氨基酸类药物—生化制药学课件.ppt

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1、氨基酸类药物氨基酸类药物序序 言言氨基酸是构成蛋白质的基本骨架，生物体氨基酸是构成蛋白质的基本骨架，生物体中众多蛋白质的生物功能都与构成蛋白质中众多蛋白质的生物功能都与构成蛋白质的氨基酸种类、数量、排列序列有密切关的氨基酸种类、数量、排列序列有密切关系，对于人体和动物维持机体的蛋白质动系，对于人体和动物维持机体的蛋白质动态平衡有着重要的作用，故氨基酸的生产态平衡有着重要的作用，故氨基酸的生产和应用早就受到了人们的重视。和应用早就受到了人们的重视。18201820，用，用水解蛋白质获得了氨基酸水解蛋白质获得了氨基酸18501850年在实验室内用化学合成法合成了氨年在实验室内用化学合成法合成了氨基

2、酸。基酸。19561956年用微生物直接发酵糖类生产谷氨酸年用微生物直接发酵糖类生产谷氨酸获得成功，并运用到工业化大规模生产，获得成功，并运用到工业化大规模生产，并认为是现代发酵工业的重大突破。并认为是现代发酵工业的重大突破。目前全世界氨基酸每年的产量为目前全世界氨基酸每年的产量为100100万万t t，耐需求总，耐需求总量是量是800800万万t t，其中蛋氨酸，其中蛋氨酸2525万万t t，赖氨酸，赖氨酸5050万万t t；中国氨基酸的需求总量为中国氨基酸的需求总量为10101515万万t t（实际产量为（实际产量为3 3万万t t），其中蛋氨酸），其中蛋氨酸5 5万万t t，赖氨酸，赖氨

3、酸6.46.4万万t t。从组成上看，中国自从组成上看，中国自2020世纪世纪6060年代起，年代起，食品工业食品工业的的氨基酸用量占氨基酸用量占61%61%，饮料工业饮料工业的氨基酸用量占的氨基酸用量占30%30%，医药、日用化工、农业、冶金、环保、轻工、生物医药、日用化工、农业、冶金、环保、轻工、生物工程技术等方面占用的比例逐年增加。工程技术等方面占用的比例逐年增加。第一节第一节 概述概述一、氨基酸的组成与结构一、氨基酸的组成与结构 氨氨基基酸酸是是构构成成机机体体蛋蛋白白质质的的基基本本单单位位，且且构构成成生生物物体体蛋蛋白白质质的的氨氨基基酸酸都都是是-氨氨基基酸酸，除除甘甘氨氨酸酸

4、外外，-碳碳原原子子均均为为不不对对称称碳碳原原子子，具具有有立立体体异异构构现现象象，均均是是L-L-型型氨氨基基酸。酸。二、氨基酸的命名与分类二、氨基酸的命名与分类:1.1.氨基酸的命名氨基酸的命名氨基酸的化学名称是根据有机化学的标氨基酸的化学名称是根据有机化学的标准命名法命名的准命名法命名的.氨基的位置有氨基的位置有之分之分(氨基的位置与氨基的位置与-OH)-OH)2.2.氨基酸的分类氨基酸的分类（1 1）蛋白氨基酸）蛋白氨基酸-多结合状态多结合状态（2 2）非蛋白氨基酸）非蛋白氨基酸-多游离存在多游离存在（3 3）衍生氨基酸）衍生氨基酸从人体营养的角度从人体营养的角度,从氨基酸对人体生

5、理的重要性和从氨基酸对人体生理的重要性和人体能否合成分为必需氨基酸和非必需氨基酸人体能否合成分为必需氨基酸和非必需氨基酸方法方法(1)(1)根据氨基酸在根据氨基酸在pH=5.0pH=5.0溶液中的带电情况分为溶液中的带电情况分为:酸酸性性,碱性和中性氨基酸碱性和中性氨基酸.如谷氨酸如谷氨酸,天冬氨酸为酸性氨基酸天冬氨酸为酸性氨基酸:精氨酸精氨酸,赖氨酸赖氨酸,组氨酸为碱性氨基酸等组氨酸为碱性氨基酸等(2)(2)根据氨基酸侧链的化学结构根据氨基酸侧链的化学结构,可将氨基酸分为可将氨基酸分为:脂脂肪族氨基酸肪族氨基酸,芳香族氨基酸芳香族氨基酸,杂环族氨基酸和亚氨杂环族氨基酸和亚氨基酸四大类基酸四大

6、类(3)(3)按氨基酸侧链基团的极性分为极性氨基酸和非极按氨基酸侧链基团的极性分为极性氨基酸和非极性氨基酸性氨基酸20种常见氨基酸：种常见氨基酸：结构结构 名称名称缩写缩写等电点等电点甘氨酸甘氨酸Gly5.97丙氨酸丙氨酸Ala6.00*颉氨酸颉氨酸Val5.96*异亮氨酸异亮氨酸Ile5.98I、中性、中性 结构结构 名称名称缩写缩写等电点等电点*亮氨酸亮氨酸Leu6.02*苯丙氨酸苯丙氨酸Phe5.48半胱氨酸半胱氨酸Cys5.07*苏氨酸苏氨酸Thr5.6谷酰胺谷酰胺Gln5.56天冬酰胺天冬酰胺Asn5.07结构结构名称名称缩写缩写等电点等电点*蛋氨酸蛋氨酸Met5.74丝氨酸丝氨酸S

