氨基酸药物PPT课件.ppt

目目 录录1.目目 录录氨基酸（amino acid）：是含有一个碱性氨基和一个酸性羧基的有机化合物，氨基一般连在-碳上。是生物功能大分子蛋白质的基本组成单位。目前全球的氨基酸年产量已超过200万吨，氨基酸在药品、食品、饲料、化工等行业中有重要应用。2.目目 录录氨基酸药物概述从各种生物体中从各种生物体中发现的氨基酸已有的氨基酸已有180多多种种，但是参与蛋白但是参与蛋白质组成的常成的常见氨基酸或氨基酸或称基本氨基酸只有二十种。称基本氨基酸只有二十种。180多种天然氨基酸大多数是不参与蛋白质组成的，这些氨基酸被称为非蛋白非蛋白质氨氨基酸基酸。3.目目 录录氨基酸氨基酸类的分的分类1蛋白蛋白质氨基酸氨基酸：编码氨基酸氨基酸非蛋白氨基酸：非蛋白氨基酸：D型氨基酸、型氨基酸、-氨基酸、氨基酸、-氨基酸等氨基酸等2衍生氨基酸：衍生氨基酸：谷氨谷氨酰胺、硫酸甘氨胺、硫酸甘氨酸、磷葡精氨酸等酸、磷葡精氨酸等 34.目目 录录必需氨基酸必需氨基酸：人及哺乳动物自身不能合成，需由食物供应。赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、氨酸、亮氨酸、异亮氨酸及亮氨酸、异亮氨酸及缬氨酸氨酸等等8种氨基酸种氨基酸半必需氨基酸半必需氨基酸：氨基酸（：氨基酸（胱氨酸及酪氨酸胱氨酸及酪氨酸）可分别由其他氨基酸（氨基酸（蛋氨酸和苯丙氨酸)产生生，若食物中提供了足够的该氨基酸（氨基酸（胱氨酸及酪氨酸胱氨酸及酪氨酸），可减少对其他氨基酸（氨基酸（蛋氨酸及苯丙氨酸）的需求量：精氨酸和精氨酸和组氨酸氨酸在体内合成速度较低，难以满足需要，也是半必需氨基酸半必需氨基酸5.目目 录录H甘氨酸甘氨酸CH3丙氨酸丙氨酸L-L-氨基酸的通式氨基酸的通式R6.目目 录录 虽然然产生生这种种手手性性的的确确切切机机理理、起起源源和和过程程仍仍是是科科学学上上的的未未解解之之谜，但但有有一一点点是是明明确确的的：这些些分分子子的的作作用用以以至至于于生生命命过程程均均与与手手性性有关。有关。对映映体体的的不不同同生生理理性性质是是由由于于它它们的的分分子子的的立立体体结构构在在生生物物体体内内引引起起不不同同的的分分子子识别造造成成的的这个个现象象称称为“手手性性识别”。这种种识别可可比比喻为手手与与手手套套的的关关系系，右右手手能能套套进右手套，而左手就套不右手套，而左手就套不进右手套。右手套。手套与左右手的相互关系手套与左右手的相互关系手套与左右手的相互关系手套与左右手的相互关系氨基酸的手性氨基酸的手性对称称结构构7.目目 录录合成用氨基酸的全球市场在 2004 年创下 7 亿 1,300 万美金的纪录，未来也将以年度平均成长率 7 的速度成长，并且一般预料将在 2009 年达到 10 亿美金的市场规模。药用氨基酸是个“永不衰退”的医药品种。8.目目 录录日本氨基酸工业生产处于世界领先地位，占总产量35%，主要有26个品种，几乎都用于医药原料。我国年产谷氨酸40万吨，胱氨酸和半胱氨酸2000吨和1500吨，产销居世界第一，但药用氨基酸生产为4000多吨、24种，仅占世界产量的1%。9.目目 录录氨基酸及其衍生物在医氨基酸及其衍生物在医药中的中的应用用生命活动中人及动物通过消化道吸收氨基酸。