出氮气，（DNFB）H+RCHCO2HNH3+RCHCO2HOH+H2O+N2()HNO2Ac2O或 RCOClRCHCO2HNCH2HCHORCHCO2HNHCOCH3或 RCHCO2HN(CH2OH)2NO2FO2NRCHCO2HNHNO2NO2H2O2或RCCO2HNHH2ORCCO2HORCHCO2HNH2（黄色产物）KMnO4,酶亚氨基酸测定氮气量即可算出分子中氨基的含量，此法称van slyke氨基测定法）（氨基酸能和甲醛反应使氨基的碱性消失，因而随后就可用NH3+（因-代谢的重要过程）（酶催化下的蛋白质分解NH3+（DNFB的衍生物，用于氨基酸分析）氨基酸中氨基上未共用电子对和氢离子结合生成的能力，加入相当于使氨基游离的碱可加速反应），失去了亲核反应碱来滴定羧基的含量）Sanger试剂（DNP）12 3 3氨基酸羧基的反应氨基酸羧基的反应 RCHCO2HNH2OH-RCHCO2-NH2CH3OHHClRCHCO2CH3NH2RNH2RCHCONHRNH2LiAlH4RCHCH2OHNH2（羧基的反应）（酯化）（生成酰胺）13 4 4氨基酸氨基酸羧基和羧基共同参与的羧基和羧基共同参与的反应反应 14 氨基酸（amino acid,AA）是蛋白质的基本组成单位。蛋白质和氨基酸之间的不断分解与合成，在机体内形成一个动态平衡，任何一种氨基酸的缺乏及代谢失调，都会破坏这种平衡，导致机体代谢紊乱甚至疾病.氨基酸及其衍生物是治疗蛋白质代谢紊乱、蛋白质缺损所引起的一系列疾病的重要生化药物。也是具有高度营养价值的蛋白质补充剂。15(三)氨基酸及其衍生物在医药中应用 1.氨基酸的营养价值及其与疾病治疗的关系 必需氨基酸:人和哺乳动物自身不能合成，需要由食物供应，称为必需氨基酸。氨基酸输液 必需氨基酸：苏氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸 半必需氨基酸：精氨酸、组氨酸是幼儿所必需的。16(三)氨基酸及其衍生物在医药中应用 2.治疗消化道疾病的氨基酸及其衍生物 谷氨酸及其盐酸盐，谷氨酰胺，乙酰谷酰胺铝，甘氨酸及其铝盐，硫酸甘氨酸铁，维生素U及组氨酸盐酸盐等。甘氨酸及其铝盐以及谷氨酸盐酸盐是通过调节胃液酸碱度实现治疗。谷氨酸盐酸盐可提供盐酸及促进胃酸分泌，甘氨酸及其铝盐可中和过多胃酸，保护黏膜。谷氨酸，谷氨酰胺，乙酰谷酰胺铝，维生素U及组氨酸盐酸盐是通过保护消化道黏膜或促进黏膜增生而达到防治胃及十二指肠溃疡的作用。17(三)氨基酸及其衍生物在医药中应用 3.治疗肝病的氨基酸及其衍生物 精氨酸盐酸盐，磷葡精氨酸，鸟天氨酸，谷氨酸钠，蛋氨酸，乙酰蛋氨酸，瓜氨酸，赖氨酸盐酸盐，及天冬氨酸等。Asp用以降低血氨 异亮氨酸、亮氨酸等纠正血浆氨基酸失衡 Met、胱氨酸用于治疗脂肪肝 精氨酸对治疗高氨血症、肝机能障碍等疾病颇有效果 18(三)氨基酸及其衍生物在医药中应用 4.治疗脑及神经系统疾病的氨基酸及其衍生物 谷氨酸钙盐及镁盐，氢溴酸谷氨酸，色氨酸，5-羟色氨酸、左旋多巴等。L-谷氨酸的钙盐及镁盐用于治疗神经衰弱及其官能症，脑外伤，以及癫痫小发作。-酪氨酸用于治疗记忆障碍，语言障碍，癫痫等。临床上L-色氨酸用于治疗神经分裂，改善抑郁症等。左旋多巴用于治疗震颤麻痹症及控制锰中毒的神经症状。酪氨酸亚硫酸盐用于治疗脊髓灰质炎等。19(三)氨基酸及其衍生物在医药中应用 5.用于肿瘤治疗的氨基酸及其衍生物 偶氮丝氨酸，氯苯丙氨酸，磷天冬氨酸及重氮氧代正亮氨酸等。