7、er5.68 结构结构 名称名称缩写缩写等电点等电点脯氨酸脯氨酸pro6.30酪氨酸酪氨酸Tyr5.66*色氨酸色氨酸Trp5.89天冬氨酸天冬氨酸Asp2.77II酸性酸性 结构结构 名称名称缩写缩写等电点等电点谷氨酸谷氨酸Glu3.22III碱性碱性*赖氨酸赖氨酸Lys9.74精氨酸精氨酸Arg10.76组氨酸组氨酸His7.59(*为必要氨基酸，人体内不能合成，只能从食物中得到）为必要氨基酸，人体内不能合成，只能从食物中得到）-氨基酸分子的手性氨基酸分子的手性“反应停反应停”事件事件20世纪五六十年代，欧洲出现畸形儿事件，畸形世纪五六十年代，欧洲出现畸形儿事件，畸形婴儿没有臂和腿，手和脚

8、直接连在身体上，很像婴儿没有臂和腿，手和脚直接连在身体上，很像海豹的肢体，故称为海豹的肢体，故称为“海豹肢畸形儿海豹肢畸形儿”，引起畸，引起畸形的原因是妇女在怀孕初期服用形的原因是妇女在怀孕初期服用“反应停反应停”（酞（酞胺哌啶酮胺哌啶酮）三、理化性质1、物理通性：物理通性：1）晶型和熔点天然氨基酸纯品均为白色结晶性粉末白色结晶性粉末，熔熔点及分解点点及分解点均在200200以上以上。2）溶解度 在有机溶剂有机溶剂中溶解度一般较小。水中溶解度相差较大 除甘氨酸外，氨基酸均含有一个手性除甘氨酸外，氨基酸均含有一个手性-碳原子，因此都具有旋光性碳原子，因此都具有旋光性。比旋光比旋光度是氨基酸的重要

9、物理常数之一，是鉴度是氨基酸的重要物理常数之一，是鉴别各种氨基酸的重要依据别各种氨基酸的重要依据 3）氨基酸的）氨基酸的旋光性旋光性 构成蛋白质的构成蛋白质的2020种氨基酸在可见光区都没有种氨基酸在可见光区都没有光吸收，但在远紫外区光吸收，但在远紫外区(220nm)(220nm)均有光吸收。均有光吸收。在近紫外区在近紫外区(220-300(220-300nm)nm)只有酪氨酸、苯丙氨只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光的能力。酸和色氨酸有吸收光的能力。酪氨酸的酪氨酸的 maxmax275nm275nm，275275=1.4x10=1.4x103 3;苯丙氨酸的苯丙氨酸的 maxmax257n

10、m257nm，257257=2.0 x10=2.0 x102 2;色氨酸的色氨酸的 maxmax280nm280nm，280280=5.6x10=5.6x103 3;4）氨基酸的）氨基酸的光吸收光吸收PH1710净电荷净电荷+10-1正离子正离子兼性离子兼性离子负离子负离子等电点等电点PI6)氨基酸的等电点氨基酸的等电点 在在等等电电点点时时，氨氨基基酸酸既既不不向向正正极极也也不不向向负负极移动，即氨基酸处于两性离子状态。极移动，即氨基酸处于两性离子状态。侧侧链链不不含含离离解解基基团团的的中中性性氨氨基基酸酸，其其等等电电点点是是它它的的p pK K1 1和和p pK K2 2的的算算术术

11、平平均均值值：p pI I =(p(pK K1 1+p+pK K2 2)/2)/2 同同样样，对对于于侧侧链链含含有有可可解解离离基基团团的的氨氨基基酸酸，其其p pI I值值也也决决定定于于两两性性离离子子两两边边的的p pK K值值的的算算术术平均值。平均值。酸酸性性氨氨基基酸酸：p pI I =(p(pK K1 1 +p pK KR R-COO-COO-)/2)/2 硷性氨基酸：硷性氨基酸：p pI I=(p=(pK K2 2+p+pK KR-NH2 R-NH2)/2)/2 7 7）氨基酸）氨基酸能使水的介电常数增高,而一般的有机化合物乙醇、丙酮等却使水的介电常介电常数降低数降低。是以离

12、子晶格离子晶格组成，而一般的有机化合物是由分子晶格分子晶格组成的。2 2、化学通性：化学通性：-氨氨基基酸酸共同的化学反应有两两性性解解离离及林林海海定定反反应应、酰酰化化、烷烷基基化化、酯酯化化、酰酰氯氯化化、酰酰胺胺化化、叠叠氮氮化化、脱脱羧羧及及脱脱氨氨反反应应、肽肽键键结结合合反反应应及及与与甲甲醛醛和和亚亚硝酸的反应硝酸的反应等。1)-氨基参与的反应氨基参与的反应（1 1）与与甲甲醛醛发发生生羟羟甲甲基基化化反反应应用途用途：可以用来直接测定氨基酸的浓度。可以用来直接测定氨基酸的浓度。即氨基酸的甲醛滴定即氨基酸的甲醛滴定1)-氨基参与的反应氨基参与的反应（2 2）与与与与亚亚亚亚硝硝

13、硝硝酸酸酸酸反反反反应应应应用途用途：范斯来克法定量测定氨基酸的基本反应范斯来克法定量测定氨基酸的基本反应。1)-氨基参与的反应氨基参与的反应（3 3）酰酰化化反反应应用途用途：用于保护氨基以及肽链的氨基端测定等用于保护氨基以及肽链的氨基端测定等。1)-氨基参与的反应氨基参与的反应（4 4）烃烃基基化化反反应应用途用途：是鉴定多肽是鉴定多肽N-N-端氨基酸的重要方法端氨基酸的重要方法。1)-氨基参与的反应氨基参与的反应（5 5）生生成成西西佛佛碱碱的的反反应应用途用途：是多种酶促反应的中间过程。1)-氨基参与的反应氨基参与的反应（6 6）脱脱氨氨基基和和转转氨氨基基反反应应用途用途：酶催化的反