通过体内体内转化化而维持其动态平衡平衡，若其动态平衡失调，则机体代代谢紊乱紊乱，甚至引起病病变。10.目目 录录常见治疗用氨基酸及其衍生物氨基酸及其衍生物（1）治）治疗消化道疾病的氨基酸及其衍生物消化道疾病的氨基酸及其衍生物（2）治）治疗肝病的氨基酸及其衍生物肝病的氨基酸及其衍生物（3）治）治疗脑及神及神经系系统疾病的氨基酸及其衍生物疾病的氨基酸及其衍生物（4）用于）用于肿瘤治瘤治疗的氨基酸及其衍生物的氨基酸及其衍生物（5）作）作为营养养补充的氨基酸充的氨基酸药物物（6）其他其他临床使用的氨基酸床使用的氨基酸药物物11.目目 录录12.目目 录录氨基酸氨基酸类药物的生物的生产 目前全世界天然氨基酸全世界天然氨基酸的年总产量在百百万吨万吨左右，其中产量较大者有谷氨酸、谷氨酸、蛋氨酸及蛋氨酸及赖氨酸氨酸，其次为天天门冬氨酸、冬氨酸、苯丙氨酸及胱氨酸苯丙氨酸及胱氨酸等。它们主要用于医用于医药、食品、食品、饲料及化工行料及化工行业中中。13.目目 录录氨基酸的生氨基酸的生产方法方法蛋白水解法：蛋白水解法：胱氨酸、半胱氨酸胱氨酸、半胱氨酸化学合成法：化学合成法：甘氨酸、蛋氨酸、丙氨甘氨酸、蛋氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸、酸、苯丙氨酸、丝氨酸等氨酸等发酵法：酵法：苏氨酸、异亮氨酸、氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、精氨氨酸、精氨酸、酸、组氨酸、脯氨酸、氨酸、脯氨酸、鸟氨酸、瓜氨酸、瓜氨酸、氨酸、赖氨酸、亮氨酸等氨酸、亮氨酸等酶法：法：丙氨酸、天冬氨酸、色氨酸等丙氨酸、天冬氨酸、色氨酸等14.目目 录录氨基酸的制备氨基酸工业起源于日本1909年小麦、脱脂大豆为原料制造谷氨酸1922年面筋酸水解生产谷氨酸1956年由短杆菌发酵法生产谷氨酸我国氨基酸发酵工业1923年上海投产2003年以后，中国河南.莲花味精成为全球最大的谷氨酸生产企业。15.目目 录录一、蛋白水解法一、蛋白水解法（一）基本原理与（一）基本原理与过程程 以毛发、血粉及废蚕丝等蛋白质为原料，通过酸、碱或酸、碱或酶水解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为水水解法解法。16.目目 录录目前用水解法生产的氨基酸有胱氨酸、胱氨酸、精氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、精氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、组氨酸、氨酸、脯氨酸及脯氨酸及丝氨酸氨酸等。水解法生产氨基酸的主要过程为水解、水解、分离和分离和结晶精制晶精制三个步骤。17.目目 录录（1）酸水解法）酸水解法 蛋白质原料用610molL盐酸酸或8molL硫酸硫酸于110120（回流煮沸）水解1224h，除酸后即得多种氨基酸混合物。此法优点是水解迅速迅速而彻底底，产物全部为L-型氨基酸型氨基酸，无消旋作用消旋作用。缺点是色氨酸色氨酸全部被破坏，丝氨酸及酪氨酸氨酸及酪氨酸部分被破坏，且产生大量废酸污染环境。