氨基酸类药物的生产

第二章氨基酸类药物第二节氨基酸的生产方法掌握直接发酵生产氨基酸的操作要点；通过赖氨酸发酵生产的工艺过程，熟悉赖氨酸的发酵生产和产品的分离纯化工艺过程教学基本内容：2.2 直接发酵法2.2.1 直接发酵法的原理工业上，发酵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它有机物的过程。

初生氨基酸：微生物通过固氮作用、硝酸还原及自外界吸收氨使酮酸氨基化成相应的氨基酸，或微生物通过转氨酶作用，将一种氨基酸的氨基转移到另一种酮酸上，生成的新氨基酸也称为初生氨基酸。

次生氨基酸：在微生物作用下，以初生氨基酸为前体转化成的其它氨基酸。

大多数氨基酸均可通过以初生氨基酸为原料的微生物转化作用而产生。

有些氨基酸可以以有机化合物和氨盐为前体，在相应酶作用下而产生。

发酵法中氨基酸的碳链主要来自糖代谢中间产物，如草酰乙酸、α-酮戊二酸、赤藓糖-4-磷酸、磷酸烯醇丙酮酸、丙酮酸、3-磷酸甘油酸及分枝酸等。

2.2.2 直接发酵法分类按照生产菌株的特性，直接发酵法可分为5类：1. 使用野生型菌株直接由糖和铵盐发酵生产氨基酸，如谷氨酸、丙氨酸和缬氨酸的发酵生产；2. 使用营养缺陷型突变株直接由糖和铵盐发酵生产氨基酸，如赖氨酸（高丝氨酸缺陷）、亮氨酸（苯丙氨酸缺陷）等；3. 由氨基酸结构类似物抗性突变株生产氨基酸，如赖氨酸（S-（2-氨基乙酸）-L-半胱氨酸（AEC）等；4. 使用营养缺陷型兼抗性突变株生产氨基酸，如高丝氨酸（蛋氨酸、赖氨酸缺陷，α-氨基-β-羟基戊酸AHV抗性）等；5. 以氨基酸的中间产物为原料，用微生物将其转化为相应的氨基酸，这一方法主要用于很难避开其反馈调节机制，而难以用直接发酵法生产的氨基酸。

如现已成功地用邻氨基苯甲酸作为前体物生产L-色氨酸，用甘氨酸作为前体工业化生产L-丝氨酸。

发酵法生产氨基酸的基本过程包括培养基配制与灭菌处理，菌种诱变与选育，菌种培养、灭菌及接种发酵，产品提取及分离纯化等步骤。

氨基酸提取与制备发布时刻:2006/12/20 16:03:00 文章来源:科技文献氨基酸提取与制备氨基酸的生产方式有4种：经典的提取法、化学合成法、微生物发酵法和酶法。