14、应。酶催化的反应。氨基酸与碱作用生成相应的盐。氨氨基酸与碱作用生成相应的盐。氨基酸的碱金属盐能溶于水基酸的碱金属盐能溶于水,而重金属盐而重金属盐则不溶于水则不溶于水。2)-羧基参与的反应（1 1）成成盐盐反反应应1 1（2 2）形形成成酯酯的的反反应应用途用途：是合成氨基酸酰基衍生物的重要中间体是合成氨基酸酰基衍生物的重要中间体。2)-羧基参与的反应1 1（3 3）形形成成酰酰卤卤的的反反应应用途用途：这是使氨基酸羧基活化的一个重要反应这是使氨基酸羧基活化的一个重要反应。2)-羧基参与的反应（4 4）叠叠叠叠氮氮氮氮化化化化反反反反应应应应用途用途：常作为多肽合成活性中间体。常作为多肽合成活性

15、中间体。2)-羧基参与的反应1 1（5 5）脱脱羧羧反反应应用途用途：酶催化的反应酶催化的反应。2)-羧基参与的反应1 1(1 1)与与茚茚三三酮酮反反应应用途用途：常用于氨基酸的定性或定量分析。常用于氨基酸的定性或定量分析。3)-氨基和羧基共同参与的反应氨基和羧基共同参与的反应茚三酮茚三酮水合茚三酮水合茚三酮1 1（2 2 2 2）成成成成肽肽肽肽反反反反应应应应用途用途：是多肽和蛋白质生物合成的基本反应。是多肽和蛋白质生物合成的基本反应。3)-氨基和羧基共同参与的反应氨基和羧基共同参与的反应成肽反应成肽反应脱水缩合脱水缩合多个多个氨基酸氨基酸 多肽多肽 蛋白质蛋白质缩聚缩聚结合结合4)侧侧

16、链链基基团团的的化化学学性性质质(1)(1)巯基（巯基（-SH-SH）的性质的性质1作用：作用：这些反应可用于巯基的保护这些反应可用于巯基的保护。4)侧侧链链基基团团的的化化学学性性质质(1)(1)巯基（巯基（-SH-SH）的性质的性质作用：作用：与金属离子的螯合性质可用于体内解毒与金属离子的螯合性质可用于体内解毒。4)侧侧链链基基团团的的化化学学性性质质(1)(1)巯基（巯基（-SH-SH）的性质的性质作用：作用：氧化还原反应可使蛋白质分子中二硫键形成或氧化还原反应可使蛋白质分子中二硫键形成或端裂端裂。胱氨酸胱氨酸4)侧侧链链基基团团的的化化学学性性质质(1)(1)巯基（巯基（-SH-SH）

17、的性质的性质作用：作用：可用于可用于比色法定量测定半胱氨酸的含量。硝基苯甲酸二硫化合物硝基苯甲酸二硫化合物(DTNB(DTNB)4)侧侧链链基基团团的的化化学学性性质质（2）羟基的性质羟基的性质1作用：可用于修饰蛋白质。作用：可用于修饰蛋白质。二异二异丙基氟磷酸丙基氟磷酸酯酯4)侧侧链链基基团团的的化化学学性性质质（3）咪唑基的性质咪唑基的性质组氨酸含有咪唑基，它的组氨酸含有咪唑基，它的p pK K2 2值为值为6.06.0，在生理条件下具有缓冲作用。在生理条件下具有缓冲作用。l组组氨氨酸酸中中的的咪咪唑唑基基能能够够发发生生多多种种化化学学反反应应。可可以以与与ATPATP发发生生磷磷酰酰化

18、化反反应应，形形成成磷磷酸组氨酸，从而使酶活化。酸组氨酸，从而使酶活化。l组组氨氨酸酸的的咪咪唑唑基基也也能能发发生生烷烷基基化化反反应应。生生成成烷烷基基咪咪唑唑衍衍生生物物，并并引引起起酶酶活活性性的的降低或丧失降低或丧失4)侧侧链链基基团团的的化化学学性性质质（4 4）甲硫基的性质）甲硫基的性质1（1 1）米伦反应）米伦反应 酪氨酸酪氨酸 （2 2）坂口反应）坂口反应 精氨酸精氨酸 （3 3）PaulyPauly反应反应 组氨酸组氨酸 酪氨酸酪氨酸 （4 4）醛类反应）醛类反应 色氨酸色氨酸（5 5）铅黑反应：胱氨酸及半胱氨酸）铅黑反应：胱氨酸及半胱氨酸（6 6）其他）其他 苯丙氨酸硝化

19、后于碱性条件下产生桔黄色反应；苯丙氨酸硝化后于碱性条件下产生桔黄色反应；半胱氨酸在碱性条件下与亚硝基铁氰化钠（硝普盐）反半胱氨酸在碱性条件下与亚硝基铁氰化钠（硝普盐）反应生成紫红色化合物应生成紫红色化合物5)特殊基团反应特殊基团反应 氨基酸的上述理化性质是蛋白质与氨基酸合合成成、转化转化、分离纯化分离纯化及定性定量检测的依据定性定量检测的依据四、氨基酸的主要用途、氨基酸的主要用途 氨基酸是构成蛋白质的基本组成单位基本组成单位，故生物体中众多蛋白质的生物功能生物功能，无不与构成蛋白质的氨基酸种类、数量、排列顺序种类、数量、排列顺序及由其形成的空间构象有密切的关系空间构象有密切的关系。因此氨基酸对