18.目目 录录（2）碱水解法）碱水解法蛋白质原料经6molL氢氧化氧化钠或或4molL氢氧化氧化钡于100水解6h即得多种氨基酸混合物。该法水解迅速而彻底，且色氨酸不被破坏，但含羟基或基或巯基基的氨基酸全部被破坏，且且产生消旋作用生消旋作用。工业上多不采用。19.目目 录录（3）酶水解法水解法蛋白质原料在一定pH和温度条件下经蛋白水解酶作用分解成氨基酸和小氨基酸和小肽的过程称为酶水解法。此法优点为反应条件温和，无需特殊设备，氨基酸不破坏，无消旋作用无消旋作用。缺点是水解不水解不彻底底，产物中除氨基酸外，尚含较多肽类。工业上很少用该法生产氨基酸而主要用于生产水解水解蛋白及蛋白蛋白及蛋白胨。20.目目 录录目前，在药用氨基酸的生产中，组氨酸、氨酸、精氨酸、亮氨酸、精氨酸、亮氨酸、丝氨酸、胱氨酸及酪氨酸、胱氨酸及酪氨酸氨酸仍需以水解法生产。21.目目 录录二、化学合成法以a-卤代羧酸、醛类、甘氨酸衍生物、异氰酸盐、乙酰氨基丙二酸二乙酯、卤代烃、a-酮酸及某些氨基酸为原料、经氨解、水解、缩合、取代及氢化还原等化学反应合成a-氨基酸的方法。）得到产物都是DL型外消旋体，必须拆分出L型氨基酸。22.目目 录录一般合成法一般合成法和不不对称合成法称合成法一般合成法一般合成法包括卤代酸水解法、氰胺水解法、乙酰氨基丙二酸二乙酯法、异氰酸酯（盐）合成法及醛缩合法等；产物皆为DL-型氨基酸混合物型氨基酸混合物。不不对称合成法称合成法包括直接合成、-酮酸反应及不不对称催化加称催化加氢等方法等方法。产物为L-型氨基酸型氨基酸。23.目目 录录化学合成法生化学合成法生产的氨基酸品种的氨基酸品种理理论上上所有氨基酸皆可由化学合成法制造，但在目前，只有当采用其它方法生产很不经济时才采用化学合成法生产，如甘氨酸、DL-蛋氨酸及DL-丙氨酸等24.目目 录录三、酶转化法酶转化法亦称酶工程技术，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。生产条件温和、工艺简单、能耗低、专一性强、回收率高；大工业生产尚不广泛。25.目目 录录酶转化法生化法生产的氨基酸品种的氨基酸品种目前医药工业中，用酶工程法生产的氨基酸已有十多种十多种。DL-蛋氨酸、DL-缬氨酸、DL-苯丙氨酸、DL-色氨酸、DL-丙氨酸及DL-苏氨酸等分别经氨基氨基酰化化酶拆分拆分获得了相应的L-氨基酸，并已投入了工业化生产26.目目 录录固定化固定化酶凡限制在一定的空间范围内并能连续反复的使用的酶都称为固定化固定化酶。27.目目 录录四、发酵法（直接（直接发酵法与微生物酵法与微生物转化法）化法）发酵：生物化学中称酵母无氧呼吸过程为发酵，工业上，发酵就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。28.目目 录录氨基酸发酵法有广义与狭义之分。狭义系指通过特定微生物在以糖为碳源、以氨或尿素为氮源以及其他成分的培养基中生长，直接产生氨基酸的方法。广义者除直接发酵法外，尚包括添加前体发酵法及酶转化技术生产氨基酸法。29.目目 录录二二 氨基酸的分离与精制方法氨基酸的分离与精制方法氨基酸分离方法较多，通常有溶解度法溶解度法、等等电点沉淀法、特殊点沉淀法、特殊试剂沉淀法、吸附沉淀法、吸附法及离子交法及离子交换法法等30.