酶工程技术极其在医药领域的应用

酶工程技术极其在医药领域的应用

摘要：随着生物技术的迅速发展，酶工程在生物工程中的核心地位得到了更好的体现。酶工程作为一种高新技术，已在医药、食品、轻工业、纺织等行业中得到越来越广泛的应用。本文将从酶的固定化技术、酶催化技术、酶的化学修饰、脱氧核酶、抗体酶和酶学诊断等几个方面来对酶工程在医药行业中的应用进行综述。

关键词：酶工程；医药；应用

Enzyme engineering technology and it’s application in the

medical field

Abstract: With the rapid development of biotechnology, enzyme engineering as a hard core of biological engineering has been better reflected. Enzyme engineering, as a new high-tech, has been widely used in medicine, food, light industry, textile and other industries. This article told the application of enzyme engineering in the medical industry from these aspects ,Enzymes Immobilization, Enzyme Catalysis, Enzymes Modification, Deoxyribozyme, Catalytic Antibody and Enzymatic diagnosis.

Key words: Enzyme Engineering; Medicine; Application

1 引言：回顾20世纪，生物科学与生物工程在全球崛起并迅速发展，已经从整体水平发展到细胞水平和分子水平，在基础与应用研究领域取得了举世瞩目的成果。酶工程作为生物工程的重要组成部分，

其作用之重要、研究成果之显著已为世人所公认。展望21世纪，生物科学与生物工程将以更快的速度发展，在世界科技与经济的发展中起支柱和骨干作用[1]。

酶作为一种高效生物催化剂，具有高度的特异立体选择性及区

域选择性，并在常压、常温和pH值中性附近条件下具有十分高效的催化活力。利用酶的高效选择性催化作用可制造出种类繁多的目的产物，避免了化学法合成中的许多不足。目前，酶催化技术在医药方面的应用是当前最为关注的领域之一，这主要是因为医药产品一般附加值高，且大多是光学活性物质，作为十分优良的手性催化剂——酶，用于多种高效手性药物的合成及制备将十分有效，潜力巨大。

2 几种酶工程技术极其在医药中的应用

2.1 酶的固定化技术酶的固定化(enzyme immobilization)

是指采用有机或无机固体材料作为载体(carrier or support)，将酶包埋起来或束缚、限制于载体的表面和微孔中，使其仍具有催化活性，并可回收及重复使用的酶化学方法与技术．不使用固体材料作为载体，通过酶分子之间的相互交联形成聚集体，也可将酶固定化，称为无载体酶固定化。由于酶的蛋白质属性，进人人体后产生免疫反应，因稀释效应，而无法集中于靶器官组织，常不能保持最适合的治疗浓度，而固定化酶则很好的克服了游离酶的这些缺点，应用于治疗镁缺乏症、代谢异常症及制造人工内脏方面，如固定化L-天冬酰胺酶用于治疗白血病。葡萄糖氧化酶被固定化在纳米微带金电极上可用于活体检测的微生物传感器[2]。

固定化酶技术可用于治疗一些代谢障碍疾病。已知人类关于新陈代谢的疾病已过120余种，很多病因归结为人体缺乏某种酶的活性，一种可能的治疗方法就是通过某种方式给病人提供他所缺乏的酶。其提供的方式主要有：①将固定化酶用于体内作为治疗药物；②将固定化酶组装成体外生物反应器，通过体外循环作为临床治疗剂。将固定化酶用于临床诊断的例子很多，如各种酶测试盒层出不穷，采用固定化酶柱反应器的FIA(流动注射法)可用于临床诊断检测尿酸、葡萄糖、氨、尿素、胆甾醇、谷氨酸、乳酸、无机磷等。

2.2 酶催化技术此处主要介绍非水相介质中的酶催化，传统的酶催化反应主要在水相中进行，但自1987年Kilibanov等[3]用脂肪酶粉或固定化酶在几乎无水的有机溶剂中成功地催化合成了肽以及手

性的醇、脂和酰胺以来，对酶在非水相介质的催化反应技术的开发及研究报道迅速增加，特别在手性药物的不对称合成及手性药物拆分的生物技术开发中得到了很多应用。目前非水相中的酶催化技术已衍生出以下几类体系：①水与有机溶剂的互溶均相体系；②水与有机溶剂形成的两相或多相体系；③单相有机溶剂体系；④反胶束体系；⑤超临界液体；⑥低温体系等。不同的介质体系都有各自的适用范围，研究在不同介质中的酶催化反应动力学及热力学平衡以及酶催化机制

将对某一特定催化反应所需介质的筛选和使用起到十分重要的指导

意义，樊可可和欧阳平凯在两相体系酶催化反应介质的选取方面做了很多的实验及理化研究，已初步归纳出经实验验证行之有效的两相体系中酶促肽键合成反应介质的筛选原则。

目前酶催化技术主要应用于制药领域，应用酶催化技术可以生产许多成品药及医药中间体。它是通过以制造初级代谢产物、中间代谢产物、次级代谢产物及催化转化和拆分等形式来进行的。这已成为当今新药开发和改造传统制药工艺的重要手段，特别在手性药物及中间体的生产中更有广泛的应用前景。以下重点介绍几个制药领域中酶催化技术的应用：生产医药用的氨基酸（如L-丙氨酸）、有机酸（柠檬酸、L一苹果酸、L-酒石酸）、抗生素（如6一氨基青霉烷酸、氨苄青霉素和羟氨青霉素）、肽类药物（如胰岛素、环孢菌素A）以及广泛应用于多种维生素(VB2、VB12)、甾体药物(氢化可的松、脱氢泼尼松、睾丸激素等)及核苷酸类药物(5’-核苷酸，3’-核苷酸)等的生产[4]。

2.3 酶的化学修饰酶的化学修饰是指利用化学手段将某些化学物质或基团结合到酶分子上，或将酶分子的某部分删除或置换，改变酶的理化性质，最终达到改变酶的催化性质的目的。

在生物医药领域中化学修饰可以提高医用酶的稳定性，延长它在体内的半衰期，抑制免疫球蛋白的产生，降低或消除酶分子的免疫原性，确保其生物活性的发挥。

修饰剂作为一种屏障，将蛋白质表面的抗原决定簇掩盖起来，使得蛋白质分子不能与各种细胞表面受体结合，不被机体的免疫系统识别，避免了相应抗体的产生，这是化学修饰降低药用蛋白免疫原性的基本原理。同时．由于修饰剂的屏障效应，使蛋白质不易受到各种蛋白酶的攻击，降解速率明显降低。有利于药用蛋白活性的发挥。目前研究表明。PEC、人血清蛋白、聚丙氨酸在消除或降低酶抗原性上效