20、维持机体维持机体蛋白质的动态平衡蛋白质的动态平衡有极其重要的意义。生命活动中人及动物通过消化道吸收氨基酸。通过体内转化体内转化而维持其动态平衡动态平衡，若其动态平衡失调，则机体代谢紊乱代谢紊乱，甚至引起病变病变。四、氨基酸的应用四、氨基酸的应用1 1、医药工业、医药工业（1 1）氨基酸输液）氨基酸输液（2 2）激素、抗菌素、抗癌剂）激素、抗菌素、抗癌剂 （3 3）复方氨基酸制剂）复方氨基酸制剂治疗药剂治疗药剂（1 1）精氨酸精氨酸：对治疗高氨血症、肝机能障碍等疾病颇有：对治疗高氨血症、肝机能障碍等疾病颇有效果；效果；（2 2）天冬氨酸天冬氨酸：钾镁盐可用于恢复疲劳；治疗低钾症心：钾镁盐可用于恢

21、复疲劳；治疗低钾症心脏病、肝病、糖尿病等。脏病、肝病、糖尿病等。（3 3）半胱氨酸半胱氨酸：能促进毛发的生长，可用于治疗秃发症；：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；甲酯盐酸盐可用于治疗支气管炎等；（4 4）组氨酸组氨酸：可扩张血管，降低血压，用于心绞痛，心：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。功能不全等疾病的治疗。治疗消化道疾病的氨基酸及其衍生物治疗消化道疾病的氨基酸及其衍生物这类氨基酸主要为谷氨酸及甘氨酸及其衍生物；治疗肝病的氨基酸及其衍生物治疗肝病的氨基酸及其衍生物主要有精氨酸盐酸盐、磷葡氨基酸、谷氨酸钠、蛋氨酸、瓜氨酸、赖氨酸盐酸盐

22、等；治疗脑及神经系统疾病的氨基酸及其衍生物治疗脑及神经系统疾病的氨基酸及其衍生物用于肿瘤治疗的氨基酸及其衍生物用于肿瘤治疗的氨基酸及其衍生物其它氨基酸类药物的临床应用其它氨基酸类药物的临床应用2 2、化学工业、化学工业（1 1）维生素维生素B B6 6:可采用丙氨酸或天冬氨酸为原料合成。可采用丙氨酸或天冬氨酸为原料合成。（2 2）叶酸叶酸：需要用谷氨酸为原料合成。：需要用谷氨酸为原料合成。（3 3）氨基酸表面活性剂氨基酸表面活性剂：酰基谷氨酸钠、十六烷基：酰基谷氨酸钠、十六烷基-L-L-赖氨酰赖氨酰-L-L-赖氨酸甲酯二盐酸、月桂酰赖氨酸甲酯二盐酸、月桂酰-L-L-精氨酸乙酯精氨酸乙酯盐酸等具

23、有较强的抗菌杀菌活性，且无刺激性。盐酸等具有较强的抗菌杀菌活性，且无刺激性。（4 4）聚合氨基酸聚合氨基酸：聚谷氨酸甲酯可用于作为合成皮革的：聚谷氨酸甲酯可用于作为合成皮革的表面处理剂；聚天冬氨酸或聚谷氨酸的二烷基酯与磷表面处理剂；聚天冬氨酸或聚谷氨酸的二烷基酯与磷酸高级烷基酯结合得到化合物可作为可塑剂，稳定剂酸高级烷基酯结合得到化合物可作为可塑剂，稳定剂等等。3 3、食品工业、食品工业营养强化剂；营养强化剂；谷氨酸钠谷氨酸钠味精；味精；天冬氨酸钠天冬氨酸钠：可用于清凉饮料，能增加清凉感并：可用于清凉饮料，能增加清凉感并使香味浓厚爽口；使香味浓厚爽口；天冬氨酰苯丙氨酸甲酯天冬氨酰苯丙氨酸甲酯：

24、甜味素：甜味素APMAPM（俗称蛋白（俗称蛋白糖）糖）其他：其他：赖氨酸赖氨酸可作食品除臭虫剂，可作食品除臭虫剂，甘氨酸甘氨酸可可用抗菌剂，用抗菌剂，赖氨酸聚合物赖氨酸聚合物可作食品防腐剂，可作食品防腐剂，甘氨甘氨酸、酸、L-L-谷氨酸谷氨酸等可作食品香料，等可作食品香料，赖氨酸、精氨酸赖氨酸、精氨酸可作食品发色剂，可作食品发色剂，甘氨酸甘氨酸可作膨化食品添加剂等。可作膨化食品添加剂等。4.4.农业农业（1 1）杀虫剂杀虫剂：刀豆氨酸、：刀豆氨酸、5-5-羟色氨酸可使南方毛羟色氨酸可使南方毛虫拒食而死；半胱氨酸可杀死黄瓜蝇；甘氨酸乙虫拒食而死；半胱氨酸可杀死黄瓜蝇；甘氨酸乙酯衍生的二硫代磷酸盐

25、具有较强的杀蚜虫和杀螨酯衍生的二硫代磷酸盐具有较强的杀蚜虫和杀螨效果；效果；（2 2）杀菌剂杀菌剂：N-N-月桂酰缬氨酸可作为治疗稻瘟病；月桂酰缬氨酸可作为治疗稻瘟病；-1-1，4 4环己二烯丙氨酸能抑制黑穗病毒、稻瘟病环己二烯丙氨酸能抑制黑穗病毒、稻瘟病等；等；（3 3）除草剂除草剂：如：如N-3,4N-3,4二氮丙氨酸，硫代氨基酸酯二氮丙氨酸，硫代氨基酸酯等；等；5、化妆品工业 氨基酸能调节皮肤氨基酸能调节皮肤pHpH的变动，对细菌的防护的变动，对细菌的防护作用，也可作为皮肤、毛发的营养成分，增加皮作用，也可作为皮肤、毛发的营养成分，增加皮肤、毛发的光泽。肤、毛发的光泽。防止皮肤干燥的自然