目目 录录（1）溶溶解解度度法法是依据不同氨基酸在水中或其它溶剂中的溶解度差异溶解度差异而进行分离的方法。胱胱氨氨酸酸和和酪酪氨氨酸酸均难溶于水，但在热水水中中酪酪氨氨酸酸溶解度较大，而胱胱氨氨酸酸溶溶解解度度变化化不不大大，故可将混合物中胱氨酸、酪氨酸及其它氨基酸彼此分开。一、一、氨基酸的分离方法氨基酸的分离方法31.目目 录录（2）等电点沉淀法不同的氨基酸等电点的pH值不同，可以分别沉淀分离。等等电点点(isoelectric point,pI)n在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性。此时溶液的pH值称为该氨基酸的等电点。n氨基酸在等氨基酸在等电点点时的溶解度最小。的溶解度最小。32.目目 录录（3）特殊）特殊试剂沉淀法沉淀法 系采用某些有机或有机或无机无机试剂与相应氨基酸形成不溶性衍生物不溶性衍生物的分离方法。如邻二甲苯二甲苯-4-磺酸能与亮氨酸磺酸能与亮氨酸形成不溶性不溶性盐沉淀沉淀，后者与氨水反氨水反应又可获得游离亮氨酸游离亮氨酸；组氨酸可与氨酸可与HgCl2形成不溶性汞汞盐沉淀沉淀，后者经处理后又可获得游离组氨酸氨酸；精氨酸可与苯甲精氨酸可与苯甲醛生成水不溶性苯苯亚甲基精氨酸甲基精氨酸沉淀，后者用盐酸酸除去苯甲苯甲醛即可得精氨酸。33.目目 录录（4）吸吸附附法法 是利用吸附剂对不同氨基酸吸附力的差异进行分离的方法。如颗粒活性炭粒活性炭对苯丙氨酸、酪氨酸苯丙氨酸、酪氨酸及色氨酸色氨酸的吸附力大于对其它非芳香族非芳香族氨基酸的吸附力，故可从氨基酸混合液中将上述氨基酸分离出来。34.目目 录录THANK YOUSUCCESS2024/3/6 周三35.目目 录录（5）离子交）离子交换法法 是利用离子交是利用离子交换剂对不同氨不同氨基酸吸附能力的差异基酸吸附能力的差异进行分离的方法。行分离的方法。氨基酸为两性两性电解解质，在特定条件下，不同氨基酸的带电性性质及解离状及解离状态不同，故同一种离子交换剂对不同氨基酸的吸附力不同。36.目目 录录二、氨基酸的精制方法 分离出的特定氨基酸中常含有少量其它杂质，需进行精制，常用的有结晶和重晶和重结晶技晶技术，也可采用溶解度法或溶解度法或结晶与晶与溶解度法相溶解度法相结合的技合的技术。37.目目 录录结晶和重晶和重结晶技晶技术丙氨酸在稀乙醇或甲醇稀乙醇或甲醇中溶解度较小，且pI为6.0，故丙氨酸可在pH6.0时，用50冷乙醇冷乙醇结晶或重结晶加以精制38.目目 录录三、生产实例水解法生水解法生产亮氨酸亮氨酸39.目目 录录直接发酵法生产氨基酸 按生产菌株的特性，直接发酵法可分为五类1、野生菌株发酵法2、营养缺陷型突变型菌株发酵法3、氨基酸结构类似物抗性突变株发酵法4、营养缺陷型突变菌株型兼抗性突变株发酵法5、基因工程菌40.目目 录录（三）（三）发酵法生酵法生产的氨基酸品种的氨基酸品种 构成动物、植物及微生物体所有蛋白质的氨基酸种类与构型均均无无任任何何差差异异，但植物体内所有氨基酸皆由CO2、氨氨和和水水合合成成，动物体除8种必需氨基酸需从外界摄取外，其余非必需氨基酸均可通过体内氨基酸之间的转化或碳水化合物中间代谢物而合成，而微微生生物物利利用用碳碳源源、氮源及氮源及盐类几乎可合成所有氨基酸。