提取法是最先进展起来的，是生产氨基酸的最大体方式。

所谓提取法是指蛋白质或以含有蛋白质的物料为原料，经酸、碱、或酶水解以后提纯氨基酸的方式。

初期提取法是成立在溶剂抽提、等电点结晶和沉淀剂分离的基础上。

随着离子互换树脂的应用，使氨基酸的分离更为容易，简化了提炼工序，缩短了操作时刻，提高了氨基酸收率。

提取法的优势是原料来源丰硕，投产比较容易，但产量低，本钱高，三废较严峻。

在国外多数氨基酸生产已慢慢为微生物发酵法及化学合成法所取代。

在目前4种生产方式中，发酵法生产占主导地位。

酶拆分法也占相本地位。

化学合成法偏向于氨基酸衍生物的制备。

提取与分离是氨基酸生产的大体技术。

不管何种方式均有分离纯化工序。

即提纯也是提高氨基酸质量的关键步骤之一。

目前仍有必然数量品种如半胱氨酸、酪氨酸、羟脯氨酸、组氨酸、亮氨酸用提取方式生产，且占要紧的地位。

关于中国来讲，具有丰硕动物资源的角、骨、血、蹄、皮、毛发、羽毛及鱼鳞等，有待充分利用。

目前已综合利用的有人发、猪血、猪毛、羊毛、丝素丝胶、皮革边料、蚕蛹巢丝、水产品下脚料等。

提取法生产氨基酸要紧通过3个步骤。

即蛋白质水解、氨基酸提取分离及结晶精制。

氨基酸的生物活性及应用氨基酸是组成蛋白质的大体单元，也是合成机体抗体，激素和酶的原料，在人体内有特殊的生理功能，是维持生命现象的重要物质。

氨基酸以肽键结合而存在于各类功能与结构不同的蛋白质分子中。

蛋白质是生命的基础物质，它对机体的生长、维持、防御及生理功能极为重要。

迄今，氨基酸及其衍生物的品种超过100多种。

普遍地应用于食物、饲料、化工、农业及医药等方面。

氨基酸作为药物在医疗保健事业中是一类占有重腹地位和充满希望的分支。

由于人们对氨基酸普遍参与机体正常代谢和许多生理性能的熟悉不断加深，氨基酸代谢紊乱与疾病的关系和在防治某些疾病中的重要作用等，愈来愈被人们所注视。

氨基酸在医药产业的发展氨基酸是生物有机体的重要组成部分，在生命现象中起着至关重要的作用。

随着生物科学的进步，人类对生物体内的生理机能及代谢活动的了解，氨基酸在生物体内的重要生物机能越来越清楚。

氨基酸是生命机体之营养，生存和发展极为重要的物质，在生命体内物质代谢调控、信息传递方面扮演重要角色。

近30年来，在研究、开发和应用氨基酸方面均取得重大进展，在发现新氨基酸种类和数量方面已由60年代50种左右，到现在已突破400种。

在产量方面，60年代初世界氨基酸产量不过10万吨，现在已跃上百万吨，产值超百亿美元。

但与实际需求量还有较大距离，据专家们预计，到2000年年产值可望达到300亿美元。

氨基酸作为人类营养添加剂、调味剂、饲料添加剂、医药、农药等在食品工业、农业、畜牧业及人类健康、保健等诸多方面有着广泛的应用。

一、氨基酸类药物的基本概念（一）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。

赖氨酸，色氨酸，苯丙氨酸，蛋氨酸，苏氨酸，亮氨酸，异亮氨酸，缬氨酸等8种。

（二）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。

（三）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。

（四）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。

（五）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。

二、氨基酸类药物的生产方法一、水解法（一）基本原理1.蛋白质水解方法酸水解法、碱水解法、酶水解法2.氨基酸分离方法溶解度法、特殊试剂沉淀法、吸附法、离子交换法3.氨基酸精制方法结晶，重结晶（二）水解法过程L－胱氨酸的制备二、发酵法L－异亮氨酸的制备3）除菌体，酸化发酵结束后，发酵液加热至100℃并维持10min，冷却过滤，滤液加工业硫酸和草酸至pH3.5，过滤除沉淀。

氨基酸、多肽及蛋白质类药物山东药品食品职业学院张慧婧第一部分氨基酸、多肽及蛋白质基本知识一、蛋白质基本知识蛋白质是一切生命的物质基础，是生物体的重要组成成分之一。

无论是病毒、细菌、寄生虫等简单的低等生物，还是植物、动物等复杂的高等生物，均含有蛋白质。

蛋白质占人体重量的16%～20%，约达人体固体总量的45%，肌肉、血液、毛发、韧带和内脏等都以蛋白质为主要成分的形式存在；植物体内蛋白质含量较动物偏低，但在植物细胞的原生质和种子中蛋白质含量较高，如大豆中蛋白含量约为38%，而黄豆中高达40%；微生物中蛋白质含量也很高，细菌中的蛋白质含量一般为50%～80%，干酵母中蛋白质含量也高达46．6%，病毒除少量核酸外几乎都由蛋白质组成，疯牛病的病原体——朊病毒仅由蛋白质组成。

