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氨基酸类药物一、概述1、氨基酸类药物基本知识氨基酸的类型、种类天然蛋白质的构成氨基酸：20种、L型氨基酸的理化性质特殊的波谱性质：Trp、Phe、Tyr2、氨基酸及其衍生物的药用氨基酸是构成蛋白质主要的成分，对维持机体蛋白质的动态平衡有重要意义。氨基酸的营养价值与疾病治疗消化道功能障碍者及手术后病人的营养物质；赖氨酸对婴儿钙吸收有好处。治疗消化道疾病的氨基酸及其衍生物谷氨酸谷氨酰胺乙酰谷酰胺铝维生素U及组氨酸盐酸盐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甘氨酸及其铝盐谷氨酸盐酸盐类此外，甘氨酸及其铝盐还可中和过多胃酸，保护黏膜，用于治疗胃酸过多症及胃溃疡等。通过调节胃液酸碱度实现其治疗作用的，谷氨酸盐酸盐还可提供盐酸及促进胃液分泌，治疗胃液缺乏症、消化不良及食欲不振治疗肝病的氨基酸及其衍生物治疗肝病的氨基酸有：精氨酸盐酸盐、磷葡精氨酸、鸟氨酸、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如：L-精氨酸、L-鸟氨酸、L-瓜氨酸用于治疗外科、灼伤及肝功能不全所致高血氨症；L-谷氨酸可用于治疗肝性昏迷及肝性脑病等高血氨症；蛋氨酸、乙酰蛋氨酸用于治疗慢性肝炎、肝硬化、脂肪肝、由药物及其它原因引起的肝障碍；L-天冬氨酸可用于治疗慢性肝炎、肝硬化及高血氨症。治疗脑及神经系统疾病的氨基酸及其衍生物该类药物主要有：谷氨酸钙盐及镁盐、氢溴酸谷氨酸钠、γ-酪氨酸、色氨酸、5-羟色氨酸、酪氨酸亚硫酸盐及左旋多巴等。L-谷氨酸钙盐及镁盐维持神经肌肉正常兴奋的作用，临床上用于治疗神经衰弱及其官能症、脑外伤、脑机能衰竭等；γ-酪氨酸是中枢神经突触的抑制性递质，能激活脑内葡萄糖代谢，促进乙酰胆碱合成，恢复脑细胞功能并有中枢性降血压作用，用于治疗记忆障碍、语言障碍、脑外伤后遗症、癫痫、肝昏迷抽搐及躁动等；L-色氨酸、5-羟色氨酸在体内可转变为5-羟色氨，临床上L-色氨酸用于治疗神经分裂症和酒精中毒，改善抑郁症，防治糙皮症；5-羟色氨酸用于治疗内因性抑郁症、失眠及偏头疼。酪氨酸亚硫酸盐用于治疗脊髓灰质炎、结核性脑膜炎的急性期、神经分裂症、无力综合症及早老性精神病等。左旋多巴用于治疗震颤麻痹症及控制锰中毒的神经症状。用于肿瘤治疗的氨基酸及其衍生物有：偶氮丝氨酸、氯苯丙氨酸、磷乙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柯杰金氏病。氯苯丙氨酸有止泻及降温作用，用于治疗癌瘤综合症。磷乙天冬氨酸是天冻氨酸转化为氨甲酰天冻氨酸的过渡态化合物的类似物，抑制嘧啶合成，用于治疗B16黑色素瘤及Lewis肺癌。重氮氧代正亮氨酸亦为谷氨酰胺抗代谢物，用于治疗急性白血病。其它氨基酸类药物的临床应用除了上述氨基酸的临床应用外，其它许多氨基酸在临床上亦有重要应用。如：胱氨酸和半胱氨酸有抗辐射损伤作用，并能促进造血功能、增加白细胞和促进皮肤损伤的修复，临床上用于治疗辐射损伤、重金属中毒、肝炎及牛皮癣等。高半胱氨酸硫内酯能促进核酸代谢及肝细胞再生，预防药物中毒，有保肝作用，用于治疗急性和慢性肝炎、肝性昏迷及脂肪肝。乙酰半胱氨酸为呼吸道黏液溶解剂，用于粘痰阻塞引起的呼吸困难及多种呼吸道疾病引起的咳痰困难，促进排痰。乙酰羟脯氨酸参与关节和腱的某些功能，用于治疗皮肤病，促进伤口愈合，治疗风湿性关节炎和结缔组织疾患。赖乳清酸对四氯化碳引起的肝损害有解毒作用，用于各种肝炎、肝硬化及高血压症。二、氨基酸类药物的生产方法目前，天然氨基酸的年总产量在数百万吨，其中主要是谷氨酸、甲硫氨酸、赖氨酸、天冬氨酸、苯丙氨酸和胱氨酸等；主要用于医药、食品和化工行业。氨基酸的生产方法主要有：天然蛋白质水解法、发酵法、酶转化法以及化学合成法等。氨基酸及其衍生物类药物主要是以20种氨基酸为原料经酯化、酰化、取代及成盐等化学反应或酶转化法生产。