第五章 酶工程制药技术
酶工程技术在制药中的应用研究
酶工程技术在制药中的应用研究随着医学的不断发展，药物的研制也日益提高了人类的健康水平，其中酶工程技术在制药中起到了重要的作用。
本文将围绕酶工程技术在制药中的应用展开论述。
一、酶工程技术简介酶是一种生物催化剂，能够在体内促进反应的进行。
而酶工程技术则是指利用现代分子生物学和遗传工程的方法，对酶进行设计、改造、合成和利用的技术。
酶工程技术的出现，为制药行业带来了新的机遇和挑战。
二、酶工程技术在制药中的应用1. 酶制药酶制药是利用酶在体外合成药物或对药物进行标记的一种方法。
由于酶具有高效、选择性强、对环境友好等特点，因此在制药中被广泛应用。
举例来说，酶可以在体外合成抗癌药物、维生素、抗生素等有效成分，也可以对药物进行放射性标记，在体内追踪药物的分布和代谢过程。
2. 酶工程技术在酶药物研制中的应用酶药物是指利用特定酶来治疗疾病的药物，在制药中具有广泛的应用前景。
随着酶工程技术不断发展，越来越多的酶药物被开发出来。
例如，利用酶切割蛋白质能够治疗关节炎和癌症等疾病，在新药研究中扮演了重要的角色。
3. 酶反应过程中的控制与优化在酶反应过程中，酶的性质和反应条件等都会对反应过程产生影响，因此需要对反应过程进行控制和优化。
酶工程技术可以通过改变酶的性质或设计特殊的反应条件，来优化酶反应过程，提高反应效率和质量。
例如，利用反应工程学方法，可以对pH、温度、底物浓度等因素进行优化，从而提高酶反应的产率和效率。
4. 酶工程技术在纯化和分离过程中的应用在药物的制备过程中，纯化和分离是非常关键的步骤，影响着药物的质量和产率。
酶工程技术可以将药物在分离过程中与特定酶结合，通过酶的特异性去除其他无关成分，从而达到提高药物纯度和分离效率的目的。
三、酶工程技术在制药中的应用前景随着现代医学的不断进步，药物的精细化和个性化成为制药行业的重要趋势。
酶作为一种天然催化剂，具有高效、安全、环保等优势，可以满足药物制备的高效性和精细化的要求，在药物研究和制备中的应用前景广阔。
05—酶工程制药
一般健康人体内所含有的某些酶的量是
恒定在某一范围的。当人们患上某些疾病时， 则由于组织、细胞受到损伤或者代谢异常而引 起体内的某种或某些酶的活力发生相应的变化。 故此，可以根据体内某些酶的活力变化情况，
而诊断出某些疾病。
17
（二）用酶测定体液中某些物质的变化诊断疾病：
人体在出现某些疾病时，由于代谢异常或者
在酶液中加入某些物质，使它与酶形成复合物而沉淀 下来 选择一定的条件使酶液中存在的某些杂质变性沉淀， 而不影响所需的酶
35
复合沉淀法 选择性变性沉 淀法
三、酶的纯化
过滤与膜分离 电泳
离子交换层析
36
第三节 酶和细胞的固定化
水溶性酶 水不溶性载体 固定化技术
水不溶性酶
（固定化酶）
酶应用过程中的一些不足
酶的基础知识
（一）酶是生物催化剂
酶是生物细胞产生的、具有催化能力的生物催 化剂。 催化高效性 专一性：结构专一性；立体异构专一性 酶具有不稳定性 反应条件温和
（二）酶的化学本质
单纯酶
酶 蛋白质 结合酶 辅酶 辅因子 辅基 （全酶）= 酶蛋白 + 辅因子 与酶蛋白结合得比较松的小分子有机物。 与膜蛋白结合得紧密的小分子有机物。
的一种。
多数是蛋白质水解酶，分解发炎部位纤维蛋白的
凝结物，消除伤口周围的坏疽、腐肉和碎屑。
其中有些酶能够分解脓液中的核蛋白使成简单的
嘌呤和嘧啶，降低脓液的粘性、达到净洁创口、
消除痴皮、排除脓液抗炎消肿的目的。
主要有胰蛋白酶、糜蛋白酶、双链酶，α-淀粉酶、
胰脱氧核糖核酸酶等。
25
血凝和解凝类：这类酶都是从血液中提取出来的。
酶工程技术在生物制药中的应用
酶工程技术在生物制药中的应用酶工程技术在生物制药领域中起着非常重要的作用。
通过利用生物学和化学的知识，对酶进行研究和改造，可以提高酶的稳定性、活性和选择性，从而实现对生物药物的高效生产。
本文将探讨酶工程技术在生物制药中的应用，包括酶的筛选、优化、产物合成以及生产过程监控等方面。
首先，酶工程技术在生物制药中的第一个应用是酶的筛选。
酶的筛选是指从大量的天然资源中寻找具有所需活性和特性的酶。
传统的方法涉及到对大量的样本进行筛选和检测，但这种方法非常耗时、费力且效果不稳定。
而酶工程技术则通过构建酶库，将大量的酶候选体转化到不同的表达宿主中进行高通量的筛选。
通过高通量的筛选技术，可以筛选出拥有所需活性和稳定性的酶。