26、保湿因子的主要成分是防止皮肤干燥的自然保湿因子的主要成分是甘氨酸、羟基丁氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、丝氨甘氨酸、羟基丁氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、丝氨酸等游离氨基酸。酸等游离氨基酸。在化妆品中添加天冬氨酸或其衍生物以及一在化妆品中添加天冬氨酸或其衍生物以及一些维生素，可防止皮肤老化。些维生素，可防止皮肤老化。在化妆品行业的应用在化妆品行业的应用氨基酸和高级脂肪酸制成的表面活性剂、抗菌剂，氨基酸和高级脂肪酸制成的表面活性剂、抗菌剂，已成为最高效的添加剂而被广泛作用已成为最高效的添加剂而被广泛作用精氨酸、甘氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸的碳酸盐、精氨酸、甘氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸的碳酸盐、聚天门冬氨酸等制成的护发剂

27、、染发剂、永久型聚天门冬氨酸等制成的护发剂、染发剂、永久型烫发剂，发展成为时兴商品供应市场烫发剂，发展成为时兴商品供应市场用氨基酸合成的氨基酸羧酸型两性表面活性剂，用氨基酸合成的氨基酸羧酸型两性表面活性剂，具有毒性低、刺激小、柔软、抗静电、杀菌等性具有毒性低、刺激小、柔软、抗静电、杀菌等性能，在洗涤用品、化妆品、纺织印染、制药等方能，在洗涤用品、化妆品、纺织印染、制药等方面有较大用途。面有较大用途。6 6 在饲料添中剂行业的应用在饲料添中剂行业的应用主要有蛋氨酸和赖氨酸主要有蛋氨酸和赖氨酸 其功效主要是：促进动物生长发育；改善其功效主要是：促进动物生长发育；改善肉质，提高畜禽生产能力，增加产量

28、；提肉质，提高畜禽生产能力，增加产量；提高饲料利用率，节省蛋白质饲料；降低成高饲料利用率，节省蛋白质饲料；降低成本。本。在其他行业的应用在其他行业的应用在在生物工程生物工程方面，半胱氨酸等正被开发成新的保护剂，亮方面，半胱氨酸等正被开发成新的保护剂，亮氨酸、胱氨酸等正作为发酵工业中多种氨基酸生产菌的添氨酸、胱氨酸等正作为发酵工业中多种氨基酸生产菌的添加剂而被应用。加剂而被应用。在在轻工业轻工业方面。聚谷氨酸和聚丙氨酸正在被研制在具有良方面。聚谷氨酸和聚丙氨酸正在被研制在具有良好保温性和透气性的人造皮革和高级人造纤维。好保温性和透气性的人造皮革和高级人造纤维。在在重金属提取和电镀工业重金属提取和

29、电镀工业方面，天门冬氨酸、组氨酸、丝方面，天门冬氨酸、组氨酸、丝氨酸在溶金液中应用，使溶金能力提高氨酸在溶金液中应用，使溶金能力提高100100200200倍；谷氨倍；谷氨酸等可用于电渡工业的电解溶液，胱氨酸可用于铜矿探测，酸等可用于电渡工业的电解溶液，胱氨酸可用于铜矿探测，氨基酸烷基酯可用于海上流油回收等等。氨基酸烷基酯可用于海上流油回收等等。1 1、目前全全世世界界天天然然氨氨基基酸酸的年总产量在百百万万吨吨左右，其中产量较大者有谷谷氨氨酸酸、蛋蛋氨氨酸酸及及赖赖氨氨酸酸，其次为天天门门冬冬氨氨酸酸、苯苯丙丙氨氨酸酸及及胱胱氨氨酸酸等。它们主要用用于于医医药、食品、饲料及化工行业中药、食品

30、、饲料及化工行业中。2 2、目前构成天然蛋白质的20种氨基酸的生产方法有天天然然蛋蛋白白质质水水解解法法、发发酵酵法法、酶酶转转化化法法及及化化学学合合成成法法等四种。等四种。3 3、氨基酸及其衍衍生生物物类类药药物物已有百百种种之多，但主要是以以2020种种氨氨基基酸酸为为原原料料经经酯酯化化、酰酰化化、取取代代及及成成盐盐等等化学方法或酶转化法生产。化学方法或酶转化法生产。第二节第二节 氨基酸类药物的生产方法氨基酸类药物的生产方法一、氨基酸的化学合成一、氨基酸的化学合成目前氨基酸的合成方法有目前氨基酸的合成方法有5 5种：种：（1 1）蛋白质水解提取法；）蛋白质水解提取法；（2 2）直接发

31、酵法；）直接发酵法；（3 3）添加前体发酵法；）添加前体发酵法；（4 4）酶法；）酶法；（5 5）化学合成法。）化学合成法。通通常常将将直直接接发发酵酵法法和和添添加加前前体体发发酵酵法法统统称为发酵法称为发酵法。合合成成方方法法二、氨基酸分离方法二、氨基酸分离方法目前氨基酸的分离方法有：目前氨基酸的分离方法有：（1 1）溶解度法）溶解度法 （2 2）等电点沉淀法）等电点沉淀法 （3 3）特殊试剂沉淀法）特殊试剂沉淀法 （4 4）吸附法）吸附法 （5 5）离子交换法）离子交换法方方法法1、利用氨基酸的溶解度分离、利用氨基酸的溶解度分离-溶解度法溶解度法 是依据不同氨基酸在水中或其它溶剂中的溶解

