第十章氨基酸药物

10.4 赖氨酸的生产
1 赖氨酸概述
2 赖氨酸的性质 3 赖氨酸生物合成途径法生产赖氨酸
10.4.1 赖氨酸概述
赖氨酸是人和动物营养的必需氨基酸，对机体的生长有重 要的影响，且在八种必需氨基酸中是惟一的仅L型成分才 能有效利用的基本氨基酸。而在小麦、玉米、稻米等植物 蛋白质中缺乏赖氨酸，因此赖氨酸广泛应用于营养食品、 食品强化剂、饲料及医药等方面。
10.1.2 氨基酸的命名与分类
1.氨基酸的命名 氨基酸的化学名称是根据有机化学标准命名法命名的。氨 基位置有α 、β 、γ 、δ 、ε 之分。如：赖氨酸的化学名
为α ，ε -二氨基己酸。
10.1.2 氨基酸的命名与分类
2.氨基酸的分类 ① 根据氨基酸在pH=55溶液中带电状况可分为酸性、中性 及碱性氨基酸三大类；② 按照氨基酸侧链的化学结构，
10.3.4 用于治疗肿瘤的氨基酸及其 衍生物
近年来，发现不同癌细胞的增殖需要大量消耗某种特定氨 基酸。寻找这种氨基酸的结构类似物——代谢拮抗剂，被 认为是治疗癌症的一种有效手段，天冬酰胺的结构类似物 是S-氨甲酰基半胱氨酸。目前已试制氨基酸类抗癌药物 多种，如N-乙酰-L-苯丙氨酸、N-乙酰-L-缬氨酸。已发现 天冬酰胺酶能阻止要求天冬酰胺的癌细胞（白血病）的增 殖。
10.1.1 氨基酸的组成与结构
2.化学通性 α -氨基酸共同的化学反应有两性解离、酰化、烷基化、 酯化、酰氯化、叠氮化、脱羧及脱氨反应、肽键结合反应
等。此外，某些氨基酸的特殊基团也产生特殊的理化反应 ，如：酪氨酸的酚羟基可产生米伦反应与福林达尼斯反 应；精氨酸的胍基产生坂口反应；色氨酸的吲哚基与芳醛 产生红色反应；组氨酸的咪唑基产生Pauly反应等。另外 色氨酸、苯丙氨酸及酪氨酸均有特征紫外吸收，色氨酸的 最大吸收波长为279nm，苯丙氨酸为259nm，酪氨酸为 278nm。但构成天然蛋白质的20种氨基酸在可见光区均无 吸收。
内酰胺水解酶的隐球酵母混合培养，使DL-氨基己内酰胺 直接转化，全部生成L-赖氨酸。②利用D-氨基己内酰胺消 旋酶，将D-氨基己内酰胺消旋化，生成L-氨基己内酰胺， 再利用L-氨基己内酰胺水解酶将L-氨基己内酰胺水解，生 成L-赖氨酸。
10.4.5 赖氨酸的酶法生产
（2）酶法反应工艺 反应实例：10%、100mL（780mmol）的DL-氨基己内酰胺（ 用HCl调pH=8.0），加入0.1g隐球酵母的丙酮干燥菌体及 0.1g无色杆菌的冷冻干燥菌体，置于300mL的三角瓶中， 在往复式摇瓶机上进行振荡培养，温度保持40℃，反应时 间为24h。上清液中测不出D氨基己内酰胺，L赖氨酸 的量为778.4m mol，转化率达到99.8%。加入少量活性炭 ，搅拌并煮沸3min，冷却至室温，过滤后用盐酸调pH=4.1 ，真空浓缩，60℃干燥，得到L-赖氨酸盐酸盐，纯度为 99.5%。
10.3.2 治疗消化道疾病的氨基酸及 其衍生物
此类氨基酸及其衍生物有谷氨酸及其盐酸盐、谷氨酰胺、 乙酰谷酰胺铝、甘氨酸及其铝盐、硫酸甘氨酸铁、组氨酸 盐酸盐等。其中谷氨酸、谷氨酰胺、乙酰谷酰胺铝主要通 过保护消化道或促进黏膜增生，而达到防治综合性胃溃疡 病、十二指肠溃疡、神经衰弱等疾病的作用。甘氨酸及其 铝盐、谷氨酸盐酸盐主要是通过调节胃液酸碱度实现治疗 作用。