其次，酶工程技术在生物制药中的另一个应用是酶的优化。
酶的优化是指对酶进行改造，以提高其特定功能。
通过酶的定点突变、DNA重组技术和蛋白质工程等手段，可以改变酶的结构和性质。
例如，可以通过改变酶的底物结合位点、催化活性位点等来优化酶的催化效率和选择性。
此外，酶的改造还可以增加酶的稳定性，使其能够在高温、高压、酸碱等恶劣条件下工作。
通过酶的优化，可以提高生物制药中的产率和纯度。
另外，酶工程技术还在生物制药中发挥着关键的作用，例如酶的产物合成。
酶可以被利用来合成各种高价值的生物活性分子，如药物、抗生素、酶制剂等。
酶可以选择性地催化特定化学反应，从而在合成过程中减少无用副产物的生成，提高产物纯度和产率。
此外，酶还可以在困难的反应条件下催化反应，如不对称合成、催化剂的选择性还原等。
因此，酶工程技术在药物合成中具有广阔的应用前景。
最后，酶工程技术还可用于生产过程监控。
生物制药过程的监控是确保产品质量和一致性的重要手段。
酶工程技术可以通过构建报告基因来实现对酶的表达量、活性和稳定性进行监测。
通过监测这些参数，可以实时了解酶的工作状态和产物的合成过程，从而及时调整工艺参数，确保产品质量的稳定和一致性。
此外，酶工程技术还可以应用于注射剂的制备过程监控，如温度、pH值、搅拌速度等参数的监测和调节。
第24讲 第五章 酶工程制药技术(2)
过滤
6－APA
滤液
转化液
青霉素G（V）
药物的酶法生产
工艺控制要求
（1）大肠杆菌培养 • 菌株：E.coli D8165（产青霉素酰化酶） （2）E.coli固定化 • E.coli湿菌体＋10%明胶（包埋法）＋25%戊二醛（交联法）→粉碎 过筛→颗粒状固定化E.coli细胞→洗涤抽干 （3）固定化E.coli反应堆制备 • 填充床反应器 （4）转化反应 • 青霉素G（或V）→3%→pH7.5～7.8→40℃→循环转化→pH不变为 止 （5）6-APA的提取 • 过滤→浓缩→冷却→萃取→脱色→过滤→pH4.0，5℃→结晶→过滤、 洗涤、抽干、烘干→成品6-APA
药用酶的生产
酶分离纯化过程应该注意的问题 • ①防止酶的变性 温度（４℃），中性pH • ②防止辅助因子丢失 特别在超滤、透析时，要特别注意 • ③防止被蛋白酶降解 组织自身的蛋白酶、污染菌的蛋白酶
▲
药用酶的改造
为什么改造酶？
天然酶的稳定性比较差 酶催化的反应类型仅六类 在生物细胞中含量太少 专一性太强，缺乏广谱性 催化性能不能满足要求 绝大多数酶具有抗原性
药用酶的改造
改造酶的分类：
常规酶 天然酶 极端酶
酶
修饰酶 工程酶
物理修饰酶 包括固定化酶 化学修饰酶 生物修饰酶（基因修饰、蛋白质修饰等） 抗体酶 杂合酶 生物工程酶 进化酶 人工酶 化学工程酶 印迹酶 合成酶
▲
药物的酶法生产
概念： 利用酶的催化作用，将前体物质转化为药物的 过程。 主要完成一些生物自身无法完成的反应，没有 相应的催化酶、非生物反应环境（如有机相） 酶的选择： １、天然酶 ２、工程酶
药物的酶法生产
固定化细胞法生产6-氨基青霉烷酸（6-APA）
《生物制药工艺技术》 酶工程制药技术
酶工程研究
有机相中酶反应的研究
5
酶工程研究
在工业、农业、医药和 食品等方面发挥着极其
重要的作用。
酶的抑制剂、激活剂的开发及 应用研究
6
抗体酶、核酸 酶的研究
7
模拟酶、合成酶及酶分子的人工设计、 合成的研究
8
一、酶工程制备氨基酸类 药物
利用化学合成、生物合成或天 然存在的氨基酸前体为原料，同 时培养具有相 应酶的微生物、 植物或动物细胞，然后将酶或细 胞进行固定化处理，再将固定化 酶或细胞装填于适当反应器中制 成所谓 “生物反应堆”，加入 相应底物合成特定氨 基酸，反 应液经分离纯化即得相应氨基酸 成品。
③清洗和更换部分固定化酶比较麻烦。床内有 自压缩倾向，易堵塞，且床内的压力降相当大 ，底物必须在加压下才能加入。
①需保持一定的流速，运转成本高，难于放大。
②由于流化床的空隙体积大，酶的浓度不高。
③能处理粉末状底物。 ④即使应用细粒子的催化剂，压力降也不会很高。
③由于底物高速流动使酶冲出，降低了转化率。
固定化细胞的制备
无需进行酶的分离纯化
01
细胞保持酶的原始状态，
02
固定化过程中酶的回收
率高
抗污染能力强
06
固定化细胞 的特点
细胞内酶比固定化酶稳
03
定性更高
细胞本身含多酶体系， 05
可催化一系列反应
04