几乎可合成所有氨基酸。41.目目 录录氨基酸发酵方式主要是液体深层通风培养法，其过程是由菌种试管培养逐级放大进行发酵。发酵后除菌体，清液提出氨基酸。目前绝大部分大部分氨基酸氨基酸皆可通过发酵法生产，其缺点是产物浓度低，设备投资大，工艺管理要求严格，生产周期长，成本高。42.目目 录录直直接接发酵酵（初初生生氨氨基基酸酸）：微生物通过固固氮氮作作用用、硝硝酸酸还原原及自外界吸收氨使酮酸酸氨氨基基化化成相应的氨基酸，或微生物通过转氨氨酶作用，将一种氨基酸的氨基转移到另一种酮酸酸上，生成的新氨基酸也称为初生氨基酸。初生氨基酸。间接接发酵酵（次次生生氨氨基基酸酸）：在微生物作用下，以初生氨基酸初生氨基酸为前体前体转化成的其它氨基酸化成的其它氨基酸。43.目目 录录 大多数氨基酸均可通过以初生氨基酸为原料的微生物微生物转化化作用而产生。氨基酸前体为原料，经微生物转化为氨基酸，以避免反馈抑制。44.目目 录录45.目目 录录赖氨酸是继谷氨酸和蛋氨酸之后又一个在国际市场上年产销量超过100万吨的大宗氨基酸产品。在20世纪80年代初，全球赖氨酸的年产量不过区区数千吨（主要供医药用途）。20年后随着生产水平的不断提高和成本的下降，赖氨酸的年产量在20世纪90年代末已接近100万吨。按其用途划分，食品及医药用途的赖氨酸目前仅占其总产量的15左右，其余均为动物饲料添加剂.赖氨酸的生产46.目目 录录赖氨酸的工业生产方法天然蛋白天然蛋白质水解法水解法直接直接发酵法酵法微生物微生物转化法化法47.目目 录录赖氨酸的药用价值L-赖氨酸是人体8种必需氨基酸之一，能促进人体发育、增强免疫功能，并有提高中枢神经组织功能的作用。临床上多用于由于赖氨酸缺乏所致发育不良、食欲不振、低蛋白血症、衰弱以及脑动脉硬化、老年性痴呆、记忆力减退、各种颅脑损伤等。48.目目 录录药用赖氨酸及其复合药L赖氨酸盐酸盐颗粒剂复方赖氨酸颗粒剂盐酸赖氨酸注射液49.目目 录录（1）L-赖氨酸的结构和性质 L-赖氨酸存在于所有蛋白质中，为人体必需氨基酸之人体必需氨基酸之一一。分子量为146.20，结构为：二、赖氨酸的性质50.目目 录录主要理化性质 L-Lys自乙醇水溶液中得针状状结晶晶，其盐酸酸盐为单斜晶系白色粉末斜晶系白色粉末，无臭、味苦，熔点熔点263264，易溶于水，几乎不溶于乙醇和乙醚。PI为9.74，口服半致死量为LD50为4.0g/kg（体重）（体重）51.目目 录录三、赖氨酸的生物合成途径赖氨酸可由以下三类生产菌合成黄色短杆菌、谷氨酸棒杆菌大肠杆菌霉菌和酵母菌52.目目 录录高丝氨酸缺陷型谷氨酸棒杆菌的赖氨酸发酵调控原理1。协同反同反馈抑制抑制2。酶合成合成调节和和酶活性活性调节 3。改。改变微生物微生物遗传特性特性 53.目目 录录四、赖氨酸的发酵生产赖氨酸的发酵可以有直接（一步）发酵和两步发酵（直接发酵微生物转化）。两步发酵1）赖氨酸缺陷型大肠杆菌生产DAP.2）产气杆菌或大肠杆菌生产L赖氨酸54.目目 录录洗脱液（PH8-14)浓缩液55.