第9章-氨基酸类药物

null第九章 氨基酸类药物第九章 氨基酸类药物第一节、氨基酸的种类及物化性质第一节、氨基酸的种类及物化性质 氨基酸的组成与结构 命名与分类 氨基酸的理化性质 氨基酸药物一、氨基酸的组成与结构一、氨基酸的组成与结构羧酸分子中一个或一个以上氢原子被氨基取代后生成的化合物称为氨基酸。在自然界中组成生物体各种蛋白质的氨基酸有20余种，除Pro其分子结构的共同特点是都有一个α-氨基，故统称为α-氨基酸。α -氨基酸通式nullα-氨基酸的构型除Gly外，分子中α-碳均为手性碳原子，有旋光异构体。 构型习惯上采用D/L法标记。不论含几个手性碳原子，以α-碳的构型为准。L-α-氨基酸 L-α-丙氨酸 天然蛋白质水解得到的α-氨基酸几乎都是L构型。D-α-氨基酸 二、命名与分类α-氨基酸根据R基分为根据氨基、羧基的数目分为中性氨基酸 氨基数 = 羧基数碱性氨基酸 氨基数 > 羧基数酸性氨基酸 氨基数 < 羧基数赖、组、精谷、天冬(氨酸)二、命名与分类多按其来源或性质而命名null二十种氨基酸的化学结构三、氨基酸的理化性质三、氨基酸的理化性质3.1 氨基酸物理性质 氨基酸多是无色晶体，熔点一般在200～300℃，比相应的羧酸和胺高。 多数的氨基酸难溶于有机溶剂而可溶于水，溶解度大小与溶液的pH密切相关。 除Gly外，α-氨基酸都有旋光性。一些氨基酸具有鲜味。 3.2 α-氨基酸的化学性质3.2 α-氨基酸的化学性质1、两性性质和等电点 2、与亚硝酸反应 3、与甲醛反应 4、氧化脱氨反应 5、脱羧反应 6、配位反应 7、与茚三酮反应null1、两性性质和等电点 氨基酸分子中含有 氨基和 羧基，可与酸反应生成铵盐，又可与碱反应生成羧酸盐，因此氨基酸具有酸、碱两性性质。偶极离子 分子内的氨基和羧基能相互作用形成内盐。内盐同时带有正电荷和负电荷，为偶极离子。氨基酸在结晶状态是以偶极离子形式存在的。null氨基酸在水溶液中受溶液pH的影响而存在着下列平衡： pH>pI pH=pI pH＜pI 偶极离子--净电荷为零--在电场中不移动，此时溶液的pH值称为等电点（pI）。酸性氨基酸 pI 2.8～3.2 中性氨基酸 pI 5.0～6.3 碱性氨基酸 pI 7.6～10.8null2．氨基酸氨基的反应 null3．氨基酸羧基的反应四、氨基酸药物四、氨基酸药物氨基酸（amino acid, aa）是蛋白质的基本组成单位。 蛋白质和氨基酸之间的不断分解与合成，在机体内形成一个动态平衡，任何一种氨基酸的缺乏及代谢失调，都会破坏这种平衡，导致机体代谢紊乱甚至疾病. 氨基酸及其衍生物是治疗蛋白质代谢紊乱、蛋白质缺损所引起的一系列疾病的重要生化药物。也是具有高度营养价值的蛋白质补充剂。第二节 氨基酸及其衍生物在医药中的应用第二节 氨基酸及其衍生物在医药中的应用一、氨基酸的营养价值及其与疾病治疗的关系 必需氨基酸—人和哺乳动物自身不能合成，需要由食物供应，称为必需氨基酸。 氨基酸输液 必需氨基酸：苏氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、 赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸 半必需氨基酸：精氨酸、组氨酸是幼儿所必需的。二 、治疗消化道疾病的氨基酸及其衍生物二 、治疗消化道疾病的氨基酸及其衍生物 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，维生素U及组氨酸盐酸盐等。 