酶工程与生物制药22

酶工程与生物制药

08生科杨菲200840700055 摘要:

生物技术正在越来越多地从根本上改变进行药物发现和开发的方法。酶工程是生物技术中发展时间较长的一门技术。本文着重从工程和技术化的角度介绍酶工程在制药工业中的应用.

关键词:

酶工程生物制药医药应用研究进展

酶的概述

酶的特性

酶是由活细胞产生的具有特殊催化功能的一类蛋白。其特点：催化效率高,专一性强,反应条件温和,催化活性受到调节和控制

1.酶工程简介

1.1 酶工程，又称酶技术，它是从应用的目的出发，将酶学理论和化学工程相结合，生产、制备、研究酶，利用酶的催化特性，将原料转化为目的产物的一门技术。20世纪20年代初，主要是自然酶制剂在工业上的大规模应用。

在七十年代以后，伴随着第二代酶——固定化酶及其相关技术的产生，酶工程才算真正登上了历史舞台。固定化酶正日益成为工业生产的主力军，在化工医药、轻工食品、环境保护等领域发挥着巨大的作用。不仅如此，还产生了威力更大的第三代酶，它是包括辅助因子再生系统在内的固定化多酶系统，它正在成为酶工程应用的主角。

2.酶的来源

酶作为生物催化剂普遍存在于动物，植物和微生物中，可以直接从生物体中分离提纯。但是，理论上，酶和其他蛋白质一样，也可以通过化学合成法制得。由于当前的条件，试剂和经济条件等多种因素存在，人工合成法来生产酶，还需要相当长的一段时间，所以目前我们还是直接从生物体中直接提取分离。

早期的生产多以动植物为主，从植物中提取的酶有蛋白酶，淀粉酶，氧化酶等，从动物中提取的酶有疑蛋白酶，脂肪酶和用于奶酪生产的凝乳酶等。但是随着酶制剂应用范围大大扩大，原先生产的酶远远供不应求。人们就开始探索利用动植物细胞培养法生产酶的新方法来解决目前存在的问题。在这种进退两难的情形下，有关科学家发现了利用微生物来生产。1．种类多，酶品种齐全。 2．生长繁殖快，生产周期短，产量高。3．培养简单，原料来源丰富，经济效益高。4．适应性和适应力较强。所以目前工业上应用的酶大多数采用微生物发酵法来生产。

3.酶的生产菌

3.1 对菌种的选取。

菌种性能的优劣，产量的高低直接影响微生物发酵的成本，所以作为一个优良的产酶菌必须具备以下几点：1。繁殖快，产酶量高，2。不是致病菌，3。产酶性能稳定。4。廉价，周期短，易于培养。

3.2 生产菌的来源。

自然界中产酶菌种大多分布在土壤，深海，温泉，火山等处，我们要从自然界中筛选。此方法和发酵微生物的筛选方法基本一样。分几步完成。菌种采集，分离初筛，纯化，复筛，生产性能鉴定等。这种方法提取的产物还要利用遗传学原理进行不断改良。

3.3目前常用的产酶微生物

应用最广泛的是大肠杆菌和枯草杆菌。

由于具体的生产菌核目的酶不同，菌种的制备、发酵方法和条件、酶的分离提纯方法也各不相同。

4酶工程在医药工业中的应用

4.1 利用酶工程，可以进行诊断，如利用谷丙转氨酶活力升高来诊断肝炎。利用葡萄糖氧化酶测定血糖含量，诊断糖尿病。

4.2 利用酶的专一性和高效性，蛋白酶，溶菌酶，超氧化物歧化酶等被用于医疗。

4.3 利用酶在药物制造方面的作用，可以将前体物转变为药物。如将猪胰岛素转化为人胰岛素。酶可以用于分析检测。称为酶检法。其可分为：单酶反应，多酶偶联反应，酶标免疫反应。

例如

（1）、蛋白酶

临床上使用最早、用途最广的药用酶之一。

消化剂，用于治疗消化不良和食欲不振，使用时常常与淀粉酶、脂肪酶等一起制成复合酶制剂，以增加疗效，片剂，可口服。

消炎剂，对各种炎症有很好的疗效，它能分解一些蛋白质和多肽，使炎症部位的坏死组织溶解，增加组织的通透性，抑制浮肿，促进病灶附近组织积液的排出并抑制肉芽的形成，可口服、外敷和肌肉注射。