偶氮丝氨酸用于治疗急性白血病及霍奇金病。氯苯丙氨酸用于治疗肿瘤综合症，减轻症状。磷天冬氨酸用于治疗B16黑色素瘤及Lewis肺癌。重氮氧代正亮氨酸用于治疗急性白血病。20(三)氨基酸及其衍生物在医药中应用 6.其它氨基酸类药物的临床应用 天冬氨酸：钾镁盐可用于恢复疲劳；治疗低钾症心脏病、肝病、糖尿病等。半胱氨酸：能促进毛发的生长，可用于治疗秃发症；甲酯盐酸盐可用于治疗支气管炎等；组氨酸：可扩张血管，降低血压，用于心绞痛，心功能不全等疾病的治疗。21 二.氨基酸类药物的制造方法 生产概况 目前，氨基酸及其衍生物类药物达一百多种，氨基酸类药物的应用不断扩大，形成一个新兴的工业体系，称氨基酸工业。天然氨基酸的总产量已达百万吨。22 二.氨基酸类药物的制造方法 1.水解法 2.发酵法 3.酶转化法 4.化学合成法 23(一)水解法 1.基本原理与过程 以毛发、血粉及废蚕丝等蛋白质原料，通过酸、碱或酶水解成多种氨基酸混合物，经分离纯化获得各种药用氨基酸的方法，称水解法。水解法生产氨基酸的主要过程为水解，分离，结晶静制。分酸水解法、碱水解法和酶水解法。24(一)水解法蛋白质水解 名称 水解条件 优点 缺点 注 酸水解法 用610ml/L HCl(或1.82倍工业HCl或4mol/L ),在110120C下，水解1224h 水解完全彻底，全部是L氨基酸，不引起氨基酸消旋作用 色氨酸全被破坏；丝氨酸部分被破坏；腐蚀设备；劳动条件差；产生大量废酸 工业生产常采用 碱水解法 用6mol/L NaOH或2mol/L ，在100C水解6h 水解完全，色氨酸不被破坏，不腐蚀设备 氨基酸发生消旋作用；丝氨酸、精氨酸、苏氨酸、胱氨酸等大部分被破坏 一般很少采用 酶水解法 用胰酶或胰浆、微生物蛋白酶等，在适宜的PH、温度、一定的时间和酶浓度下水解蛋白质 反应条件温和；氨基酸不被破坏；不发生消旋作用；设备简单；劳动条件较好 水解不彻底；中间产物多肽类较多；一般时间较长；易污染菌 用于制造蛋白胨、水解蛋白、氨基酸生产比较少用 24H SO2()Ba OH25(一)水解法氨基酸分离（1）溶解度法 依据不同氨基酸在水中或其他溶剂中的溶解度差异而进行分离的方法。如利用酪氨酸与胱氨酸在热水中的溶解度不同进行分离。（2）特殊试剂沉淀法 系采用某些有机或无机试剂与相应氨基酸形成不溶性衍生物的分离方法。如精氨酸与苯甲醛生成沉淀，盐酸去除苯甲醛即可得精氨酸。（3）吸附法 利用吸附剂对不同氨基酸吸附力的差异进行分离的方法。（4）离子交换法 利用离子交换剂对不同氨基酸吸附能力的差异进行分离的方法。26 27(一一)水解法水解法氨基酸分离氨基酸分离（3）吸附法吸附法 利用利用吸附剂吸附剂对不同氨基酸对不同氨基酸吸附力吸附力的差异进行分离的方法。的差异进行分离的方法。如颗粒活性炭对酪如颗粒活性炭对酪氨酸氨酸,色氨酸色氨酸,苯丙氨酸的吸附力大于非芳香族苯丙氨酸的吸附力大于非芳香族氨基酸的吸附力氨基酸的吸附力,故可以从氨基酸混合液中将故可以从氨基酸混合液中将上述的氨基酸分离出来上述的氨基酸分离出来.（4）离子交换法离子交换法 利用利用离子交换剂离子交换剂对不同氨基对不同氨基酸酸吸附能力吸附能力的差异进行分离的方法。的差异进行分离的方法。28(一)水解法氨基酸的精制 常用的有结晶与重结晶或结晶与溶解度法相结合。如丙氨酸在稀乙醇或甲醇中的溶解度较小，且pI为6.0，故丙氨酸可在ph6.0时，用50%冷乙醇结晶或重结晶加以精制。29(一)水解法 2.