Gln、His治疗消化道溃疡 Gly、 Glu 调节胃液酸度（三）治疗肝病的氨基酸及其衍生物（三）治疗肝病的氨基酸及其衍生物 精氨酸盐酸盐，磷葡精氨酸，鸟天氨酸，谷氨酸钠，蛋氨酸，乙酰蛋氨酸，瓜氨酸，赖氨酸盐酸盐，及天冬氨酸等。 Asp用以降低血氨 异亮氨酸、亮氨酸等纠正血浆氨基酸失衡 Met、胱氨酸用于治疗脂肪肝 精氨酸对治疗高氨血症、肝机能障碍等疾病颇有效果（四）治疗脑及神经系统疾病的氨基酸及其衍生物（四）治疗脑及神经系统疾病的氨基酸及其衍生物 谷氨酸钙盐及镁盐，氢溴酸谷氨酸，色氨酸，5－羟色氨酸、左旋多巴等。 L-Glu与L-Gln改善脑出血后遗症的记忆障碍 -氨基酸治疗癫痫等 左旋多巴(酪氨酸的羟化物)用于震颤性麻痹、治疗原发性或脑炎后遗症的帕金森氏综合征等null（五）用于肿瘤治疗的氨基酸及其衍生物 偶氮丝氨酸，氯苯丙氨酸，磷天冬氨酸及重氮氧代正亮氨酸等。 （六）其它氨基酸类药物的临床应用 天冬氨酸：钾镁盐可用于恢复疲劳；治疗低钾症心脏病、肝病、糖尿病等。 半胱氨酸：能促进毛发的生长，可用于治疗秃发症；甲酯盐酸盐可用于治疗支气管炎等； 组氨酸：可扩张血管，降低血压，用于心绞痛，心功能不全等疾病的治疗。第三节 氨基酸类药物的生产第三节 氨基酸类药物的生产方法生产概况 目前，氨基酸及其衍生物类药物达一百多种，氨基酸类药物的应用不断扩大，形成一个新兴的工业体系，称氨基酸工业。天然氨基酸的总产量已达百万吨。第三节 氨基酸类药物的生产方法第三节 氨基酸类药物的生产方法1.水解法 2.发酵法 3.酶转化法 4.化学合成法一、水解法一、水解法（一）基本原理与过程 1.三种水解法的比较 2.氨基酸的分离方法 3.氨基酸精制方法 （二）生产工艺：以L-胱氨酸的制备为例 1.结构与性质 2.工艺路线 3.工艺过程 4.工艺讨论 5.其他（一）基本原理与过程（一）基本原理与过程以毛发、血粉及废蚕丝等蛋白质原料，通过酸、碱或酶水解成多种氨基酸混合物，经分离纯化获得各种药用氨基酸的方法，称水解法。 分酸水解法、碱水解法和酶水解法。1.三种水解法的比较1.三种水解法的比较2.氨基酸的分离方法2.氨基酸的分离方法（1）溶解度法 ：依据不同氨基酸在水中或其他溶剂中的溶解度差异而进行分离的方法。 胱氨酸/酪氨酸，酪氨酸易溶于热水。 （2）特殊试剂沉淀法 ：系采用某些有机或无机试剂与相应氨基酸形成不溶性衍生物的分离方法。 精氨酸与苯甲醛生成沉淀，盐酸去除苯甲醛 null（3）吸附法 ：利用吸附剂对不同氨基酸吸附力的差异进行分离的方法。 活性炭吸附苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸 （4）离子交换法：利用离子交换剂对不同氨基酸吸附能力的差异进行分离的方法。3.氨基酸精制方法3.氨基酸精制方法结晶与重结晶、结晶与溶解度法相结合 丙氨酸在稀乙醇或甲醇中溶解度下，pI＝6.0，用50％的冷乙醇结晶或重结晶精制。L-胱氨酸－结构与性质L-胱氨酸－结构与性质L-胱氨酸存在于所有蛋白质分子中，尤以毛、发、蹄甲等角蛋白中含量最多，其分子由两分子半胱氨酸脱氢氧化而成，含两个氨基、两个羧基和一个二硫键。PI 为5.05 在75°C水中溶解度为0.052 溶于无机酸及无机盐 在热碱液中可被分解L-胱氨酸－工艺路线L-胱氨酸－工艺路线水解、中和、粗制、精制L-胱氨酸－工艺讨论L-胱氨酸－工艺讨论（1）影响毛发蛋白水解的因素 酸的用量、水解时间、水解温度。 （2）提高收率，通过控制好水解、中和、过滤三个环节。 一般收率在3-4%，最高可达8%。L-胱氨酸－其他L-胱氨酸－其他胱氨酸是最早发现的氨基酸 胱氨酸比半胱氨酸稳定，它在体内转变为半胱氨酸后参与蛋白质合成和各种代谢过程。 主要应用：解毒、治疗脱发、抗辐射二、发酵法二、发酵法（一）基本原理与过程 1.基本原理 2.基本过程 3.特点 （二）发酵法生产氨基酸的工艺：以L-赖氨酸为例 1.结构与性质 2.工艺路线 3.工艺工程 4.工艺讨论 5.应用1.基本原理1.基本原理工业上，发酵指的是微生物纯种培养过程，实质上是利用微生物细胞中酶的作用，将培养基中有机物转化为细胞或其他有机物的过程。 发酵有厌氧发酵和好氧发酵之分，氨基酸发酵属于好氧的不完全氧化过程。 氨基酸发酵法有广义和狭义之分。狭义指通过特定微生物在以碳源和氮源 以及其它成分的培养基中生长，直接产生氨基酸的方法。广义者除直接发酵 法外，尚包括添加前体发酵法及酶转化技术生产氨基酸。 2. 基本过程2. 基本过程 菌种：主要有细菌、酵母菌，包括野生型菌株、营养缺陷型变异株、原生质体融合杂种、基因工程菌。 发酵方式：液体通风深层培养法，其过程是由菌种试管培养逐级放大直至数吨或数百吨发酵罐，发酵结束后，除去菌体，清液用于提取、分离纯化和精制有关氨基酸。3. 特点3. 特点微生物利用碳源、氮源及盐类几乎可合成所有氨基酸，目前绝大部分氨基酸皆可通过发酵法生产。产品都是L-型氨基酸。 缺点：产物浓度低、设备投资大、工艺管理要求严格、生产周期长、成本高L-赖氨酸－结构与性质L-赖氨酸－结构与性质L-赖氨酸存在于所有蛋白质中，为人体必需氨基酸之一，化学名称为2、6-二氨基己酸，分子式为 易溶于水 几乎不溶于乙醇和乙醚 pI为10.56。 null解除自身代谢调节 高丝氨酸缺陷型 抗赖氨酸结构类似物（AECR） 抗苏氨酸结构类似物（AHVR） 天冬氨酸激酶（AK)L-赖氨酸－工艺路线L-赖氨酸－工艺路线L-赖氨酸－工艺过程L-赖氨酸－工艺过程（1）菌种培养：菌种为北京棒状杆菌高丝氨酸缺陷型AS1.563，先进行斜面培养、然后一级种子培养、二级种子培养，逐级放大。 （2）灭菌发酵：培养基经灭菌，按10%接种量接种，通气量1:0.6（V/V） 30℃发酵42-51小时，搅拌速度为180转/分钟。 （3）发酵液处理 发酵液中加入絮凝剂絮凝后过滤除菌体，也可用高速离心液固分离设备直接分离出菌体，回收的菌体可进一步加工利用，澄清的滤液用盐酸调节PH4.0后待用。L-赖氨酸－工艺过程L-赖氨酸－工艺过程（5）离交：经732树脂交换（三柱串联） 为提高床层利用率，实际离交换过程一般采用多柱串联操作。 赖氨酸的离子交换提取一般用铵型732＃树脂，树脂的处理过程为：732＃阳离子树脂→水洗 →1mol/L的NaoH处理后水洗至PH8.0→1mol/LHCL处理后水洗至PH6.0→1mol/L氨水处理后水洗至PH8.0→铵型树脂待用。 水洗后，用2-3mol/L浓度的氨水洗脱，洗脱高峰赖氨酸含量可达6-8%，如用高浓度氨水（15-20%）洗脱，洗脱高峰赖氨酸浓度可达15-16%。 （6）浓缩结晶：减压浓缩、结晶。 （7）精制：用水溶解，活性炭脱色，5℃放置结晶，80 ℃烘干。L-赖氨酸－工艺讨论L-赖氨酸－工艺讨论首先，必须防止产生菌在发酵培养中的回复突变。 其次要控制好通气、pH、温度等发酵条件。 