10.2.1 蛋白水解法
以毛发、血粉及废蚕丝等蛋白为原料，通过酸、碱或酶水 解成多种氨基酸的混合物，经分离纯化获得各种氨基酸的 生产方法。目前蛋白质水解分为酸水解法、碱水解法及酶 水解法。水解法生产氨基酸的主要过程为水解、分离、精 制结晶三个步骤。随着氨基酸生产技术的进步，由蛋白水 解法提取氨基酸这一方法受到了很大的冲击，但在药用氨 基酸的生产中仍有一定的意义。目前，我国至少有6种氨 基酸尚需要用提取法生产，如组氨酸、精氨酸、亮氨酸、 丝氨酸、胱氨酸及酪氨酸。
第十章 氨基酸药物
1 氨基酸的种类及物化性质 2 氨基酸的生产方法 3 氨基酸及其衍生物在医药中的应用
4 赖氨酸的生产 5 赖氨酸的提取和精制
10.1 氨基酸的种类及物化性质
1 氨基酸的组成与结构
2 氨基酸的命名与分类
10.1.1 氨基酸的组成与结构
所有α -氨基酸的表达通式为：
10.1.1 氨基酸的组成与结构
10.5.2 发酵液的预处理发酵液的预 处理
1. 离心分离法采用高速离心机（4500～6000r/min）分离除 去，菌体小需反复分离，成本高。 2. 添加絮凝剂沉淀法是先将发酵液调节到一定的pH值，加适
宜的絮凝剂如聚丙烯酰胺，使菌体絮凝而沉淀，加助滤剂 过滤除去。
10.5.3 赖氨酸的提取
1.沉淀法，利用赖氨酸生成难溶性盐而沉淀分离，或使赖氨 酸结晶析出。 2.有机溶剂抽提法。
10.4.2 赖氨酸的性质
10.4.3 赖氨酸生物合成途径
10.4.3 赖氨酸生物合成途径
10.4.3 赖氨酸生物合成途径
10.4.3 赖氨酸生物合成途径
• 根据赖氨酸的生物合成途径，由葡萄糖生成赖氨酸的化学 反应式为： 3C6H12O6+4NH3+4O2 →2C6H14N2O2+6CO2+10H2O
10.4.5 赖氨酸的酶法生产
(4)L-赖氨酸的分离 酶水解后生成的L-赖氨酸不溶于有机溶剂，而N-乙酰-D赖氨酸则能溶解。故加入有机溶剂，L赖氨酸即析出，
而与溶解的N-乙酰-D-赖氨酸分开。常用的有机溶剂为乙 醇、醋酸乙酯或磷酸三丁酯。
10.4.5 赖氨酸的酶法生产
(5)D-赖氨酸的回收 母液中的乙酰-D-赖氨酸经真空浓缩至干，再用6mol/L HCl水解，即得D-赖氨酸的二盐酸盐。
1.物理通性 天然氨基酸纯品均为白色结晶性粉末，其熔点及分解点均 在200℃以上，各种氨基酸均能溶于水，但溶解度不同。
所有氨基酸都不溶于乙醚、氯仿等非极性溶剂，而均溶于 强酸、强碱中。除甘氨酸外，所有天然氨基酸都具有旋光 性。天然氨基酸的旋光性在酸液中可以保持，在碱液中由 于互变异构，容易发生外消旋化。
10.3.1 氨基酸的营养价值及其与疾 病的关系
氨基酸是构成蛋白质的基本单位，它参与体内代谢和各种 生理机能活动，故蛋白质的营养价值实际是氨基酸作用的 反应。健康人靠膳食中的氨基酸或蛋白质，获取机体对营 养的需求。缺乏蛋白质或氨基酸，则会影响机体的生长发 育及正常的生理功能，导致抗病能力减弱引起病变。消化 道功能严重障碍者及手术后病人，常因禁食无法获得足够 蛋白质，而使自身蛋白质过量消耗，导致病情恶化或预后 不良。
10.4.5 赖氨酸的酶法生产