用水解法生产氨基酸的品种及工艺 L-胱氨酸存在于所有蛋白质分子中，尤以毛、发、蹄甲等角蛋白中含量最多，其分子由两分子半胱氨酸脱氢氧化而成，含两个氨基、两个羧基和一个二硫键。PI 为5.05，在250C水中的溶解度为0.011，在750C水中溶解度为0.052。溶于无机酸及无机盐，在热碱液中可被分解。30(一)水解法 胱氨酸结构 31 L-胱氨酸工艺路线 水解、中和、粗制、精制水解、中和、粗制、精制 32 L-胱氨酸工艺讨论（1）影响毛发蛋白水解的因素 酸的用量、水解时间、水解温度。（2）提高收率，通过控制好水解、中和、过滤三个环节。一般收率在3-4%，最高可达8%。33 L-胱氨酸作用与用途 胱氨酸是最早发现的氨基酸。胱氨酸比半胱氨酸稳定，它在体内转变为半胱氨酸后参与蛋白质合成和各种代谢过程。L-胱氨酸具有增强造血功能，升高白细胞，促进皮肤损伤的修复及抗辐射作用。临床上用于治疗辐射损伤，重金属中毒，慢性肝炎，牛皮癣及病后或产后继发性脱发。34(二)发酵法 1.基本原理 工业上，发酵指的是微生物纯种培养过程，实质上是利用微生物细胞中酶的作用，将培养基中有机物转化为细胞或其他有机物的过程。发酵有厌氧发酵和好氧发酵之分，氨基酸发酵属于好氧的不完全氧化过程。35(二)发酵法 氨基酸发酵法有广义和狭义之分。狭义指通过特定微生物在以碳源和氮源以及其它成分的培养基中生长，直接产生氨基酸的方法。广义指除直接发酵法外，尚包括添加前体发酵法及酶转化技术生产氨基酸。36(二)发酵法 2.基本过程 菌种：主要有细菌、酵母菌，包括野生型菌株、营养缺陷型变异株、原生质体融合形成的杂种、基因工程菌。发酵方式：液体通风深层培养法，其过程是由菌种试管培养逐级放大直至数吨或数百吨发酵罐，发酵结束后，除去菌体，清液用于提取、分离纯化和精制有关氨基酸。37(二)发酵法 微生物利用碳源、氮源及盐类几乎可合成所有氨基酸，目前绝大部分氨基酸皆可通过发酵法生产。产品都是L-型氨基酸。缺点：产物浓度低、设备投资大、工艺管理要求严格、生产周期长、成本高。38 3.发酵法生产的氨基酸品种及工艺 L-赖氨酸存在于所有蛋白质中，为人体必需氨基酸之一，化学名称为2、6-二氨基己酸,易溶于水,几乎不溶于乙醇和乙醚,pI为10.56。分子式为 61422C H N O39 解除自身代谢调节 高丝氨酸缺陷型 抗赖氨酸结构类似物（AECR）抗苏氨酸结构类似物（AHVR）天冬氨酸激酶（AK)40 L-赖氨酸工艺路线 41 L-赖氨酸工艺讨论 首先，必须防止产生菌在发酵培养中的回复突变。其次要控制好通气、pH、温度等发酵条件。糖浓度在5-7%左右，如超过12%，赖氨酸生成显著受到影响；pH控制在6.5-7.5，以氨水调节；氧的控制也很重要，供氧不足，细胞膜构造引起变化，磷脂含量增加，赖氨酸排出能力降低；温度控制在30。42 L-赖氨酸应用：赖氨酸能提高血脑屏障通透性，有助于药物进入脑细胞内，是治疗脑病的辅助药物。赖氨酸抗坏血酸盐能促进食欲 赖氨酸氯化钙合剂了治疗各种缺钙症 赖氨酸铝盐可治疗胃溃疡 赖氨酸乳清酸盐为护肝药物，适用于各种肝炎、肝硬化和高血氨症等。43(三)酶转化法 1.基本原理与工程 酶转化法亦称为酶工程技术，实际上是在特定酶的作用下使某些化合物转化成相应氨基酸的技术。过程:培养产酶微生物 将酶或细胞固定化 并装填于反应器中 加入相应底物合成特定氨基酸 反应液经分离纯化成成品。