32、度差异溶解度差异而进行分离的方法。胱氨酸和酪氨酸胱氨酸和酪氨酸均难溶于水，而其他氨基酸则比较易溶，但在热水中酪氨酸热水中酪氨酸溶解度较大，而胱氨酸溶解度变化不大胱氨酸溶解度变化不大，故可将混合物中胱氨酸、酪氨酸及其它氨基酸彼此分开。2 2、利用沉淀法分离、利用沉淀法分离 （1 1）等电点沉淀法）等电点沉淀法（2 2）特殊试剂沉淀法）特殊试剂沉淀法氨基酸可同一些有机化合物或无机休合氨基酸可同一些有机化合物或无机休合物结合，生成物结合，生成 具有特殊性质的结晶性衍生物具有特殊性质的结晶性衍生物的分离方法。的分离方法。如邻二甲苯邻二甲苯-4-磺酸能与亮氨酸磺酸能与亮氨酸形成不溶性盐沉淀不溶性盐沉淀，

33、后者与氨水反应氨水反应又可获得游离游离亮氨酸亮氨酸；组氨酸可与组氨酸可与HgC12形成不溶性汞盐沉淀汞盐沉淀，后者经处理后又可获得游离组氨酸组氨酸；精氨酸可与苯甲醛精氨酸可与苯甲醛生成水不溶性苯亚甲基精氨酸苯亚甲基精氨酸沉淀，后者用盐酸盐酸除去苯甲醛苯甲醛即可得精氨酸。（3 3）利用利用吸附法吸附法分离分离 是利用吸附剂对不同氨基酸吸附力的差异进行分离的方法。如颗颗粒粒活活性性炭炭对苯苯丙丙氨氨酸酸、酪酪氨氨酸酸及色色氨氨酸酸的吸附力大于对其它非非芳芳香香族族氨基酸的吸附力，故可从氨基酸混合液中将上述氨基酸分离出来。（4 4）利用离子交换法分离）利用离子交换法分离 是利用离子交换剂对不同氨基酸

34、吸附能力的差异进行分离的方法。氨基酸为两性电解质两性电解质，在特定条件下，不同氨基酸的带电性质及解离状态带电性质及解离状态不同，故同一种离子交换剂对不同氨基酸的吸附力不同。如：味精厂采用强酸性阳离子交换树脂对-谷氨酸阳离子进行选择性吸附 三、氨基酸精制方法三、氨基酸精制方法目前氨基酸的精制方法有：目前氨基酸的精制方法有：（1 1）结晶和重结晶技术）结晶和重结晶技术（2 2）溶解度法）溶解度法（3 3）结晶与溶解度法相结合的技术）结晶与溶解度法相结合的技术方方法法 丙氨酸在稀稀乙乙醇醇或或甲甲醇醇中溶解度较小，且pIpI为为6.06.0，故丙氨酸可在pH6.0pH6.0时，用5050冷冷乙乙醇醇

35、结晶或重结晶加以精制。溶溶解解度度与与结结晶晶技技术术相相结结合合的方法精制氨基酸。如在沸水中苯苯丙丙氨氨酸酸溶解度大于酪氨酸100倍，若将含少量酪氨酸的苯丙氨酸粗品溶于15倍体积（wv）的热水中，调pH4.0pH4.0左左右右，经脱色过滤可除去大部分酪氨酸；滤液浓缩至原体积的1 13 3，加2倍体积（vv）的9595乙乙醇醇，4放置，滤取结晶，用95%95%乙乙醇醇洗洗涤涤，烘干即得苯丙氨酸精品。四、氨基酸类药物的检测四、氨基酸类药物的检测目前氨基酸的检测方法有：目前氨基酸的检测方法有：（1 1）电位滴定法）电位滴定法（2 2）高氯酸溶液滴定法）高氯酸溶液滴定法方方法法（一）基本原理与过程（

36、一）基本原理与过程 以毛发、血粉及废蚕丝等蛋白质为原料，通过酸、碱或酶水解酸、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为水解法水解法。目前用水解法生产的氨基酸有L-L-胱氨酸、胱氨酸、L-L-精精氨酸、氨酸、L-L-亮氨酸、亮氨酸、L-L-异亮氨酸、异亮氨酸、L-L-组氨酸、组氨酸、L-L-脯氨酸脯氨酸及及L-L-丝氨酸丝氨酸等。水解法生产氨基酸的主要过程为水解、分离和水解、分离和结晶精制结晶精制三个步骤。水解法水解法1 1、蛋白质水解方法、蛋白质水解方法 目前蛋白质水解分为酸水解法、碱水解法及酶酸水解法、碱水解法及酶水解法三种。水解法三种。（1 1）酸酸水水解解法法

37、 蛋白质原料用4倍质量的6mol6molL L盐盐酸酸或8mol8molL L硫硫酸酸于110110120120（回流煮沸）水解121224h24h，除酸后即得多种氨基酸混合物。此法优点是水解迅迅速速而彻彻底底，产物全部为L-L-型型氨氨基基酸酸，无消消旋旋作作用用。缺点是色色氨氨酸酸全部被破坏，丝丝氨氨酸酸及及酪酪氨酸氨酸部分被破坏，且产生大量废酸污染环境。（2 2）碱碱水水解解法法 蛋白质原料经6mol6molL L氢氢氧氧化化钠钠或或4mol4molL L氢氢氧氧化化钡钡于100100水解6h6h即得多种氨基酸混合物。该法水解迅速而彻底，且色氨酸不被破坏，但含羟羟基基或或巯巯基基的氨基酸