细胞内酶的辅因子可以
自动再生
固定化细胞的 制备技术
固定化细胞的制备
载体结合法
载体结合法是将细胞悬浮液直接与水不溶性的载体相结合 的 固定化方法。
ｐＨ的影响
溶液的ｐＨ对酶活性影响很大。 在一定的ｐＨ范围内酶表现催化 活性。在某一ｐＨ时酶的催化活 性最大，此ｐＨ称为酶作用的最 适ｐＨ。偏离酶的最适ｐＨ愈远， 酶的活性愈小，过酸或过碱则可 使酶完全失去活性。
酶工程制药常用技术及应用
酶工程制药常用技术及应用酶工程制药常用技术及应用酶是由生物体活细胞产生的具有催化特定化学反应的蛋白质、RNA或其复合体。
是生物催化剂，能通过降低反应的活化能加快反应速度，但不改变反应的平衡点。
绝大多数酶的化学本质是蛋白质。
具有催化效率高、专一性强、作用条件温和等特点。
酶作为一种生物催化剂，已广泛地应用于轻工业的各个生产领域。
近几十年来，随着酶工程不断的技术性突破，在工业、农业、医药卫生、能源开发及环境工程等方面的应用越来越广泛。
酶工程就是将酶或者微生物细胞，动植物细胞，细胞器等在一定的生物反应装置中，利用酶所具有的生物催化功能，借助工程手段将相应的原料转化成有用物质并应用于社会生活的一门科学技术。
它包括酶制剂的制备，酶的固定化，酶的修饰与改造及酶反应器等方面内容。
酶工程的应用，主要集中于食品工业，轻工业以及医药工业中。
一、酶工程制药的基本技术现代酶工程制药的基本技术主要包括酶和细胞的固定化、酶的化学修饰、酶法的手性药物合成技术等。
1.酶和细胞的固定化技术酶本身还是溶于水的，只是是用物理的或化学的方法使酶与水不溶性大分子载体结合或把酶包埋在其中，使得酶在水中溶性凝胶或半透膜的微囊体从而导致流动性降低。
酶固定化后一般稳定性增加，易从反应系统中分离，且易于控制，能反复多次使用。
便于运输和贮存，有利于自动化生产，但是活性降低，使用范围减小，技术还有发展空间。
固定化酶是近十余年发展起来的酶应用技术，在工业生产、化学分析和医药等方面有诱人的应用前景。
酶和细胞的固定化方法有：吸附、共价结合、包埋、选择性热变性、光照、辐射和定点固定化技术等，在制药工业中，包埋法应用较多，其次为吸附法。
固定化细胞包括微生物细胞（包括基因工程菌）、动物和植物细胞。
植物细胞固定化一般采用包埋法，在中药有效成分的应用上具有广阔的前景，至今研究成功的固定化植物细胞有固定化南洋金花、烟草、胡萝卜等10多种。
动物细胞有固定化主要用吸附法和包埋法，目前动物细胞微囊化固定法使其研究的热点，动物细胞有固定化技术现已成功应用于药物药物筛选模型、单克隆抗体、白细胞介素、干扰素等药物的生产过程。
酶工程技术在制药中的应用
酶工程技术在制药中的应用酶工程技术是一种将生物反应器、生化工程等技术手段与酶学、生物工程等学科知识相结合的交叉学科。
在制药领域中，酶工程技术发挥了越来越重要的作用。
以下将从酶的选择、酶在制药中的应用等方面展开阐述。
首先，选择适合的酶非常重要。
酶工程技术不仅能够提高药物合成的效率，还能提高产物的纯度、降低废物的生成量，节约成本。
但是，要实现这些目标，选择适合的酶是非常关键的。
例如，如果制备生物类似物药物，有时需要选择一种特定的酶，以便保证在产生类似物化合物时的正确度和纯度。
而在选择酶的时候，需要考虑到酶反应的特异性、活性和稳定性等因素，以保证酶对反应物的选择性和效率。
因此，在酶的选择方面需要进行详细的研究和评估。
其次，酶在制药领域中的应用十分广泛。
酶可以被使用在药物的各个阶段，如合成中间体的制备、合成药物、纯化、以及对不需要的杂质去除等方面。
例如，在合成中间体的制备中，可采用酶催化合成的技术，以降低反应物的副反应和纯度的提高。
在药物的合成中，酶催化可大大提高反应的效率和选择性。
纯化步骤则可以将杂质去除，增加产物的纯度。
而对于某些复杂的药物，酶也可以在药物的研发中发挥积极的作用。
例如通过酶技术来研究药物代谢和药效，从而增加药物的安全性和疗效。
酶在制药领域中的应用还体现在高效和绿色生产中。
生物反应器中的酶系统可以使用和使废物产生量降低等方面减轻对环境的影响。
例如，在制备含水药物粉剂时，可使用酶技术将常规制剂的发散性和吸散性得到提高，从而提高药物在身体中的吸收率和效率。
最后，要注意酶的稳定性。
在使用酶的过程中，酶的稳定性和长期持久性对制药工业至关重要。
酶必须经常保持清洁，并且需要良好的维护和贮存的方法。
在酶反应进行时，酶所处的环境条件也要得到充分考虑。