44(三)酶转化法 特点：工艺简单、可连续操作、可长期反复使用、产物浓度高、转化率及生产效率较高、副产物少，节省能源与劳务。2.酶转化法生产的氨基酸品种及工艺 (1)L-天冬氨酸及L-丙氨酸的结构性质 L-Asp存在于所有蛋白质分子中，含两个羧基和一个氨基，为酸性氨基酸。45(三)酶转化法 L-Asp纯品为白色菱形叶片状结晶，pI为2.77，溶于水及盐酸，不溶于乙醇及乙醚，在250C水中溶解度为0.8，在750C水中为2.88，在乙醇中为0.00016。在碱性溶液中为左旋性，在酸性溶液为右旋性。L-Ala存在于所有蛋白质分子中，为中性氨基酸，在水中和乙醇中形成菱形结晶，pI为6.0，分解点为2970C，在250C水中溶解度为16.65。46(三)酶转化法 在750C水中为28.5，在200C乙醇中为0.16，不溶于丙酮及乙醚。(2)L-Asp和L-Ala的酶转化反应 47 L-天冬氨酸工艺路线 48 L-天冬氨酸工艺过程（1）菌种培养:E.coli AS1.881(含天冬氨酸酶）、德阿昆哈假单孢菌变异株（含L-Asp-脱羧酶）（2）细胞固定：用戊二醛结合法。（3）制备生物反应堆：将固定化细胞装填于填充式反应器中，制成。（4）转化反应：将底物溶液流过生物反应堆，进行转化。（5）产品纯化与精制 49 作用与用途 L-天冬氨酸有助于鸟氨酸循环，促进氨和二氧化碳生成尿素，降低血中氨和二氧化碳，增强肝功能，消除疲劳，用于治疗慢性肝炎、肝硬化及高血氨症。同时L-天冬氨酸和L-丙氨酸都是氨基酸输液的原料。50 51 L-苯丙氨酸：为复方氨基酸注射液的重要原料之一，也是合成苯丙氨酸氮芥及对氟苯丙氨酸等抗癌药的原料。pI 5.48 COOHNH252 酶拆分法制备L-苯丙氨酸:原理与过程 原理：DL-Phe与醋酸酐反应生成Ac-DL-Phe，氨基酰化酶可专一性水解Ac-L-Phe的酰氨键生成L-Phe，而不水解Ac-D-Phe酰氨键，再利用L-Phe与Ac-D-Phe在水中的溶解度的差异进行分离，Ac-D-Phe又可经消旋生成Ac-DL-Phe，再进行水解和分离。如此反复进行，可将DL-Phe全部转化为L-Phe。53 酶拆分法制备L-苯丙氨酸工艺路线：54(四)化学合成法 以某些相应化合物为原料，经氨解、水解、缩合、取代及氢化还原等化学反应合成氨基酸的方法称为化学合成法。可归纳为一般合成法及不对称合成法两大类。前者产物为DL-型氨基酸混合物，后者产物为L-型氨基酸。55 L-脯氨酸结构与性质 COOHNH L-脯氨酸存在于所有蛋白质中，鸡毛中含量较丰富。pI为6.3，极易溶于水，不溶于乙醇及乙醚。56 L-脯氨酸合成路线脯氨酸合成路线 以浓硫酸为脱水剂，使L-谷氨酸与乙醇缩合成L-谷氨酸-乙酯，后者经硼氢化钾还原即成L-脯氨酸 57 L-脯氨酸工艺路线 L谷氨酸 乙醇 L-谷氨酸-乙酯 LPro反应液 沉淀 滤液 滤液 固形物 L脯氨酸成品 酯化 H2SO4,00C 三乙胺 还原 KBH4,H2O 05 OC 沉淀 五氯酚 过滤 解析 氨水 过滤 抽提,浓缩 乙醚 精制 浓缩,脱色 活性炭 过滤 58 L-脯氨酸工艺路线 注解：也可以采用水解法和发酵法制备。注解：也可以采用水解法和发酵法制备。临床上用于治疗临床上用于治疗皮肤病皮肤病，能促进伤口愈能促进伤口愈 合，也是复方氨基酸注射液的原料合，也是复方氨基酸注射液的原料。59 三.氨基酸输液 定义 氨基酸输液的组成与要求 氨基酸输液的配方 氨基酸输液的配制 氨基酸输液的质量标准 营养用氨基酸输液 代血浆 肝病用氨基酸输液（肝安）肾病氨基酸输液（肾安、肾灵）60 定义 定义：多种结晶L-氨基酸依特定比例混合制成的静脉内输注液称氨基酸输液。