糖浓度在5-7%左右，如超过12%，赖氨酸生成显著受到影响； pH控制在4.5-7.5，以氨水调节； 氧的控制也很重要，供氧不足，细胞膜构造引起变化，磷脂含量增加，赖氨酸排出能力降低； 温度控制在30℃。L-赖氨酸－应用：L-赖氨酸－应用：赖氨酸是8种必需氨基酸之一，是衡量食物营养价值的重要指标之一，特别是在儿童发育期、病后恢复期、妊娠授乳期，对赖氨酸的需求量更高，主要用作儿童、恢复期病人的营养剂。 赖氨酸是一种重要的食品强化剂，它有一个有趣的性质，即与葡萄糖共热时能产生诱人食欲的面包香味L-赖氨酸－应用：L-赖氨酸－应用：赖氨酸能提高血脑屏障通透性，有助于药物进入脑细胞内，是治疗脑病的辅助药物。 赖氨酸抗坏血酸盐能促进食欲 赖氨酸氯化钙合剂了治疗各种缺钙症 赖氨酸铝盐可治疗胃溃疡 赖氨酸乳清酸盐为护肝药物，适用于各种肝炎、肝硬化和高血氨症等。三、酶转化法三、酶转化法（一）基本原理及过程 （二）L-天冬氨酸及L-丙氨酸的制备 1.转化反应 2.工艺路线 3.工艺过程 4.作用与用途 （三）酶拆分法制备L-苯丙氨酸 1.原理与过程 2.工艺路线 （一）基本原理及过程（一）基本原理及过程原理：酶转化法亦称为酶工程技术，实际上是在特定酶的作用下使某些化合物转化成相应氨基酸的技术。 基本过程：培养产酶微生物 将酶或细胞固定化 并装填于反应器中 加入相应底物合成特定氨基酸 反应液经分离纯化成成品。 特点：工艺简单、可连续操作、可长期反复使用、产物浓度高、转化率及生产效率较高、副产物少。L-天冬氨酸－转化反应L-天冬氨酸－转化反应L-天冬氨酸－工艺路线L-天冬氨酸－工艺路线ⅡL-天冬氨酸－工艺过程L-天冬氨酸－工艺过程（1）菌种培养: E.coli AS1.881(含天冬氨酸酶）、德阿昆哈假单孢菌变异株（含L-Asp-β-脱羧酶） （2）细胞固定：用戊二醛结合法。 （3）制备生物反应堆：将固定化细胞装填于填充式反应器中，制成。 （4）转化反应：将底物溶液流过生物反应堆，进行转化。 （5）产品纯化与精制L-天冬氨酸－作用与用途L-天冬氨酸－作用与用途L-天冬氨酸有助于鸟氨酸循环，促进氨和二氧化碳生成尿素，降低血中氨和二氧化碳，增强肝功能，消除疲劳，用于治疗慢性肝炎、肝硬化及高血氨症。 同时L-天冬氨酸和L-丙氨酸都是氨基酸输液的原料L-苯丙氨酸：L-苯丙氨酸： 为复方氨基酸注射液的重要原料之一，也是合成苯丙氨酸氮芥及对氟苯丙氨酸等抗癌药的原料。pI 5.48酶拆分法制备L-苯丙氨酸－原理与过程酶拆分法制备L-苯丙氨酸－原理与过程原理：DL-Phe与醋酸酐反应生成Ac-DL-Phe，氨基酰化酶可专一性水解Ac-L-Phe的酰氨键生成L-Phe，而不水解Ac-D-Phe酰氨键，再利用L-Phe与Ac-D-Phe在水中的溶解度的差异进行分离，Ac-D-Phe又可经消旋生成Ac-DL-Phe，再进行水解和分离。如此反复进行，可将DL-Phe全部转化为L-Phe。酶拆分法制备L-苯丙氨酸－工艺路线：酶拆分法制备L-苯丙氨酸－工艺路线：四、化学合成法四、化学合成法 （一）基本原理 （二）L-脯氨酸的制备 1.结构与性质 2.合成路线 3.工艺路线 （一）基本原理（一）基本原理以某些相应化合物为原料，经氨解、水解、缩合、取代及氢化还原等化学反应合成氨基酸的方法称为化学合成法。 可归纳为一般合成法及不对称合成法两大类。前者产物为DL-型氨基酸混合物，后者产物为L-型氨基酸。L-脯氨酸－结构与性质L-脯氨酸－结构与性质 L-脯氨酸存在于所有蛋白质中，鸡毛中含量较丰富。