因此，在酶使用的过程中，需要进行酶的稳定性测试，并就最优条件进行调整和修改。
综上所述，酶工程技术对于制药领域的作用越来越重要，随着科技的不断进步，酶工程技术的应用前景必将更加广阔。
第五章 酶工程制药技术
消除伤口周围坏疽、腐肉和碎屑。 有些可以分解脓液中核蛋白，达到净洁创口、消炎
目的。 主要有胰蛋白酶、糜蛋白酶、双链酶。
➢ 血凝和解凝类：这类从血液中提取。 凝血酶 使血液凝固，防止微血管出血
纤维蛋白溶解酶 溶解血块，治疗血栓静脉炎、 冠状动脉栓塞。
➢ 作用力：离子键
➢ 常用载体：DEAE-纤维素、DEAE-葡聚糖 凝胶、CM-纤维素
优点：条件温和，操作简便，酶活力损 失少。
缺点：结合力弱，易解吸附。
➢ 2.共价偶联法
借助共价键将酶 的活性非必需侧 链基团和载体的 功能基团进行偶 联。
➢ （1）载体：亲水载体优于疏水载体
如:天然高分子衍生物:
➢ （3）水解酶：
催化由水分子介入使基质共价键水解反应，切断键有酯键、糖苷键、醚键、 肽键。
➢ （4）裂解酶：
催化用水解以外的方法使原子团和基质分离，在基质上生成双键反应，
➢ （5）异构酶：
催化不伴有基质分子水解、转移、氧化还原的分子异构反应。
➢ （6）连接酶：
催化将ATP或类似三磷酸化合物的焦磷酸键切断，使连个分子连接反应。
第五章 酶工程制药技术
重点内容：酶固化技术；
第一节 酶工程概述
➢ 一、酶工程简介（Enzyme Engineering） 酶工程是酶学和工程学相互渗透结合和
发展而成的一门新的技术学科。它是从应 用的目的出发研究酶、应用酶的特殊催化 性能，并通过工程化将相应原料转化成有 用物质的技术。
➢ 酶工程这个名字出现在20世纪20年代，主 要指自然酶制剂在工业上的规模应用。
纤维素
葡聚糖凝胶
酶工程技术在制药中的应用
酶工程技术在制药中的应用酶工程技术是将生物催化反应应用于工业领域的一种技术，具有高效、环保、低成本等优点。
在制药领域，酶工程技术的应用也越来越广泛。
一、酶工程技术在药物合成中的应用
酶在药物合成中的应用已经成为一种趋势。
它可以降低药物生产成本，提高药物纯度和效力，并避免传统合成方法中的化学毒性和环境污染。
例如，利用酶催化的方法可以合成具有治疗性质的药物，比如说去氧胆酸的合成和抗癌药物阿霉素的合成等。
二、酶工程技术在药物分离中的应用
在药物分离中，酶可以被用来制备极纯的药物。
同时，酶的高效性可以帮助加速药物分离过程。
例如，酶可以被用来去除药物中的杂质，提高药品的纯度。
三、酶工程技术在药物传递中的应用
酶工程技术在药物传递中的应用已经成为公认的一种有效方式。
酶可以被用来制作可以促进吸收的药物。
这些药物可以以不同的
方式输送到受体器官，从而提高药物的效力和生物利用度。
例如，通过合成可以被口服的酶，可以提高药物在肠道中的分解率。
四、酶工程技术在药物配方中的应用
酶工程技术在药物配方中的应用可以帮助保证药物品质，提高
药物的效力，并改善药物传递的过程。
在制药公司中，通过酶工
程技术，药品的配方可以被改进，进而制造出更加安全和高效的
药品。
总之，酶工程技术的应用对于现代制药业的发展有着非常大的
促进作用。
未来，伴随着技术的不断进步，酶工程技术在制药领
域中的应用也将不断拓展。
生物技术制药：酶工程制药-2
30
2.抗体酶的制备原则
➢ 稳定过渡态法
31
抗体结合部位修饰法
用可裂解亲和标记试剂将催化基团引入到抗体结合部位的示意
CGG GCC
Mutant
(6)
translation
Thr
Mutant protein
Only one amino acid changed
Val → Thr
5
(2)PCR介导的定点突变
C A G
G C
C
G G
6
7
（3）盒式突变
➢ 利用一段人工合成的含基因突变序列的寡核苷酸 片段，取代野生型基因中的相应序列。
*
*
*
*
library
*
*
*
s*creen and select
*
* **
15
**
16
A. error-prone PCR
➢ 连续易错PCR (sequential error prone PCR):即将一次 PCR扩增得到的有用突 变基因作为下一次PCR 扩增的模板，连续反复 地进行随机诱变。
8
3.突变酶的应用
（1）提高酶活性及稳定性 ➢ 对活性中心的氨基酸逐个进行突变，找出关键氨
基酸进行，得出可信结论
9
T4溶菌酶和6种设计的变体特性
