酶在医药学上的应用41

酶与某些疾病发生的关系酶在疾病诊断上的应用酶在疾病治疗中的应用固定化酶及其在医药领域的应用第八节、酶在医药学上的应用一、酶与某些疾病发生的关系皮肤乳白色，毛发淡黄或银白色，瞳孔淡红，虹膜淡灰或淡红，半透明视网膜缺乏色素。1.酪氨酸酶缺陷——白化病2.胱硫醚合成酶缺陷——同型胱氨酸尿症多发性血栓形成，晶体脱位，身体瘦长，蜘蛛样指（趾），轻中度智力低下。智力低下，60%患儿有脑电图异常，头发细黄，皮肤色淡和虹膜淡黄色，惊厥，尿有“发霉”臭味或鼠尿味。3.苯丙氨酸羟化酶缺陷——苯丙酮酸尿症PKU型（99%）苯丙氨酸羟化酶缺陷BH4型（1%）鸟苷三磷酸环化水合酶（GTP－CH）等苯丙酮尿症Chromoseme12pq12q22-q24.2苯丙氨酸羟化酶类缺陷有关。酶缺陷主要原因是基因的错义突变、缺失以及剪接突变造成的。二、酶在疾病诊断上的应用酶疾病与酶活力变化淀粉酶(AMS)胰脏疾病，肾脏疾病时升高；肝病时下降胆碱酯酶肝病、肝硬化、有机磷中毒、风湿等，活力下降酸性磷酸酶(ACP)前列腺癌、肝炎、红血球病变时，活力升高碱性磷酸酶(ALP)佝偻病、软骨化病、骨瘤、甲状旁腺亢进，活力升高；软骨发育不全，活力下降谷丙/谷草转氨酶肝病、心肌梗塞等，活力升高γ-谷氨酰转肽酶原/继发性肝癌，活力200U以上，阻塞性黄疸、肝硬化、胆道癌等，血清酶活升高醛縮酶急性传染性肝炎、心肌梗塞，血清中酶活力显著升高胃蛋白酶胃癌，活力升高；十二指肠溃疡，活力下降磷酸葡糖变位酶肝炎、癌症，活力升高乳酸脱氢酶(LDH)肝癌、急性肝炎、心肌梗塞，活力显著升高；肝硬化，活力正常端粒酶癌细胞中含有端粒酶，正常体细胞内没有端粒酶活性山梨醇脱氢酶（SDH）急性肝炎，活力显著提高脂肪酶(LPS)急性胰腺炎，活力明显增高，胰腺癌、胆管炎患者，活力升高肌酸磷酸激酶（CK）心肌梗塞，活力显著升高；肌炎、肌肉创伤，活力升高α－羟基丁酸脱氢酶心肌梗塞、心肌炎，活力增高磷酸己糖异构酶急性肝炎，活力极度升高；心肌梗塞、急性肾炎，脑溢血，活力明显升高鸟氨酸氨基甲酰转移酶(OCT)急性肝炎，活力急速增高；肝癌，活力明显升高乳酸脱氢酶同工酶心肌梗塞、恶性贫血，白血病、肌肉萎缩，白血病、淋巴肉瘤、肺癌，转移性肝癌、结肠癌，肝炎、原发性肝癌、脂肪肝、LDH4增高葡萄糖氧化酶测定血糖含量，诊断糖尿病亮氨酸氨肽酶（LAP）肝癌、阴道癌、阻塞性黄疸，活力明显升高通过酶活力变化进行疾病诊断用酶测定物质的量的变化进行疾病诊断酶测定的物质用途葡萄糖氧化酶葡萄糖测定血糖、尿糖，诊断糖尿病葡萄糖氧化酶+过氧化物酶葡萄糖测定血糖、尿糖，诊断糖尿病尿素酶尿素测定血液、尿液中尿素的量，诊断肝脏、肾脏病变谷氨酰胺酶谷氨酰胺测定脑脊液中谷氨酰胺的量，诊断肝昏迷、肝硬化胆固醇氧化酶胆固醇测定胆固醇含量，诊断高血脂等DNA聚合酶基因通过基因扩增，基因测序，诊断基因变异、检测癌基因三、酶在疾病治疗中的应用•消化酶类•抗炎清创酶类•抗栓酶类•抗氧化酶类•抗肿瘤细胞生长的酶酶在疾病治疗方面的应用酶名来源用途淀粉酶胰脏、麦芽、微生物治疗消化不良，食欲不振蛋白酶胰脏、胃、植物、微生物治疗消化不良，食欲不振，消炎，消肿，创愈，降压脂肪酶胰脏、微生物治疗消化不良，食欲不振纤维素酶霉菌治疗消化不良，食欲不振溶菌酶蛋清、细菌治疗各种细菌性和病毒性疾病尿激酶人尿治疗心肌梗塞，结膜下出血，黄斑部出血链激酶链球菌治疗血栓性静脉炎，咳痰，血肿，下出血，骨折青霉素酶蜡状芽孢杆菌治疗青霉素引起的变态反应L-天冬酰胺酶大肠杆菌治疗白血病超氧化物歧化酶微生物，植物，动物预防辐射损伤，治疗红斑狼疮，皮肌炎，结肠炎凝血酶动物，蛇，细菌，酵母等治疗各种出血病胶原酶细菌分解胶原，消炎，化脓，脱痂，治疗溃疡右旋糖酐酶微生物预防龋齿胆碱酯酶细菌治疗皮肤病，支气管炎，气喘溶纤酶蚯蚓溶血栓弹性蛋白酶胰脏治疗动脉硬化，降血脂核糖核酸酶胰脏抗感染，祛痰，治肝癌尿酸酶牛肾治疗痛风栓溶酶类与心血管疾病凝血酶健美生消化酶—帮助肠胃蠕动【产品规格】90片／瓶【食用方法】成人每日3片，随主餐服用【成分(每片含)】1)消化蛋白质：木瓜蛋白酶50毫克、菠萝蛋白酶30毫克；2)消化脂肪：脂肪酶30毫克；3)消化碳水化合物/淀粉：淀粉酶50毫克；4)消化乳制品：乳糖酶30毫克；5)消化纤维：纤维素酶15毫克。