（20多种L-型氨基酸的生产方法参见书上表12-1）1、水解法基本原理：天然蛋白质（如毛发、蚕丝等）酸、碱或酶水解分离纯化结晶得到各种氨基酸目前用水解法生产的氨基酸有L-胱氨酸、L-精氨酸、L-亮氨酸、L-异亮氨酸、L-组氨酸、L-脯氨酸及L-丝氨酸。蛋白质水解方法有酸水解、碱水解和酶水解三种方法。酸水解主要用6~10M盐酸或者8M硫酸，110~120℃；水解迅速、彻底；缺点是会破坏色氨酸、Ser、Tyr等，有消旋化；并有污染。碱水解主要用6MNaOH或者4MBa(OH)2，100℃；水解迅速、彻底；缺点是含羟基和巯基的氨基酸会被破坏，有消旋化；工业上一般不采用。酶水解：蛋白质在一定条件（pH和温度）下经蛋白水解酶作用分解成氨基酸和小肽的过程；此方法条件温和、无需特殊设备、无消旋化；缺点是水解不彻底；工业上也很少用此法生产氨基酸。氨基酸分离方法有溶解度法、等电点沉淀法、特殊试剂沉淀法、吸附法和离子交换法等。溶解度法：根据氨基酸的溶解度差异进行分离；如Cys-Cys、Tyr难溶于水，但Tyr在热水中能溶。特殊试剂沉淀法：主要是某些能与特定氨基酸形成沉淀的有机或无机试剂。如邻二甲苯-4-磺酸与Leu形成沉淀，经氨水处理又的Leu；His与HgCl2形成沉淀；Arg与苯甲醛形成沉淀。吸附法：利用吸附剂与氨基酸的吸附能力差异。如活性炭对Phe、Tyr、Trp等的吸附力大于其它氨基酸。离子交换法：利用离子交换剂与氨基酸之间吸附能力差异。因为氨基酸在不同条件下带不同电荷。氨基酸的精制方法有结晶和重结晶法、溶解度法、结晶与溶解度结合法。如Ala在稀乙醇或甲醇中溶解度小，pI为6.0，故可以在pH6.0时，用50%冷乙醇结晶或重结晶加以精制。又如在沸水中Phe的溶解度大于Tyr100倍，故可以将混有少量Tyr的Phe先溶于沸水，过滤，再浓缩、结晶、乙醇洗涤，即可得到精制的Phe。水解法生产氨基酸的品种和工艺Cys2的性质：Mr240.29；六角柱形晶体；分解点258-261℃；pI5.05；[α]25D为-232o；水中溶解度小溶于无机酸和无机碱。工艺路线：工艺过程：①水解：在水解罐中进行（见p272）②中和：边搅拌边加30%工业碱，至pH4.8，沉淀、过滤，得粗品③粗制：上述粗品溶于10M盐酸，加热、活性炭吸附，上清加碱中和至pH4.8，结晶，得粗品II④精制、中和：再溶于盐酸、活性炭吸附、氨水中和、结晶（1）L-Cys2的制备：检验：根据L-Cys2的性质检验；含量测定：L-Cys2溶于NaOH加溴液氧化加盐酸置暗处10分钟、冰浴3分钟加入KI溶液硫代硫酸钠溶液滴定（p273）注：每1ml0.1M溴液相当于2.403mg的L-Cys2（2）L-Leu的制备：L-Leu的性质：片状晶体；pI5.98；熔点293℃；能溶于水，难溶于乙醇，不溶于乙醚。工艺路线：工艺过程：①水解、赶酸：盐酸中回流水解血粉、减压浓缩、加水稀释、再减压浓缩（反复几次）赶酸；②吸附、脱色：活性炭柱脱色并吸附；③浓缩、沉淀与解析：减压浓缩、加邻二甲苯-4-磺酸沉淀L-Leu，沉淀加水、加氨水中和至pH6-8、70-80℃保温解析，得L-Leu粗品；④精制：粗品溶于热水、加活性炭脱色、上清结晶，得L-Leu成品。检验：根据性质鉴定。含量测定：电位定量滴定法（用高氯酸滴定）注：1ml0.1M高氯酸相当于13.12mgL-Leu。2、发酵法基本原理与过程：（1）基本原理：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它有机物的过程，有厌氧和好氧之分，氨基酸发酵属于好氧的不完全氧化过程。初生氨基酸和次生氨基酸：（p393）大多数氨基酸均可以通过以初生氨基酸为原料的微生物转化作用而产生。氨基酸发酵法有广义与狭义之分：狭义是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它成分的培养基中生长，直接产生氨基酸的方法；广义者是指除直接发酵法外，还包括其它的发酵法；如添加前体发酵法及酶转化技术生产氨基酸法等。