酶 氨基酸的位置
二硫键的数目 相对活性 Tm
3 9 21 54 97 142 164
生物技术制药酶工程制药
肌酸磷酸激酶 心肌梗塞，活力显著升高；肌炎、肌肉创伤，活力升高 （CK）
2. 用酶测定物质的量的变化进行疾病诊断
酶 葡萄糖氧化酶 尿素酶
谷氨酰胺酶
胆固醇氧化酶
DNA聚合酶
测定的物质
用途
葡萄糖
测定血糖、尿糖，诊断糖尿病源自尿素测定血液、尿液中尿素的量， 诊断肝脏、肾脏病变
谷氨酰胺
测定脑脊液中谷氨酰胺的量， 诊断肝昏迷、肝硬化
学习要求
掌握：酶的来源和生产、酶纯化的主要方法、 固定化酶和固定化细胞的制备方法、酶反应 器的基本类型
熟悉：酶分离纯化的一般过程、固定化酶的 性质和指标、酶反应器的性能评价及操作
了解：酶工程的研究现状、酶工程在制药中 的应用、治疗性的酶类药物
本章主要内容
1 概述 2 酶工程技术 3 酶工程研究新技术 4 酶工程在制药工业中的应用
酸） 制造高效链霉素 生产L-氨基酸 生产各种核苷酸 生产聚肌胞，聚肌苷酸 由猪胰岛素（Ala-30）转 变为人胰岛素（Thr-30）
生产核苷酸 生产L-氨基酸 生产人参皂甙-Rh2
5. 酶在分析检测方面的应用 （1）酶试剂盒 过氧化氢酶检测试剂盒
(Catalase Assay Kit) 通过显色反应来检测细胞、组织或其它样品
中过氧化氢酶活性
5. 酶在分析检测方面的应用
（2）酶联免疫(Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay , ELISA)
免疫检测：让抗体与酶复合物结合，然后通 过显色来检测。
间接法ELISA检测 夹心法ELISA检测 竞争法ELISA检测
5. 酶在分析检测方面的应用
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
酶工程技术在生物制药中的应用
酶工程技术在生物制药中的应用生物制药是以生物技术为基础，利用生物系统合成药品的过程。
与传统化学合成的药品相比，生物制药更具有针对性，效果更加显著。
虽然生物制药市场前景广阔，但是生产过程复杂，生产成本高昂，制约了生物制药产业的发展。
酶工程技术在生物制药中的应用，可以解决这一难题，有效提高了生物制药的生产效率，降低了生产成本，促进了生物制药的发展壮大。
1. 酶工程技术的基本原理酶是一种生物催化剂，具有高效、高选择性和环境友好等特点。
酶工程技术是指通过改造酶基因序列，结构和功能的方式，使得酶的催化效率、反应条件适应性、稳定性、选择性等性能指标大幅度提高。
具体的酶工程技术包括基因工程、蛋白质工程、化学修饰等。
酶工程技术是基于对酶本质的研究，通过改造酶的结构和功能，提高其催化效率和生产效率，进而实现低成本、高效高产的生产过程，从而推动生物制药产业的发展。
2. （1）表达系统的优化针对不同的生物材料，如大肠杆菌、酿酒酵母、哺乳动物细胞等，建立不同的表达系统可以有效提高目标蛋白的表达效率。
例如，在大肠杆菌表达系统中表达重组蛋白，采用适当的宏观生理策略、优化培养条件以及合适的发酵设备，可以实现高密度、连续生产，从而大幅度降低生产成本。
（2）酶的改造与增效酶的改造与增效是酶工程技术的核心内容。
通过基因工程、蛋白质工程等手段改造酶的结构和性质，使其更好地适应生产环境，从而实现催化效率的提高，进而实现生产成本的降低。
例如，利用基因工程在酿酒酵母中表达次黄嘌呤酶，可以使得次黄嘌呤的产生率增加十倍，从而产量大幅度提高，效率大大增加。
（3）酶的固定化技术酶的固定化技术是将酶固定在载体上，形成稳定的酶液，进而实现酶的长时间耐高温、耐酸碱等特性。
这种技术可以大大提高酶的使用寿命，从而提高生产效率，并且可以节约原材料和降低生产成本。
例如，在生产青霉素时，将青霉素酰化酶固定在斜坡填充床上，可以增加设备的流量和生产效率，实现了生产青霉素的连续化和大规模化。
第五章酶工程制药
• 翻译过程分为4个阶段。 • 1 氨基酸活化生成氨酰—tRNA • 2 肽链合成的起始 • 3 肽链的延伸 • 4 肽链合成的终止 • （生物制药技术263-265）
• 提高药用酶产量的措施
• 在酶的发酵生产过程中，为了提高酶产 量，除了选育优良的产酶细胞，保证发 酵工艺条件升根据需要和变化情况及时 加以调节控制以外，还可以采取某些行 之有效的措施，诸如：添加诱导物、控 制阻遏物浓度、添加表面活性剂或其他 产酶促进剂等。