蛋白酶经组织注射可治疗高血压，由于蛋白酶催化运动迟缓素原及胰血管舒张素原的部分肽段水解生成运动迟缓素和胰血管舒张素，从而使血压下降。（2）、α-淀粉酶

消化药。

（3）、脂肪酶

消化剂。假单胞菌脂肪酶能分解血液中的低密度脂蛋白和乳糜微粒，可用于预防和治疗高血脂病。

（4)、右旋糖苷酶

水解右旋糖苷生产小分子产物，对龋齿有显著的预防作用，可加到牙膏和淑口水中。

(5)、溶菌酶

抗菌、消炎、镇痛作用，作用于细胞壁，使其受到破坏，而使病原菌、腐败性细菌等溶解死亡。

(6)、超氧化物歧化酶

抗氧化、抗辐射、抗衰老、保护机体的DNA、蛋白质和细胞膜免受超氧负离子的破坏。对红斑狼疮、皮肤炎、结肠炎、白内障、风湿性关节炎、氧中毒等疾病有显著疗效，对辐射有防护作用。

(7)、乳糖酶

治疗乳糖缺乏症，有些人或婴儿肠道中缺乏乳糖酶，饮用含有乳糖的牛奶等食品时，由于不能分解乳糖，在肠道中，乳糖会因为细菌分解而产生有机酸，刺激肠道引起呕吐。

(8)、链激酶

可催化纤维蛋白酶原，激活成纤维蛋白酶，将纤维蛋白水解，使血栓溶解。

5、工艺路线

利用酶工程的工艺路线如下

（1）大肠杆菌的培养

斜面培养基为普通肉汤琼脂培养基，发酵培养基的成分为蛋白胨、氯化钠、苯乙酸、自来水。用氢氧化钠调酸度为7.0，在55℃。16kP下灭菌30min后备用。在250ml摇瓶中加入发酵液培养液30ml，将斜面接种后培养18-30h的大肠杆菌D816（产青霉素酰化酶），用15ml无菌水制成菌细胞悬液，取1ml悬浮液接种至装有30ml发酵液培养基的摇瓶中，在摇床上28℃，170转每分振荡培养15h，如此依次扩大培养，直至1000-2000l规模通气搅拌培养，培养结束后用高速管式离心机收集菌体，备用。

（2）大肠杆菌固定化

取湿菌体100kg，置于40度反应罐中，在搅拌下加入戊二醛5l，在转移至搪瓷盘中，使之成为3-5cm厚的液层，室温放置2h，再转移至4度冷库过夜，待形成固体凝胶后，通过粉碎和过筛，使其成为直径为2m米左右的颗粒状固定化大肠杆菌细胞，用蒸馏水以酸度7.5和0.3mol每l磷酸缓冲液先后充分洗涤，抽干，备用。

（3）固定化大肠杆菌反应堆制备

将上述充分洗涤后的固定化大肠杆菌细胞装填于带保温夹套的填充式反应器中，即成为固定化大肠杆菌反应堆，反应器规格为直径70*160cm。

（4）转化反应

取20kg青霉素克钾盐，加入到配料罐中，用0.03mol每pH7.5的磷酸缓冲液溶解并使青霉素克钾盐浓度为3%，用2mol每l氢氧化钠溶液调pH至7.5-7.8，然后将反应器及pH调节罐中反应，维持反应体系的酸度在7.5-7.8范围内，以70每min70l流速使青霉素克钾盐溶液通过固定化大肠杆菌反应堆进行循环转化，直至转化液酸度不变为止。循环时间一般为3-4h，反应结束后，放出转化也8，再进入下一批反应。

（5）6-氨基青霉烷酸的提取

上述转化液经过滤澄清后，滤液用薄膜浓缩器减压浓缩至100l左右，冷却至室温后，于250l搅拌罐中加50l醋酸丁脂充分搅拌提取10-15min，取下层水相，加1%g/ml活性炭于70度搅拌脱色30min，滤除活性炭，滤液用6mol每l 盐酸调酸度至4左右，5度放置结晶过夜，次日滤取结晶，用少量冷水洗涤，抽干，115℃烘2-3h得成品6-氨基青霉烷酸，收率为70-80%。

(6)固定化酶法生产 5’—复合单核苷酸

5’—复合单核苷酸可用于治疗白血球下降、血小板减少以及肝功能失调等疾病。核糖核酸经磷酸二脂酶作用，可分解为腺苷、胞苷、尿苷、鸟苷等一磷酸