目目 录录直接发酵法工艺流程菌种：黄色短杆菌、谷氨酸棒杆菌 斜面菌种种子培养发酵上柱交换氨水洗脱真空浓缩调pH=5-6 应用于赖氨酸盐酸盐重结晶，脱色精制L-赖氨酸盐酸盐56.目目 录录一、直接一、直接发酵法工酵法工艺过程程 菌种培养菌种培养 菌种为北京棒状杆菌北京棒状杆菌（corymebacterium perkinense）AS l.536。斜面培养基成分（）斜面培养基成分（）为:葡萄糖0.5，牛肉膏1.0，蛋白胨0.5，琼脂2.0，pH7.0。57.目目 录录种子培养基成分（种子培养基成分（%）为:葡萄糖2.0，磷酸氢二钾0.1，硫酸镁0.05，硫酸铵0.4，玉米浆2.0，毛发水解废液1.0，pH6.87.0，CaCO3 0.5。1000ml三角瓶中种子培养基装量200ml，接种一环斜面培养菌种，30振摇（冲程7.6cm，频率108次min），培养16h。二级种子培养接种量2.5，培养48h。如此逐级扩大培养。58.目目 录录 灭菌、菌、发酵酵 发酵培养液成分酵培养液成分 淀粉水解糖13.5，磷酸二氢钾0.1，硫酸镁0.05，硫酸铵1.2，尿素0.4，玉米浆1.0，毛发水解废液1.0，甘蔗糖蜜2.0，pH6.7，灭菌前加甘油聚醚lL（指5m3发酵罐）。在5m3发酵罐中投入培养液3吨，在1.01105Pa压力下，加热至118120灭菌30min，立即通入冰盐水冷却至30，按10（vv）比例接种，以1:0.6（vv）通气量于30发酵4251h，搅拌速度为180转min。59.目目 录录主要发酵参数控制pH：流加尿素和氨水控制，常用尿素，根据pH变化、菌体生长、残糖等调节，少量多次。如果用氨水，采用流加连续方式调节pH。PH的范围6.5-7.5之间。温度：菌体生长和氨基酸生产的温度也不同，采用分段调节控制策略。前期32度，后期30度。溶解氧：供氧充足时，产率高。泡沫：加入天然豆油、玉米油或泡敌等进行消泡，控制泡沫的产生。60.目目 录录一、赖氨酸发酵液的组成氨基酸菌体培养基残留物色素61.目目 录录二、发酵液的预处理离心分离与添加絮凝剂沉淀的方法。去除菌体与杂质离子离心除菌体；离心除菌体；80 加加热；62.目目 录录u离子交离子交换：铵型型732树脂脂;PH=5.0为饱和和(串串联)u浓缩结晶：收集晶：收集PH=8.014.0洗脱液（氨水洗脱液（氨水洗脱）洗脱）63.目目 录录酶法生产赖氨酸原料：DL-氨基已内酰胺酶：D-氨基内已内酰胺消旋酶（无色杆菌）+L-氨基内已内酰胺水解酶（隐球酵母）产物：L-赖氨酸，纯度99.5%64.目目 录录水解法生产赖氨酸原料：血粉方法：盐酸水解真空浓缩，去除HCL 滤去不溶解氨基酸离子交换柱分离精制65.目目 录录氨基酸的分离与精制的氨基酸的分离与精制的主要工艺过程过滤：用板框式压滤机过滤发酵液。沉淀：根据氨基酸的等电点，采用等电沉淀、离子交换，特殊试剂沉淀提取氨基酸。脱色：加入活性炭脱除色素。精制：离子交换、重结晶等进行精制。66.目目 录录思考题：1、氨基酸类药物的主要生产方法。2、氨基酸药物的主要提取和分离方法(四种）。3、亮氨酸的提取中如何将其从蛋白水解液的氨基酸混合物中分离出来？4、高丝氨酸缺陷型谷氨酸棒杆菌的赖氨酸发酵的主要代谢调控机制67.目目 录录THANK YOUSUCCESS2024/3/6 周三68.