• (3)化学合成法
• 化学合成法是60午代中期出现的新技术。 1965年，我国人工合成胰岛素的成功， 开辟了蛋白质化学合成的新纪元。
• 酶生物合成及其调节理论 ；
• 到目前为止，已知的近3000种酶都是蛋 白质，此外还发现核酸类酶ribosome是具 有生物催化活性的RNA。所以酶的生物 合成主要是RNA和蛋白质的合成过程。
• 2．酶的催化效率高
• 酶的催化效率比一般的非酶催化剂高得 多．有的可高达几百亿倍。例如，双氧 水(H2O2)可以在铁离子或过氧化氢酶的 催化作用下分解成为氧和水。在一定条 件下．1mol铁离子可分解10-3mol H2O2在 相同条件下，1mol过氧化氢酶却可催化 105molH2O2，使其分解。过氧化氢酶的 催化效率是铁离子的1010倍
• 1969年，日本的学者首次在工业生产规 模应用固定化氨基酰化酶从D，L—氨基 酸连续生产L—氨基酸．实现了酶应用史 上的一大变革。此后，固定化技术迅速
• 发展促使酶工程作为一个独立的学科从 发酵工程中脱颖而出。
• 在1971午召开的第一次国际酶工程学术 会议上．确定固定化酶的 统一英文名称 为Immobilized Enzyme
• pH值之所以影响酶的催化作用，主要是 由于在不同的pH条件下，酶分子和底物 分子的解离状态不同，从而影响酶促反 应的进行。
酶工程在制药领域的应用
酶工程在制药领域的应用
酶工程是一种利用生物酶的特异性和高效性进行化学反应的技术。
在制药领域，酶工程已经成为一种重要的技术手段。
以下是酶工程在制药领域的应用的几个方面：
一、酶制剂
酶制剂是指将酶固定在载体上，形成一种稳定的酶催化系统。
酶制剂可以在制药过程中用于催化反应，提高反应速率和选择性。
例如，葡萄糖氧化酶制剂可以用于制备葡萄糖酸钙，而α-淀粉酶制剂可以用于制备麦芽糖。
二、酶催化合成
酶催化合成是指利用酶催化反应，合成药物分子。
酶催化合成可以提高反应速率和选择性，减少副反应和废弃物的产生。
例如，通过酶催化合成可以合成头孢菌素类抗生素和阿司匹林等药物。
三、酶催化反应的控制
酶催化反应的控制是指通过调节反应条件，控制酶催化反应的速率和选择性。
例如，通过调节温度、pH值、底物浓度等反应条件，可以控制酶催化反应的速率
和选择性，从而得到高纯度的药物。
四、酶在药物代谢中的作用
酶在药物代谢中起着重要的作用。
药物在体内被代谢成代谢产物，其中大部分是通过酶催化反应完成的。
例如，肝脏中的细胞色素P450酶可以代谢许多药物，包括抗癌药物、抗生素和镇痛药等。
总之，酶工程在制药领域的应用非常广泛，可以提高药物的生产效率和质量，减少废弃物的产生，同时也可以为新药的研发提供技术支持。
酶工程制药
3
3．作用条件温和（酶易失活）
酶是蛋白质，对环境条件极为敏感，凡能使蛋白 质变性的物理或化学的因素都能使酶丧失活性； 酶也常因温度、PH等的轻微改变或抑制剂的存在 使其活性发生变化。酶作用一般要求比较温和的 条件，如常温、常压、接近中性的PH值等。
4．酶活力的可调节性：
酶促反应受多种因素的调控，以适应机体不断变 化的内外环境和生命活动的需要。
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青霉素
1932年由Fleming首次发现 占据全世界19% 的抗生素市场 作用机理是抑制细菌细胞壁的形成 具有广谱抗菌作用 低毒 杀菌作用强 是一种酸性物质，性质不稳定 大量长期普遍使用使致病菌对青霉素具有耐药性
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6-APA
6-APA由青霉素酰化酶水解除去侧链后而成， 是生产半合抗青霉素类抗生素氨苄钠和阿莫 西林的重要中间体。
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4、多酶复合体（multienzyme complex）： 多酶复合体又命多酶体系，是由几种功能相关的
酶嵌合形成的复合体。它有利于一系列反应的连 续进行，以提高酶的催化效率，同时便于机体对 酶的调控。相对分子量都很高，一般都在几百万 以上。
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酶工程的概念