38、全部被破坏，且且产产生生消消旋旋作作用用。工业上多不采用。（3 3）酶酶水水解解法法 蛋白质原料在一定pH和温度条件下经蛋白水解酶作用分解成氨氨基基酸酸和和小小肽肽的过程称为酶水解法。此法优点为反应条件温和，无需特殊设备，氨基酸不破坏，无无消消旋旋作作用用。缺点是水水解解不不彻彻底底，产物中除氨基酸外，尚含较多肽类。工业上很少用该法生产氨基酸而主要用于生产水解蛋白及蛋白胨水解蛋白及蛋白胨。（二）用水解法生产氨基酸的品种及工艺（二）用水解法生产氨基酸的品种及工艺 绝大多数氨基酸均可采用酸酸水水解解法法生产，但目前由于发酵方法及酶工程技术的迅速发展，仅有几种氨基酸仍采用酸水解法生产。现胱氨酸及亮氨

39、酸生产为例。1、L-胱氨酸（胱氨酸（L-Cystine，L-Cys2）的制备）的制备2、L-亮氨酸（亮氨酸（L-Leucine，L-leu）的制备）的制备 L-胱氨酸胱氨酸（1 1）L-L-胱氨酸的结构与性质胱氨酸的结构与性质 L-胱氨酸存在于所有蛋白质分子中，尤以毛、发及蹄甲等角蛋白毛、发及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脱氢氧化而成，结构为：L-胱氨酸自稀酸中形成六角形或六角柱形六角形或六角柱形晶体晶体，分解点分解点258261258261，pIpI为为5.055.05，25D 25D 为为-232-232。在2525水中溶解度为0.0110.011，在7575水中为

40、0.0520.052。溶于无机酸及无机碱，在热碱液中可被分解热碱液中可被分解。不溶于乙醇、乙醚及丙酮乙醇、乙醚及丙酮。可被还原为还原为L-L-半胱氨半胱氨酸酸。（2）工艺路线）工艺路线人发人发猪毛猪毛水解液水解液117,6.5-7hHClNaOHpH 4.8L-胱氨酸粗品胱氨酸粗品（）HCl，活性炭，活性炭85,0.5hL-胱氨酸粗品胱氨酸粗品（）HCl，活性炭，活性炭滤液滤液NaOHpH 4.885,0.5h滤液滤液氨水氨水pH 3.5-4L-胱氨酸胱氨酸(3)(3)含量测定含量测定：取本品0.3g，精确称量，加95%乙醇30mL溶解后，在30用碘滴定液（0.1mol/L）迅速滴定至溶液显微

41、黄色，并 在 30S内 不 褪 色。每 1mL的 碘 滴 定 液（0.1mol/L）相当于15.76mg的C3H7NO2SHCl。（4 4）作作用用与与用用途途 L-胱氨酸具有增强造血机能、升高白细胞、促进皮肤损伤的修复及抗辐射作用。临床上用于治疗辐射损伤、重金属中毒、慢性肝炎、牛皮癣及病后或产后继发性脱发。L-亮氨酸亮氨酸（1 1）L-L-亮氨酸的结构与性质亮氨酸的结构与性质 L-亮氨酸存在于所有蛋白质中，以玉米玉米麸质及血粉麸质及血粉中含量最丰富，其次在角甲、角甲、棉籽饼和鸡毛棉籽饼和鸡毛中含量也较多。L-L-亮氨酸为亮氨酸为人体必需氨基酸之一人体必需氨基酸之一，化学名称为2-氨基-4-甲

42、基戊酸或2-氨基异己酸，分子式：C6H13NO2,分子量：131.17,结构式：L-L-LeuLeu自水及乙醇水及乙醇中得白色片状结晶片状结晶，pIpI为为5.985.98，熔点为熔点为293293，在2525水水中溶解度为2.19，乙醇中为0.017;在7575水水中为3.82，在醋酸中为10.9，不溶于乙醚。（2）工艺路线：）工艺路线：（3 3）检检验验 应为白色片状结晶，含量98.5101.5%，干燥失重不超过0.2，炽灼残渣不超过0.4，氯化物不超过0.05，铁盐不超过0.003%，重金属不超过0.0015，砷盐不超过1.5ppm。含含量量测测定定：取取本本品品约约0.1g0.1g，精

43、精确确称称定定，加加无无水水甲甲酸酸1mL1mL溶溶解解后后，加加冰冰醋醋酸酸25mL,25mL,依依照照电电位位滴滴定定法法，用用0.1mol/L0.1mol/L高高氯氯酸酸滴滴定定液液滴滴定定，滴滴定定结结果果用用空空白白试试验验校校正正。每每 1mL1mL高高 氯氯 酸酸 滴滴 定定 液液（0.1mol/L0.1mol/L）相相 当当 于于13.12C13.12C6 6H H1313NONO2 2。（4 4）作作用用与与用用途途 L-亮氨酸为人体必需氨基酸之一，是各种氨基酸输液的原料之一。对维持体内糖和脂肪的正常代谢均有重要作用。二、发酵法二、发酵法 （）基本原理与过程（）基本原理与过程

