酶工程

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:酶工程酶工程,医药,应用。 导言: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。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。特别是重组 DNA 技术,促进了各种有医疗价值的酶的大规模生产。用于临床的各类酶品种逐渐增加。酶除了用作常规治疗外,还可作为医学工程的某些组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。 酶除了用作常规治疗外,还可作为医学工程的某些组成部分而发挥医疗作用。如在体外循环装置中,利用酶清除血液废物,防止血栓形成和体内酶控药物释放系统等。另外,酶作为临床体外检测试剂,可以快速、灵敏、准确地测定体内某些代谢产物,也将是酶在医疗上一个重要的应用。 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 正文: 一、首先要提酶的固化: 是指采用有机或无机固体材料作为载体,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。例如固定化L-天冬酰胺酶用于治疗白血病。固化后的酶,具有以下优点:极易将底物、产物分开;;可以在较长时间内进行反复分批反应和装柱连续反应;在大多数情况下,可以提高酶的稳定性;酶反应过程可以加以严控;产物中没有没的残留,简化了工业设备;较水溶性酶更适合于多酶反应;可以增加产物的收得率,提高产物的质量;酶使用效率较高。 固化后的酶应用于医药学方面,可用于治疗一些代谢障碍疾病。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。 二、酶工程制药的应用 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。例如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 VB 应用于多种维生素(VB2、 12)、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]。 下面举些个酶工程在医药方面,比较重要的例子 一、抗体酶又称催化抗体 是指通过一系列化学与生物技术方法制备出的具有催化活性的抗体。它既具有相应的免疫活性,又能像酶那样催化某种化学反应。利用抗体酶催化药物在体内的还原,有利于机体对药物的吸收,并降低药品的 毒副作用。将抗体酶技术和蛋白质融合技术结合在一起,设计出既有催化功能又有组织特异性的嵌合抗体,用于切割恶性肿瘤;将抗体酶直接作为药物,以治疗酶缺陷症患者凹。抗体酶还可以水解清除血液中的毒素,如分解可卡因、有机磷毒剂等。抗体酶可以拮抗可卡因等麻醉剂的成瘾性,使可卡因失去刺激功能,以帮助瘾君子戒除毒瘾。前药(prodrug)是指为降低药物毒性而设计的一类自身无活性或活性较低,需在体内经代谢转化为活性药物以发挥作用的化合物。抗体酶在正在发展的ADEPT体系中成功地对前药进行活化,提高了肿瘤治疗的选择性,显示出很好的应用前景ADEPT体系:即抗体靶向的酶前药治疗(antibody directed enzyme prodrug therapy ADEPT)体系。将能催化前药转化为肿瘤细胞毒剂的酶,与肿瘤细胞专性抗体相偶联,酶通过与肿瘤抗体的结合而存在于肿瘤细胞表面,当前药扩散至肿瘤细胞表面或附近时,抗体酶就会将前药迅速水解释放出抗肿瘤药物。 这样大大提高了肿瘤细胞附近局部药物的浓度,增强对肿瘤细胞的杀伤力,减少对正常细胞的杀伤作用。经过科学家们的不断努力,抗体酶在 ADEPT 体系中的应用将日益完善,将会成为癌症化疗的重要武器 [12]。 二、酶学诊断:酶除了直接作为药物用作常规治疗,以及利用其特异性生产其它酶类或非酶类药物外,酶还作为临床检测试剂,可以快速、灵敏、准确地测定体内某些物质的理化性质,从而对某些疾病做出诊断。酶学诊断方法包括两个方面,1、是根据体内原有酶活力的变化来诊断某些疾病,如利用葡萄糖氧化酶活力变化,可以测定血糖含量,诊断糖尿病;2、是利用酶来测定体内某些物质的含量,从而诊断某些疾病,如利用尿酸酶测定血液中尿酸的含量诊断痛风病,又如利用胆碱酯酶或胆固醇氧化酶测定血液中胆固醇的含量诊断心血管疾病或高血压等。这也是酶工程在医疗上一个重要的应用 三、酶工程制药的应用除了治疗用酶外,另一个发展较快,应用面较广的领域是酶作为生物催化剂在传统化学合成制药中的应用。这些应用主要集中在降血压药物和降血脂药物或其中间体、半合成抗生素、转化甾体、合成氨基酸等。 应用酶工程生产抗生素,可以制备青霉素酞化酶、头抱菌素酞化酶、头抱菌素、头抱菌素酞化酶、青霉素酞化酶、脱乙酸头抱菌素、头抱菌素乙酸醋酶。近年来还进行稳定化产黄青霉青霉素合成酶系细胞生产青霉素的钻研,合成青霉索和头抱菌素前体物的最新工艺也接纳酶工程的要领。 四、酶工程制药的展望 生物催化酶在药物合成中的应用还受消费者对新药的需求,制药工业降低成本、提高利润的要求,政府管理机构的压力以及新科学技术的推动。现代药物活性化合物的生产往往需要10多个合成步骤。一般认为,不对称有机合成只适于单手性中心化合物的合成,而利用生物催化更易于合成多手性中心的化合物。避免有毒有害的副产物,在药物分子中引进手性中心,许多药物分子的合成都离不开催化技术。生物催化的核心是酶,也是酶工程制药学的核心。因此酶工程制药未来发展的焦点和趋势大体从以下几个方面考虑是针对制药特殊需要,研制质量更高、催化速度更快、成本更低的酶;发现针对药物合成新型反应的酶,催化更广泛多样的化学反应;提供酶的稳定性、活性和与溶剂的相容性,延长酶的使用寿命;发展分子模拟技术便于快速从头设计新的酶等。 酶工程作为生物工程的重要组成部分,其作用之重,研究成果之显著以为世人所公认。在未来的年间, 酶工程不应重履前人之程序,应锐意创造一代新酶,研制高混合率及传质性能优良的酶反应器, 制造出可进行灭菌、灵敏度高及应用范围广泛的生物传感器探头, 同时加速开发生化工程, 提高产品收率。另外,须研制稳定性高而分泌性能良好的基因工程细胞及杂种细胞。现代酶工程最终目标是通过重组或杂交技术制造出各种特异功能的催化剂,并制造出具有不同特异功能的人工细胞,并将具有不同功能的人工细胞组合成不食人间烟火而有思维能力的生物机器人,取代各种类型酶反应器, 通过自控制投入相应原料,令其排出各种有效药物,提高医药生产技术,创造更先进生产力。因此,酶工程在医药领域中的应用前景无比灿烂。 参考文献 【1】《现代酶工程及其在医药工业中的应用》(中国药科大学生化教研室南京李继琦)【2】《酶工程制药》(李荣秀李平作化学工业出版社)【3】《生物工程进展》【4】居乃琥《酶工程的研究进展及应》【5】郭勇.酶工程研究进展与发展前景【6】刘春叶,王亚明,唐辉酶的固定化及化学修饰[J]云南化工【7】树宝, 胡永红,欧阳平凯.酶催化技术在医药工业中的应用[J]【8】精细与专用化学,化学修饰酶在天然药物研究和生物技术中的应用,刘其发,张云波,赵朝成【9】赵宋风. 脱氧核酶的应用研究进展[J] 【10】化学与生物工程,范立梅【11】阮红.抗体酶的研究及应用[J]. 温州大学学报【12】袁勤生,赵健. 酶与酶工程华东理工大学出版社【13】李继行.现代酶工程及其在医药工业中的应用[J].中国药学杂志。