（2）发酵法的基本过程：基本过程包括：配制培养基与灭菌处理、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、产品鉴定等步骤。工业发酵中：碳源主要来自淀粉水解糖、糖蜜、甘薯粉、甲醇、乙醇及石油醚等；氮源一般是硫酸铵、尿素或豆饼水解液等；氨基酸发酵中菌种主要是细菌，其次是酵母菌等。氨基酸发酵方式主要是液体通风深层培养法，设备主要是发酵罐。发酵结束后，离心除去菌体，上清用于提取、分离纯化和精制有关氨基酸。发酵法生产的氨基酸品种及工艺：目前，绝大多数氨基酸都可以通过氨基酸发酵法生产；但缺点是产物浓度低、设备投资大、工艺管理要求严格、生产周期长、成本高。因此，现在大多数氨基酸都采用蛋白质水解法获得。这里仅以L-Ile和L-Lys为例加以说明此类工艺。L-Ile的发酵法工艺：工艺过程说明菌种培养：一级种子培养基组成为葡萄糖2%、尿素0.3%、玉米浆2.5%、豆饼水解液0.1%，pH6.5；二级种子培养基为在一级培养基中加入菜子油0.4%。一级种子培养：在1L三角瓶中加200ml培养基，接种一环牛肉膏斜面菌种，30℃、摇床105rpm培养16h；二级种子培养：接种量3.5%，培养8h；可以如此逐级放大至足够量用以发酵。灭菌、发酵：发酵培养液组成是硫酸铵4.5%、豆饼水解液0.4%、玉米浆2%、碳酸钙4.5%、pH7.2、淀粉水解还原糖初糖浓度为11.5%。在5M3的发酵罐中加入3吨发酵培养基，加热到118-120℃，维持压力为1.1×105Pa，灭菌30min，立即通冰盐水冷却至25℃；按1%接入菌种，维持180转/min的搅拌速度，升温至30-31℃，以0.2L/min.L通气量发酵60h，在24-50h之间不断补加尿素至0.6、氨水至0.27。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，过滤沉淀。离子交换、吸附分离：上清用H+-732离子交换树脂柱子吸附分离。浓缩赶氨：合并pH3-12的洗脱液，70-80℃减压蒸馏，浓缩至粘稠状，加去离子水至原体积的1/4，再浓缩至粘稠状；如此反复几次。脱色、浓缩、中和：浓缩物加去离子水至原体积的1/4，搅匀，用盐酸调pH3.5，加1%活性炭，70℃搅拌脱色1h。滤除活性炭，减压浓缩至适当体积，用氨水调pH6.0，5℃沉淀，过滤抽干，105℃烘干，得L-Ile粗品。精制、烘干：每10kg粗品加8L浓盐酸、20L去离子水，加热至80℃，搅拌溶解，加10kg氯化钠至饱和，加工业碱液调pH10.5，过滤，滤液用酸调pH1.5，5℃过夜，过滤；沉淀加80L去离子水，80℃搅拌溶解，加适量NaCl和1%活性炭，70℃搅拌脱色1h，过滤，滤液减压浓缩到适当浓度，用氨水调pH6.0，5℃放置结晶；收集晶体，抽干，105℃烘干，得L-Ile成品。检验：L-Ile产品应为菱形叶片状或片状晶体，含量应为98.5%-101.5%.作用与用途：（略）L-Lys的发酵工艺(p394)：工艺过程说明菌种培养：菌种为北京棒状杆菌AS1.563。斜面培养基组分为葡萄糖0.5%、牛肉膏1%、蛋白胨0.5%、琼脂2%、pH7。种子培养基组分为葡萄糖2%、磷酸二氢钾0.1%、硫酸镁0.05%、硫酸铵0.4%、玉米浆2%、毛发水解液1%、pH6.8-7.0，Ca2CO30.5%。培养类似L-Ile。灭菌、发酵：发酵培养液组分为淀粉水解液13.5%、磷酸二氢钾0.1%、硫酸镁0.05%、硫酸铵0.4%、玉米浆1%、毛发水解液1%、甘蔗糖蜜2%、pH6.7，灭菌前加甘油醚1L。在5M3发酵罐中投3吨培养基，1.01×105Pa下加热到118-120℃灭菌30min，立即通入冰盐水冷却至30℃，按10%体积比接种，以1：0.6通气量于30℃发酵42-51h，搅拌速度为180转/min。发酵液处理：发酵结束后，离心除菌体，上清加热至80℃，滤除沉淀，滤液经HCl酸化过滤后，上清备用。离子交换：上清以10L/min流进铵-型732离子交换柱，至流出液pH5.0，表明L-