另含：能抑制过多胃酸的葡萄糖酸钙，能缓解反胃薄荷叶和茴香【适用人群】·消化不良者·肠胃疾病患者·大病初愈者消化酶类•病因：腺苷酸脱氨酶（ADA）基因先天遗传缺陷。•Dr.W.FrenchAnderson和他的同事在小女孩的T细胞中插入一个正常的ADA基因，将其注入她的血液系统。1990年首次基因疗法谢德尔美国一位4岁小女孩AshantiDiSilva,她患了一种严重联合免疫缺陷征（SCID）的疾病。四、固定化酶及其在医药领域的应用将水溶性酶用物理或化学方法处理，固定于高分子支持物(或载体)上而成为不溶于水，但仍有酶活性的一种酶制剂形式，称固定化酶(immobilizedenzyme)。1.固定化酶的优点：极易将固定化酶与底物、产物分开，因而简化了提纯工艺；可以在较长时间内反复使用，有利于工艺的连续化、管道化；酶反应过程可以严格控制，有利于工艺自动化和微电脑化，易于与各种分离手段联用；在绝大多数情况下提高了酶的稳定性；可以增加产物的收率，提高产物质量；较能适应于多酶反应;酶能够重复利用，使用效率提高，成本低；提高操作的机械强度。二、制备固定化酶的依据2.固定化酶的缺点：酶固定化时酶的活力有所损失。同时也增加了固定化的成本，使工厂开始投资大。比较适应水溶性底物和小分子底物。与完整细胞比较，不适于多酶反应，特别是需要辅因子的反应，同时对胞内酶需经分离后．才能固定化。三、固定化技术1、吸附法2、包埋法3、通过双功能试剂进行共价交联4、和水不溶性载体共价结合固定化酶的制备①吸附法1、吸附法(Adsorption)酶被吸附于惰性的固相载体或离子交换剂。物理吸附法使用对酶蛋白有高度吸附能力的硅胶、活性炭，氧化铝、高岭土、石英沙、火棉胶、多孔玻璃等在一定条件下与水溶酶作用制得。这些具有吸附能力的物质就叫做载体。优点：操作简单，反应条件温和，酶活力损失少，载体可反复使用。缺点：易引起蛋白质表面变性，且由于结合力弱，当反应液的pH值、离子强度、温度、底物浓度等发生变化时，会导致酶易从载体上部分或全部脱落。离子结合法利用含有离子交换基团的固相载体（如具有交换基团的葡聚糖凝胶或纤维素）与酶蛋白分子的带电基团互相吸引（靠离子链）而形成络合物。优点：制作简单，处理条件缓和，酶蛋白的活性中心和高级结构破坏较少，可以制得活力较高的固定化酶。缺点：离子键结合较松散，如在高离子强度下进行反应时，酶与载体易分开。第一个离子结合法固定化酶：DEAE—Cellulose固定化过氧化氢酶第一个工业化的固定化酶：DEAE-SephadexA-50固定化氨基酰化酶④包埋法固定化酶的应用2、包埋法(Entrapment)将酶包埋在凝胶的微小空格内或埋于半透膜的微型胶束内，但底物仍能渗入到里面与酶接触。优点：利用此法制得的固定化酶，由于酶分子仅仅是被包埋起来，而未受到化学作用。酶蛋白几乎不起变化，可适用与多种不溶酶的制备。缺点：酶被包埋在内部，对大分子底物很难发生催化作用。所以用包埋法制备的酶，一般只适用与小分子底物。包埋法又分为：微胶囊包埋法胶格包埋法微胶囊包埋法将酶包埋在半透性聚合体膜内，形成的直径为1~100um。胶格包埋法首先被采用的胶格包埋法是：•固定化胰蛋白酶•木瓜蛋白酶•－淀粉酶Enzyme+N,N-甲叉双丙稀酰胺,丙稀酰胺引发剂－－inactiation3、交联法依靠双功能基团的试剂，使酶蛋白分子之间发生交联，凝集成网状结构而成为固定化酶。酶分子之间共价交联和与水不溶性载体共价结合酶分子4、共价键合法(Covalentbonds)酶蛋白的非必需基团通过共价键和载体形成不可逆的连接。