pI为6.3，极易溶于水，不溶于乙醇及乙醚。L-脯氨酸－合成路线L-脯氨酸－合成路线以浓硫酸为脱水剂，使L-谷氨酸与乙醇缩合成L-谷氨酸-γ-乙酯，后者经硼氢化钾还原即成L-脯氨酸L-脯氨酸－工艺路线L-脯氨酸－工艺路线注解：也可以采用水解法和发酵法制备。 临床上用于治疗皮肤病，能促进伤口愈 合，也是复方氨基酸注射液的原料。第三节  氨基酸输液第三节  氨基酸输液定义 氨基酸输液的组成与要求 氨基酸输液的配方 氨基酸输液的配制 氨基酸输液的质量 营养用氨基酸输液 代血浆 肝病用氨基酸输液（肝安） 肾病氨基酸输液（肾安、肾灵）定义定义定义：多种结晶L-氨基酸依特定比例混合制成的静脉内输注液称氨基酸输液。 氨基酸输液可直接注入进食不足者的血液中，促进蛋白质、酶及肽类激素的合成，提高血浆蛋白的浓度与组织蛋白含量，维持氮平衡，调节机体正常代谢。 氨基酸输液种类很多，有含氨基酸数目为11、14、18及20种等多种类型，氨基酸浓度分别为3%、5%、9%、10%、12%等多种规格氨基酸输液的组成与要求氨基酸输液的组成与要求1. 所有氨基酸均为L-型。 2. 必须含有8种必需氨基酸和两种半必需氨基酸。 3. 必需氨基酸和非必需氨基酸应按一定比例。 4. 有些氨基酸输液还需要加入山梨醇、木糖醇、维生素、无机离子等，以补充能量，提高营养价值和氨基酸利用率氨基酸输液的配方氨基酸输液的配方多采用下列氨基酸组成模式制订配方： 1. 人乳； 2. 全蛋蛋白质； 3. 人血浆白蛋白； 4. FAO-WHO氨基酸代谢模式氨基酸输液的配制氨基酸输液的配制1. 取三分之二注射用水加温至90℃，依次投入稳定而难溶氨基酸，搅溶。 2. 加入易溶氨基酸及稳定剂（NaHSO3、半胱氨酸，加至全量浓度为0.05%）。 3. 降温，用10%NaOH调pH4.5-5.5，补足注射用水。 4. 加入0.1-0.2%活性炭脱色30分钟，过滤。 5. 超滤（截留值1-2万），分装，压盖，105℃蒸汽灭菌30分钟。 氨基酸输液的质量标准氨基酸输液的质量标准包括pH值、鉴别反应、含量测定（UV法、氨基酸自动分析仪或HPLC）、安全试验、热原、降压物质等。营养用氨基酸输液营养用氨基酸输液主要用于不能经口进食，消化吸收有障碍，长期患消耗性疾病，急需补充营养以增强体质等的患者； 可改善术前患者营养状态，使患者做大手术成为可能； 以及补充创伤、烧伤、骨折、化脓及术后患者的蛋白质损失。 其组成以8种必需氨基酸为主，再加精氨酸、组氨酸、甘氨酸，共计11种结晶氨基酸，其必需氨基酸比例符合Rose模式。代血浆代血浆对某些患者来说，不仅需要输入代血浆来维持正常血压，同时还需要补充营养，若用含血浆增量剂的氨基酸输液——营养代血浆则能起到双重效果。代血浆代血浆所谓血浆增量剂的渗透压和比重均与血浆相似，能在体内停留适当时间后排出而不至于在体内积蓄，已被应用于氨基酸输液中的有右旋糖酐和聚乙烯吡咯酮（PVP)。 若配以适量的血浆增量剂、能量添加剂和无机盐以构成复方氨基酸输液，可以节约部分血源，是外科治疗的重要措施。肝病用氨基酸输液（肝安）肝病用氨基酸输液（肝安）严重肝病或肝功能衰竭的患者，血浆中氨基酸谱有显著改变，氨基酸平衡失调，因此，治疗肝功能衰竭的主要措施是使血浆氨基酸谱恢复正常。 肝病用氨基酸输液对于纠正病人血浆氨基酸谱紊乱和治疗肝昏迷有良好效果。它既补充了氨基酸营养成分，并为了增加脱氨能力，在配方中增加了精氨酸、谷氨酸、天冬氨酸和鸟氨酸等