这些不同种类的蛋白质，具有独特的生物学功能，几乎参与了所有的生命现象和生理过程，可以说一切生命现象都是蛋白质功能的表达。

1．生物催化作用作为生命体新陈代谢的催化剂——酶，是被认识最早和研究最多的一大类蛋白质，它的特点是催化生物体内的几乎所有的化学反应。

生物催化作用是蛋白质最重要的生物功能之一。

正是这些酶类决定了生物的代谢类型，从而才有可能表现出不同的各种生命现象。

2．结构功能第二大类蛋白质是结构蛋白，它们构成动、植物机体的组织和细胞。

在高等动物中，纤维状胶原蛋白是结缔组织及骨骼的结构蛋白，α-角蛋白是组成毛发、羽毛、角质、皮肤的结构蛋白。

丝心蛋白是蚕丝纤维和蜘蛛网的主要组成成分。

膜蛋白是细胞各种生物膜的重要成分，它与带极性的脂类组成膜结构。

3.运动收缩功能另一类蛋白质在生物的运动和收缩系统中执行重要功能。

肌动蛋白和肌球蛋白是肌肉收缩系统的两种主要成分。

细菌的鞭毛或纤毛蛋白同样可以驱动细胞作相应的运动。

4.运输功能有些蛋白质具有运输功能，属于运载蛋白，它们能够结合并且运输特殊的分子。

如脊椎动物红细胞中的血红蛋白和无脊椎动物的血蓝蛋白起运输氧的功能，血液中的血清蛋白运输脂肪酸，β-脂蛋白运输脂类。

氨基酸生产技术及其应用的实际应用情况1. 应用背景氨基酸是构成蛋白质的基本结构单元，也是维持人体正常生理功能所必需的重要营养物质。

生产氨基酸的技术应用广泛，包括食品、医药、农业和工业等领域。

氨基酸的生产技术经过长时间的研究和发展，已经取得了巨大的突破和进展。

2. 应用过程2.1 传统氨基酸生产技术传统的氨基酸生产技术主要包括微生物发酵和化学合成两种方法。

2.1.1 微生物发酵法微生物发酵法是目前最常用的氨基酸生产技术之一。

其主要原理是通过筛选出产酶能力高、代谢特异性好的微生物，并在适当的培养基条件下将其培养和放大，使其产生大量氨基酸。

在培养基中添加适量的碳源、氮源、矿物盐和其他辅助成分，以提供微生物生长和代谢所需的营养物质。

通过优化培养基的配方和培养条件，如温度、pH值、搅拌速度和通气量等，可以提高微生物的产酶能力和氨基酸产量。

产出的氨基酸可以通过分离纯化等工艺步骤得到高纯度的产品。

常见的氨基酸生产菌种有谷氨酸菌、赖氨酸菌、色氨酸菌、蛋氨酸菌等，其中谷氨酸、赖氨酸和色氨酸是生产量较大的氨基酸。

需要注意的是，微生物发酵法虽然是传统的生产技术，但在实际应用中仍具有一定的局限性。

比如微生物的生长速度较慢、产酶能力和产量有限、生产成本较高等问题，限制了氨基酸生产规模和经济效益的提高。

2.1.2 化学合成法化学合成法是另一种常用的氨基酸生产技术。

它通过化学反应合成氨基酸，通常是利用丙酮氨酸或其他化合物作为合成的起始原料，并通过一系列的反应步骤将其转化为目标氨基酸。

化学合成法的优点在于反应过程相对简单，合成条件容易控制。

此外，由于合成原料的选择和反应条件的优化，可以实现对氨基酸结构和炮制等特性的调整，从而满足不同应用领域的需求。

然而，由于化学合成法涉及到一系列有机合成和分离纯化工艺，技术要求较高，反应步骤较多，且合成过程中可能会生成副产物和有害物质，对环境保护和人体健康存在潜在风险。

2.2 生物工程改良技术为了克服传统氨基酸生产技术的局限性，近年来生物工程改良技术得到了广泛应用。

1.医药中间体市场对手性药物需求的日益增长也促进了药用氨基酸的增长，氨基酸及其衍生物成为合成手性药物的重要原料。

L-脯氨酸是胆矸酯抑剂（ACE）的合成原料。

D-苯苷氨酸和D-对羟基苯甘氨酸是合成新抗生素的原料。

L-缬氨酸是合成环孢菌素的原料。

L-苯甘氨是合成HIV蛋白酶抑制剂和抗肿瘤药物紫杉的重要原料。

位于日本大阪和美国纽约的KaneKa公司擅长于将合成中的生物转化和微生物拆分。

在新加坡设有年产1000吨的氨基酸工厂，生产的手性中间体包括β-内酰胺抗生素侧链D-苯甘氨酸和D-对羟基苯甘氨酸。

氨基酸在手性药物合成中的应用，使其成为世界新药研究和开发的新方向和热点之一。

2.肽类乳链菌肽乳链菌肽是从乳酸链球发酵中制备的一种多肽物质，对大部分革兰氏阳性菌有强烈的抑制作用。

近来发现乳链菌肽除了可以作为天然防腐剂外，还可以防治胃、十二指肠溃疡、口腔溃疡和皮肤病。

乳链菌肽发现得比较早，目前国际上对它的应用研究正方兴未艾。

谷胱甘肽谷胱甘肽（hlutathione，简称GSH牘是一种具有多种重要生理的功能的三肽。

谷胱甘肽能够作为多种酶反应的辅酶，对生物分子蛋白质的疏基有保护作用，可维持某些酶的活性。

此外还有防止脂质氧化、解毒、防止白内障发展和保护皮肤等作用。

临床上用于肝脏疾病、药物和重金属中毒的治疗，并可与抗癌药合用。

目前，谷胱甘肽在食品、医药等领域等日益受到人们的重视。

针对上述情况，世界主要的氨基酸制造商如Kyowa、A jino moto和Deggusa等都相继投巨资于氨基酸的研究与开发，仅Kyowa1998年的氨基酸研究与开发就耗费达1.9亿美元，而GSH是其重点产品之一，Kyowa目前是GSH主要供应商。

3.多聚氨基酸上世纪90年代世界工业的一大新趋向是：开发“绿色化学产品”（即对环境无害的化工产品）。

聚合氨基酸系列产品已在“绿色化学产品”中崭新露头角。

日本是世界上最大氨基酸生产国与输出国。

日本科学家在聚合氨基酸的研究开发方面已领先于世界。