共价结合法要注意两个问题：①参加载体共价结合应不是活性中心基团，也不是参与酶蛋白的高级结构的必需基团，否则会使固定化酶不呈现出酶活力。②载体必须具有在温和条件下可与酶蛋白发生偶联反应的基团，又有一定的机械强度和较大的表面积。优点：此法制得的固定化酶，酶分子和载体间的共价键较牢固，在介质组成发生改变和进行反应时，都不会造成酶的脱落，因而可以反复使用。缺点：制取固定酶较复杂，反应条件比较剧烈，所以要制得酶活力很高的固定化酶较为困难。制作方法：有重氮化法、烷基化和芳基化法、肽法和戊二醛法等。方法优点缺点吸附法制作条件温和、简便、成本低、载体再生、可反复使用结合力弱，对pH、离子强度、温度等因素敏感，酶易脱落，酶的装载容量较小共价法载体与偶联方法可选择性大；酶的结合力强，非常稳定偶联条件激烈，易引起酶失活；成本高，某些偶联试剂有一定毒性交联法可用的交联试剂多，技术简易，酶的结合力强，稳定性高交联条件激烈，机械性能差包埋法包埋材料、包埋方法可选余地大，固定化酶的使用面广，包埋条件温和仅可用于低分子量的底物，不适用于柱系统，常有扩散限制问题各种酶固定化方法的比较泵储罐反应产物离心机消旋反应器固定化酶柱子晶体L-AlaL-AlaA-D-AlaA-L-AlaA-D-Ala四、固定化酶的应用1、使用酶柱式固定化酶连续催化反应2、固定化多酶反应3、固定化酶在分离提纯上的应用青霉素酰化酶与抗生素改造8.1酶在药物制造方面的应用酶主要来源用途青霉素酰化酶微生物制造半合成青霉素和头孢菌素11-β-羟化酶霉菌制造氢化可的松L-酪氨酸转氨酶细菌制造多巴（L-二羟苯丙氨酸）β-酪氨酸酶植物制造多巴α-甘露糖苷酶链霉菌制造高效链霉素核苷磷酸化酶微生物生产阿拉伯糖腺嘌呤核苷（阿糖腺苷）酰基氨基酸水解酶微生物生产L-氨基酸5’-磷酸二酯酶桔青霉等微生物生产各种核苷酸多核苷酸磷酸化酶微生物生产聚肌胞，聚肌苷酸无色杆菌蛋白酶细菌由猪胰岛素（Ala-30）转变为人胰岛素（Thr-30）核糖核酸酶微生物生产核苷酸蛋白酶动物、植物、微生物生产L-氨基酸β-葡萄糖苷酶黑曲霉等微生物生产人参皂甙-Rh28.2酶在食品、酿造、饲料方面的应用淀粉制糖、发酵、酒精、食品（包括果蔬汁、啤酒酿造、谷物食品、蛋白水解、和功能食品以及食用油脂）饲料“绿色健康，“酶”力无限淀粉酶类与淀粉糖业果汁生产与果胶酶乳制品与凝乳酶酶制剂在国外饲料工业中得到不断应用，不仅提高了饲料原料的转化率，也促进了对饲料的消化。植酸酶Bio-Feed®Phytase(Ronozyme®P)主要用于提高植酸磷的消化率，并相应改善钙和其它矿物元素的利用率。大大降低了动物粪便中磷的排放量，有益环保。8.3酶在轻工、化工方面的应用用酶进行原料处理用酶生产各种轻工、化工产品用酶增强产品的使用效果。生物抛光是一种用纤维素酶改善纤维素纤维制品表面的整理工艺,以达到持久的抗起毛起球并增加织物的光洁度和柔软度酶水解了毛根部的毛囊蛋白而使毛松动脱落。蛋白酶分解皮纤维间质中的可溶性蛋白质，使皮纤维进一步松散软化。加速蛋白质的分解染色温度降低皮革脱毛与软化加酶洗涤剂生丝脱胶与羊毛染蛋白酶8.4酶在环境保护中的应用环境监测废水处理–过氧化物酶–多酚氧化酶可降解材料开发8.5酶在生物技术方面的应用除去细胞壁大分子切割大分子连接目的基因基因载体重组体分切接转筛DNA连接酶“分子针线”限制性内切酶“分子手术刀”限制性酶活性缓冲液甲基化底物性状问答题1、影响酶促反应的因素有哪些？它们是如何影响的？2、试比较酶的竞争性抑制作用与非竞争性抑制作用的异同。3、什么是米氏方程，米氏常数Km的意义是什么？试求酶反应速度达到最大反应速度的99％时，所需求的底物浓度（用Km表示）4、什么是同工酶？为什么可以用电泳法对同工酶进行分离？同工酶在科学研究和实践中有何应用？5、举例说明酶的结构和功能之间的相互关系。名词解释活性中心全酶酶原别构酶活力单位比活力Km诱导契合变构效应ribozyme辅酶和辅基固定化酶