(3)酶法拆分操作要点 首先配制0.1～0.5mol/L浓度的N-乙酰-DL-赖氨酸的水溶 液，用氢氧化钠调节pH=7.0，加入一定量的米曲霉丙酮干
粉，38℃ 24h以上。待水解反应基本完全，加入醋酸调 pH=5.0，停止酶的作用并加入少量的活性炭，加热至70℃ 脱色，过滤，浓缩。
10.3.5 治疗其他疾病的氨基酸及其 衍生物
谷氨酸可被脑组织氧化，能作为脑组织的“能源”，是脑 组织代谢作用较活跃的成分，故用来作为神经衰弱患者的 中枢神经及大脑皮质的补剂，有改善神经系统功能的作用 。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 后遗症等。
• 赖氨酸对糖的理论转化率为：
• 赖氨酸盐酸盐对糖的理论转化率为：
10.4.4 赖氨酸的发酵生产
直接发酵法工艺流程如下：
1.L-赖氨酸生产菌种及扩大培养 （1）生产菌种 （2）种子扩大培养
10.4.4 赖氨酸的发酵生产
2.赖氨酸发酵工艺及控制要点 （1）发酵工艺流程
10.4.4 赖氨酸的发酵生产
10.4.5 赖氨酸的酶法生产
2.赖氨酸的酶法拆分 （1）酶法拆分消旋体原理
10.4.5 赖氨酸的酶法生产
（2）酰化酶的制取 用米曲霉制备米曲。将米曲置于冰浴中，加4倍蒸馏水或 去离子水混匀压滤，残渣用2倍水洗，合并两次滤液，室
温离心（2500～3000r/min）30min，上清液调pH=5。加入 硫酸铵至0.6饱和度，冰浴中放置2h，离心后弃去上清液 ，沉淀用水洗涤，得粗酶液。加入甲苯后置冰箱中备用， 可保存1～2天。将粗酶液于-2℃下加入60%（体积分数） 的冷丙酮（1～2℃），经冷冻离心，收集沉淀，用少量水 洗，对蒸馏水透析48h，冷冻干燥即得。
10.3.3 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 、天冬氨酸、谷氨酸钠、蛋氨酸、乙酰蛋氨酸、赖氨酸盐 酸盐及天冬氨酸等。精氨酸是鸟氨酸循环（ornithine cycle）的一员，具有重要的生理意义。多吃精氨酸，可 以增加肝脏中精氨酸酶（arginase）活性，有助于将血液 中的氨转变为尿素而排泄出去。所以精氨酸对治疗高氨血 症、肝机能障碍等疾病颇有效果。精氨酸还是肝性昏迷禁 钠病人的急救用药。L精氨酸、L鸟氨酸是机体尿素循 环的中间体或重要成分。蛋氨酸和乙酰蛋氨酸是体内胆碱 合成的甲基供体，可促进磷脂酰胆碱的合成，用于慢性肝 炎、肝硬化、脂肪肝、药物性肝障碍的治疗。
3.离子交换树脂吸附法。
4.电渗析法。
10.5.3 赖氨酸的提取
• 强酸性阳离子交换树脂对氨基酸的交换势为：精氨酸＞赖 氨酸＞组氨酸＞苯丙氨酸＞亮氨酸＞蛋氨酸＞缬氨酸＞丙 氨酸＞甘氨酸＞谷氨酸＞丝氨酸＞苏氨酸＞天冬氨酸。 • 赖氨酸提取精制工艺流程如下：
10.2.3 酶法
10.2.4 直接发酵法
10.2.4 直接发酵法
10.2.5 微生物生物合成法
10.3 氨基酸及其衍生物在医药中的 应用
1 氨基酸的营养价值及其与疾病的关系
2 治疗消化道疾病的氨基酸及其衍生物 3 治疗肝病的氨基酸及其衍生物 4 用于治疗肿瘤的氨基酸及其衍生物 5 治疗其他疾病的氨基酸及其衍生物
（2）发酵培养基组成