氨基酸输液可直接注入进食不足者的血液中，促进蛋白质、酶及肽类激素的合成，提高血浆蛋白的浓度与组织蛋白含量，维持氮平衡，调节机体正常代谢。氨基酸输液种类很多，有含氨基酸数目为11、14、18及20种等多种类型，氨基酸浓度分别为3%、5%、9%、10%、12%等多种规格。61 氨基酸输液的组成与要求 1.所有氨基酸均为L-型。2.必须含有8种必需氨基酸和两种半必需氨基酸。3.必需氨基酸和非必需氨基酸应按一定比例。4.有些氨基酸输液还需要加入山梨醇、木糖醇、维生素、无机离子等，以补充能量，提高营养价值和氨基酸利用率。62 氨基酸输液的配方 多采用下列氨基酸组成模式制订配方：1.人乳蛋白模式；2.鸡蛋蛋白质模式；3.FAO暂定模式；4.FAO-WHO参考模式 5.需要量适合模式 6.血浆氨基酸模式 7.土豆鸡蛋模式 63 氨基酸输液的配制 1.取三分之二注射用水加温至90，依次投入稳定而难溶氨基酸，搅溶。2.加入易溶氨基酸及稳定剂（NaHSO3、半胱氨酸，加至全量浓度为0.05%）。3.降温，用10%NaOH调pH4.5-5.5，补足注射用水。4.加入0.1-0.2%活性炭脱色30分钟，过滤。5.超滤（截留值1-2万），分装，压盖，105蒸汽灭菌30分钟。64 氨基酸输液的质量标准 包括pH值、鉴别反应、含量测定（UV法、氨基酸自动分析仪或HPLC）、安全试验、热原、降压物质等。65 营养用氨基酸输液 主要用于不能经口进食，消化吸收有障碍，长期患消耗性疾病，急需补充营养以增强体质等的患者；可改善术前患者营养状态，使患者做大手术成为可能；以及补充创伤、烧伤、骨折、化脓及术后患者的蛋白质损失。其组成以8种必需氨基酸为主，再加精氨酸、组氨酸、甘氨酸，共计11种结晶氨基酸，其必需氨基酸比例符合Rose模式。66 代血浆 对某些患者来说，不仅需要输入代血浆来维持正常血压，同时还需要补充营养，若用含血浆增量剂的氨基酸输液营养代血浆则能起到双重效果。67 代血浆 所谓血浆增量剂的渗透压和比重均与血浆相似，能在体内停留适当时间后排出而不至于在体内积蓄，已被应用于氨基酸输液中的有右旋糖酐和聚乙烯吡咯酮（PVP)。若配以适量的血浆增量剂、能量添加剂和无机盐以构成复方氨基酸输液，可以节约部分血源，是外科治疗的重要措施。68 肝病用氨基酸输液（肝安）严重肝病或肝功能衰竭的患者，血浆中氨基酸谱有显著改变，氨基酸平衡失调，因此，治疗肝功能衰竭的主要措施是使血浆氨基酸谱恢复正常。肝病用氨基酸输液对于纠正病人血浆氨基酸谱紊乱和治疗肝昏迷有良好效果。它既补充了氨基酸营养成分，并为了增加脱氨能力，在配方中增加了精氨酸、谷氨酸、天冬氨酸和鸟氨酸等。69 肾病氨基酸输液（肾安、肾灵）急慢性肾衰的病人，血浆中必需氨基酸和组氨酸浓度急慢性肾衰的病人，血浆中必需氨基酸和组氨酸浓度普遍下降，非必需氨基酸和血尿素氮量增加，对其治普遍下降，非必需氨基酸和血尿素氮量增加，对其治疗是供给足够的能量和较安全需要量的必需氨基酸，疗是供给足够的能量和较安全需要量的必需氨基酸，使内源尿素用于合成非必需氨基酸使内源尿素用于合成非必需氨基酸，阻止体内蛋白质，阻止体内蛋白质的分解也减轻氨血症。的分解也减轻氨血症。肾病氨基酸输液，临床上治疗肾衰竭或肾功能下降的肾病氨基酸输液，临床上治疗肾衰竭或肾功能下降的尿毒症均有显著效果。尿毒症均有显著效果。