酶工程（Enzyme Engineering） 是酶学和工程学相互渗透发展而成的一门新的技术 科学，它是从应用的目的出发研究酶、应用酶的特 异性催化功能并通过工程化将相应原料转化成有用 物质的技术。
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许多化合物的结构都是对映性的，好像人的左右 手一样，这被称作手性。
药物中也存在这种特性，在有些药物成份里只有 一部分有治疗作用，而另一部分没有药效甚至有 毒副作用。这些药是消旋体，它的左旋与右旋共 生在同一分子结构中。人们认识到将消旋体药物 拆分的重要性。
酶工程制药实用技术
酶工程制药实用技术随着生物技术的迅速发展，酶工程制药技术已经成为制药行业的重要支柱。
酶是一种生物催化剂，可以加速各种生物化学反应，因此酶工程制药技术利用酶的特性，在制药工业中发挥重要作用。
本文将详细介绍酶工程制药技术的原理、实用技术及其在实践中的应用效果和未来发展前景。
一、酶工程制药技术简介酶工程制药技术是指利用酶或微生物细胞作为生物催化剂，在体外合成或改造药物分子的一种技术。
该技术运用酶的特性和催化效率，在制药工业中生产、修饰和优化药物，为药物研发和生产提供了新的途径。
二、酶工程制药技术原理酶工程制药技术的基本流程包括：1、酶的筛选和鉴定：从自然界中筛选出具有特定催化功能的酶，鉴定其性质和作用机理。
2、酶的克隆和表达：将筛选出的酶基因克隆到表达载体中，实现大量生产。
3、药物合成：利用酶的催化作用，在体外合成药物分子。
4、药物修饰和优化：通过酶的修饰作用，改善药物分子的药效和稳定性等性质。
5、产品分离和纯化：将合成的药物分子分离、纯化，以备临床应用。
三、酶工程制药实用技术1、固定化酶技术：将游离酶固定在特定介质上，以提高酶的稳定性和可回收性，降低生产成本。
2、酶的修饰和改造：通过基因工程技术对酶进行修饰和改造，提高酶的催化效率和药物分子的产量。
3、全细胞生物转化：利用完整微生物细胞进行催化反应，实现多步生物化学反应的连续进行。
四、酶工程制药技术应用案例分析以β-干扰素的生产为例，传统生产方法主要采用化学合成法，但该方法步骤繁琐、产率较低。
采用酶工程制药技术，可以在短时间内实现大量生产，且产物纯度高、安全性好。
具体应用如下：1、酶的筛选：从微生物中筛选出具有β-干扰素类似物生产能力的酶。
2、酶的克隆和表达：将筛选出的酶基因克隆到表达载体中，在大规模发酵罐中进行表达。
3、β-干扰素的合成和修饰：利用固定化酶技术和全细胞生物转化技术，实现β-干扰素的高效合成与修饰。
4、产品分离和纯化：通过高效液相色谱等分离纯化技术，将合成的β-干扰素进行分离、纯化，得到高纯度的产品。
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结合酶 （全酶）=酶蛋白+辅因子
辅因子
辅酶 与酶蛋白结合得比较松的小分子有机物 辅基 与膜蛋白结合得紧密的小分子有机物 金属激活剂 金属离子作为辅助因子
必须基团：这些基团若经化学修饰使其改变，则酶活性丧失。
活性部位：酶分子中直接与底物结合，并和酶催化作用直接有 关部位。
第五章 酶工程制药技术
重点内容：酶固化技术；
第一节 酶工程概述
➢ 一、酶工程简介（Enzyme Engineering） 酶工程是酶学和工程学相互渗透结合和
发展而成的一门新的技术学科。它是从应 用的目的出发研究酶、应用酶的特殊催化 性能，并通过工程化将相应原料转化成有 用物质的技术。
➢ 酶工程这个名字出现在20世纪20年代，主 要指自然酶制剂在工业上的规模应用。
抗炎净创类：目前在治疗上发展最快。 多数为蛋白水解酶，分解发炎部纤维蛋白的凝结物，
消除伤口周围坏疽、腐肉和碎屑。 有些可以分解脓液中核蛋白，达到净洁创口、消炎
目的。 主要有胰蛋白酶、糜蛋白酶、双链酶。
➢ 血凝和解凝类：这类从血液中提取。 凝血酶 使血液凝固，防止微血管出血
纤维蛋白溶解酶 溶解血块，治疗血栓静脉炎、 冠状动脉栓塞。
➢ （3）水解酶：
催化由水分子介入使基质共价键水解反应，切断键有酯键、糖苷键、醚键、 肽键。
➢ （4）裂解酶：
催化用水解以外的方法使原子团和基质分离，在基质上生成双键反应，
➢ （5）异构酶：
催化不伴有基质分子水解、转移、氧化还原的分子异构反应。
➢ （6）连接酶：
催化将ATP或类似三磷酸化合物的焦磷酸键切断，使连个分子连接反应。