44、 1 1、发酵的基本原理、发酵的基本原理 生物化学中称酵母无无氧氧呼呼吸吸过程为发发酵酵，反应过程中电子供体与受体皆为有机物，有时电子受体为电子供体的分解产物，氧化作用不完全，最终形成还原性产物。工业上，发发酵酵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它有机物的过程。氨基酸发酵法有广义与狭义之分。狭义者指通过特定微生物在以糖为碳源、以氨或尿素为氮源以及其他的培养基中生长，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 初初生生氨氨基基酸酸：微生物通过固固氮氮作作用用、硝硝酸酸还还原原及自外界吸收氨使酮酮酸酸氨氨基基化化成相应的氨基酸，或微生物通过转转氨

45、氨酶酶作用，将一种氨基酸的氨基转移到另一种酮酸酮酸上，生成的新氨基酸也称为初生氨基酸。初生氨基酸。次次生生氨氨基基酸酸：在微生物作用下，以初初生生氨氨基基酸酸为为前体转化成的其它氨基酸前体转化成的其它氨基酸。大多数氨基酸均可通过以初生氨基酸为原料的微微生物转化生物转化作用而产生。2.发酵法的基本过程培养基配制培养基配制灭菌灭菌菌种诱变菌种诱变选育选育菌种培养菌种培养灭菌灭菌接种发酵接种发酵产品提取产品提取分离纯化分离纯化 现代生物工程采用细胞融合细胞融合技术及基因重组基因重组技术改造微生物细胞，已获得多种高产氨基酸高产氨基酸杂种菌株及基因工程菌基因工程菌。如用北京棒状杆菌和钝齿棒状杆菌原生质体

46、融合原生质体融合形成的杂种，其中7070杂种细胞杂种细胞产生两亲菌株所产生的氨基酸氨基酸。氨基酸发发酵酵方方式式主要是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至数百吨发酵罐。发酵结束，除去菌体，清液用于提提取取、分分离离纯纯化化和和精精制制有关氨基酸，其分离纯化、精制方法及过程与水解法相同。（二）发酵法生产的氨基酸品种及工艺（二）发酵法生产的氨基酸品种及工艺 构成动物、植物及微生物体所有蛋白质的氨基酸种类与构型均无任何差异均无任何差异，但植物体内所有氨基酸皆由CO2CO2、氨和水合成、氨和水合成，动物体除8种必需氨基酸需从外界摄取外，其余非必需氨基酸均可通过体内氨基酸之间的转

47、化或碳水化合物中间代谢物而合成，而微生物利用碳源、氮源及盐类几乎可合微生物利用碳源、氮源及盐类几乎可合成所有氨基酸成所有氨基酸。目前绝绝大大部部分分氨氨基基酸酸皆可通过发酵法生产，其缺点是产物浓度低，设备投资大，工艺管理要求严格，生产周期长，成本高。仅以L-异亮氨酸及L-赖氨酸直接发酵法为例，说明发酵法的基本过程。1 1、L-L-异亮氨酸（异亮氨酸（L-L-IsoleucineIsoleucine，L-L-IleIle）的制备的制备2 2、L-L-赖氨酸（赖氨酸（L-LysineL-Lysine，L-L-LysLys）的制备）的制备1、L-异亮氨酸（异亮氨酸（L-Isoleucine，L-Il

48、e）的制备）的制备（1 1）L-L-异亮氨酸的结构与性质异亮氨酸的结构与性质：L-Ile存在子所有蛋白质中，为人体必需氨必需氨基酸之一基酸之一，分子式为C6H13NO2，分子量为131.17，结构式为：L-Ile在乙醇中形成菱形叶片状或片状晶体，分解点为285286，L-Ile溶于热醋溶于热醋酸酸，在20乙醇中溶解度为0.072，在25水中为4.12，在75水中为6.08，不溶于溶于乙醚乙醚。（2）工艺路线）工艺路线（3 3）检验）检验 应为菱形叶片状或片状晶体，含量应为98.5101.5，干燥失重不超过0.3，炽灼残渣不大于0.3%，氯化物不超过0.05，硫酸盐不超过0.03，铁盐不超过0.

49、003,重金属不超过0.0015，砷盐不超过1.5ppm。含量测定与L-亮氨酸的规定相同。（4 4）作用与用途）作用与用途 L-Ile为必需氨基酸，是复方氨基酸输液的重要成份之一。缺乏时会引起骨骼肌肉萎缩和变性。（1）L-赖氨酸的结构和性质 L-赖氨酸存在于所有蛋白质中，为人人体体必必需需氨氨基基酸之一酸之一。分子量为146.20，结构为：2 2、L-L-赖氨酸（赖氨酸（L-LysineL-Lysine，L-L-LysLys）的制备）的制备 L-L-LysLys自乙醇水溶液中得针状结晶针状结晶，其盐酸盐为单斜晶系白色粉末盐酸盐为单斜晶系白色粉末，无臭、味苦，熔点熔点263263264264，易

50、溶于水，几乎不溶于乙醇和乙醚。PIPI为为10.5610.56，（2）工艺路线）工艺路线 （一）基本原理及过程（一）基本原理及过程 酶酶转转化化法法亦称为酶酶工工程程技技术术，实际上是在特特定定酶酶的作用下使某些化合物转化某些化合物转化成相应氨基酸相应氨基酸的技术。酶工程法酶工程法与直接发酵法生产氨基酸之反应本质本质相同相同，皆属酶转化反应，但前者为单酶或多酶的高密单酶或多酶的高密度转化度转化，而后者为多酶低密度多酶低密度转化。酶工程技术酶工程技术工艺简单，产物浓度高产物浓度高，转化率及转化率及生产效率生产效率较高，副产物少。固定化酶或细胞固定化酶或细胞可进行连续操作，节省能源和劳务，并可长期