细胞破碎得到。在工业上用于生产谷氨酸脱羧酶、 天门冬氨酸酶、青霉素酰化酶等
枯草杆菌：主要生产α-淀粉酶、β-半乳糖苷酶。
啤酒酵母：用于啤酒、酒精、饮料、面包生产。
曲酶(黑黄曲)：产糖化酶、蛋白酶、淀粉酶、果胶 酶、葡萄糖氧化酶、氨基酰化酶和脂肪酶。
其他产酶菌：青霉、木霉、根霉菌、链霉菌等。
（六）酶分类
三 、酶工程研究内容
➢ 1、酶分离纯化、大批量生产及新酶和酶发的应用 开发；
➢ 2、酶和细胞的固化及酶反应器的研究， ➢ 3、酶生产中基因工程技术的应用及遗传修饰酶的
研究 ➢ 4、酶的分子改造和化学修饰，结构与功能研究； ➢ 5、有机相中酶反应研究； ➢ 6、酶的抑制剂、激活剂开发与应用研究； ➢ 7、抗体酶、核酸酶研究； ➢ 8、模拟酶、合成酶及酶分子的人工设计、合成研
➢ 1969年，国际酶协会规定，按照催化的化学反应类型， 将酶分成6大类：
➢ （1）氧化还原酶：催化氢原子或电子转移、或在基质中加氧原子导入
羟基反应，包括脱氢酶、还原酶、氧化酶、过氧化氢酶、加氧酶羟化酶。
（2）转移酶：
催化将原子团由一个基质转移到另一个基质。转移基团：氨基、羧基、甲基、 酰基、磷酸基团
（4）酶活受调节控制 通过多种形式调控，
（5）具有不稳定性
（四）酶促反应动力学
➢ 主要研究各种因素对酶催化反应速度影响。具体因 素有：
（1）底物浓度：恒定条件下，底物浓度c较低时， c v
（2）酶浓度 ：底物浓度一定时，正比于酶浓度 （3）pH：最适于pH值，高低都不行 （4）温度：最适于温度 （5）产物：催化产物可以占据酶分子特殊位点 （6）抑制剂：活性中心或必需基团性质改变引起酶
究。
四、酶在医药领域的应用
➢ 1、在疾病诊断方面应用 由于酶具有专一性强、催化效率高、作用条
件温和特点，酶学诊断已经成为可靠、简 便、快速的诊断方法。 酶学诊断方法包括：根据体内原有酶活力变 化诊断某些疾病；利用酶来测定体内某些 物质含量，从而诊断某些疾病。
➢ 2、在疾病治疗应用——酶抑制剂
酶可以作为药物治疗多种疾病，用于治疗疾病的酶 称药用酶。效果显著，副作用小。消化类：主要 是胃蛋白酶、胰酶、淀粉酶、纤维素酶、木瓜酶、 凝乳酶、无花果酶、菠萝酶等。
➢ 1953年，德国人提出了酶固定化技术；
➢ 1969年。日本人用固定化技术拆分了DL-氨 基酸；
➢ 1971年，第一届国际酶工程会议提出酶工 程的主要内容：酶的生产、分离纯化、没 得固定化、酶及固定化的反应器、酶和固 定化酶的应用。
➢ 二、酶的基础知识 （一）酶概念
由一切生物体活细胞产生的具有特殊催化 功能的一类物质。 （二）酶的化学本质 通过对其化学成分析得出，其本质为蛋白 质。
必需接团
结合基团 专一性 活性部位
催化基团 催化性质 维持酶空间结构
➢ （三）酶特点
作为催化剂，酶除了具有一般催化剂的特性外，还 具有下面特点：
（1）催化高效性 催化效率是一般无机催化剂的106-1013倍
（2）专一性强 对底物严格选择性，结构专一性，立体异构专一 性，只对同种或同类物质作用。
（3）反应条件温和 在常温常压下作用
➢ 微生物来源的特点：
（1）微生物种类多，凡是动植物能获得的酶， 微生物都可以生产。
（2）微生物繁殖快，生产周期短，培养简便， 并可控制发酵条件提高酶产量。
（3）微生物具有较强的适应性，通过变异手 段可以改造高产泌胞内酶，经过
学，western blot中的HRP
第二节 酶的固定化技术
➢ 游离酶的缺点： ➢ 酶是一种蛋白质，稳定性差，对热、强酸、强碱、
有机溶剂等均不稳定。 ➢ 不能回收，也使产物中混杂酶蛋白。 ➢ 分离纯化困难。
活性降低或丧失。 （7）激活剂：与抑制相反，是一些离子或简单有机
物
（五）酶来源
➢ 酶的生产目前多数直接从生物体中提取分 离。非常少的是合成或基因工程。
➢ 早期酶的生产多以动植物为主要原料，激 肽释放酶、菠萝蛋白酶、木瓜蛋白酶。近 年来，研究动植物组织培养获得，但周期 长，成本高。工业生产一般是以微生物为 主要来源。目前上千品种酶，大多数ushi靠 微生物生产的。
抑肽酶 体外循环手术，可以减少心脏外科手 术后的渗雪，消除渗血导致死亡。
➢ 解毒类：解除体内某种药物产生的有害物 质。
➢ 有青霉素酶、过氧化氢酶、组织胺酶
➢ 3、在药物生产应用
➢ 利用酶的催化作用将前体物质转变为药物。 不少贵重药物都是由酶法生产。
➢ 4、在分析检测方面 酶法检测或酶法分析：ELISA，免疫组织化