氨基酸类药物

氨基酸类药物 1 2 一. 氨基酸类药物概述及分类 二.氨基酸类药物的制造方法 三.氨基酸输液 3 . 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。 NH2R CH COOH4 α-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 HRH2NCOOHHRCOOHNH2天然蛋白质水解得到的α-氨基酸几乎都是L构型。 HH2NCOOHCH3D-α-氨基酸 5 α-氨基酸根据R基分为 脂肪族氨基酸 芳香族氨基酸 杂环氨基酸 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 多按其来源或性质而命名 6 7 2.1 氨基酸物理性质 氨基酸多是无色晶体熔点一般在200300?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。 8 、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1 反应 6、配位反应 7、与茚三酮反应 2.2α-氨基酸的化学性质 9 1、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 NH2R CH COOHNH3R CH COO-氨基酸在结晶状态是以偶极离子形式存在的。 10 氨基酸在水溶液中受溶液pH的影响而存在着下列平衡 pHpI pHpI pHpI 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。 OH-HOH-HR CH COO-NH2NH3_R CH COOHR CH COONH3酸性氨基酸 pI 2.83.2 中性氨基酸 pI 5.06.3 碱性氨基酸 pI 7.610.8 11 2氨基酸氨基的反应 氨基的反应亚氨基胍基不放出氮气DNFBHRCHCO2HNH3RCHCO2HOHH2ON2 ?HNO2Ac2O或RCOClRCHCO2HNCH2HCHORCHCO2HNHCOCH3或 RCHCO2HNCH2OH2NO2FO2NRCHCO2HNHNO2NO2H2O2或 RCCO2HNHH2ORCCO2HORCHCO2HNH2黄色产物KMnO4 酶亚氨基酸测定氮气量即可算出分子中氨基的含量此法称van slyke氨基测定法氨基酸能和甲醛反应使氨基的碱性消失因而随后就可用NH3因-α代谢的重要过程酶催化下的蛋白质分解NH3DNFB的衍生物用于氨基酸分析氨基酸中氨基上未共用电子对和氢离子结合生成的能力加入相当于使氨基游离的碱可加速反应失去了亲核反应碱来滴定羧基的含量Sanger试剂DNP12 3氨基酸羧基的反应 RCHCO2HNH2OH-RCHCO2-NH2CH3OHHClRCHCO2CH3NH2RNH2RCHCONHR NH2LiAlH4RCHCH2OHNH2羧基的反应酯化生成酰胺13 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。 14 氨基酸及其衍生物在医药中应用 1、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。 15 氨基酸及其衍生物在医药中应用 2.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。 甘氨酸及其铝盐以及谷氨酸盐酸盐是通过调节胃液酸碱度实现治疗.谷氨酸盐酸盐可提供盐酸及促进胃酸分泌甘氨酸及其铝盐可中和过多胃酸保护黏膜谷氨酸谷氨酰胺乙酰谷酰胺铝维生素U及组氨酸盐酸盐是通过保护消化道黏膜或促进黏膜增生而达到防治胃及十二指肠溃疡的作用 16 氨基酸及其衍生物在医药中应用 3.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 17 氨基酸及其衍生物在医药中应用 4.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-谷氨酸的钙盐及镁盐用于治疗神经衰弱及其官能症脑外伤以及癫痫小发作. -酪氨酸用于治疗记忆障碍语言障碍癫痫等.临床上L-色氨酸用于治疗神经分裂改善抑郁症等.左旋多巴用 酪氨酸亚硫酸盐用于治疗脊髓灰质炎于治疗震颤麻痹症及控制锰中毒的神经症状. 等你 18 氨基酸及其衍生物在医药中应用 5.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。 偶氮丝氨酸用于治疗急性白血病及霍奇金病.氯苯丙氨酸用于治疗肿瘤综合症减轻症状.磷天冬氨酸用于治疗B16黑色素瘤及Lewis肺癌.重氮氧代正亮氨酸用于治疗急性白血病. 19 氨基酸 其它氨基酸类药物的临床应用 天冬氨酸钾镁盐可用于及其衍生物在医药中应用 6. 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。 20 . 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。 21 . 1.水解法 2.发酵法 3.酶转化法 4.化学合成法 22 1.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。 水解法生产氨基酸的主要过程为水解分离结晶静制. 分酸水解法、碱水解法和酶水解法。 23 — 名称 水解条件 优点 缺点 注 酸水解法 用610ml/L HCl或1.82倍工业HCl或4mol/L 在110120?C下水解1224h 水解完全彻底全部是L氨基酸不引起氨基酸消旋作用 色氨酸全被破坏丝氨酸部分被破坏腐蚀设备劳动条件差产生大量废酸 工业生产常采用 碱 夥?用6mol/L NaOH或2mol/L 在100?C水解6h 水解完全色氨酸不被破坏不腐蚀设备 氨基酸发生消旋作用丝氨酸、精氨酸、苏氨酸、胱氨酸等大部分被破坏 一般很少采用 酶水解法 用胰酶或胰浆、微生物蛋白酶等在适宜的PH、温度、一定的时间和酶浓度下水解蛋白质 反应条件温和氨基酸不被破坏不发生消旋作用设备简单劳动条件较好 水解不彻底中间产物多肽类较多一般时间较长易污染菌 用于制造蛋白胨、水解蛋白、氨基酸生产比较少用 24 — 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。 如利用酪氨酸与胱氨酸在热水中的溶解度不同进行分离. 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。如精氨酸与苯甲醛生成沉淀盐酸去除苯甲醛即可得精氨酸. 25 — 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。 如颗粒活性炭对酪氨酸色氨酸苯丙氨酸的吸附力大于非芳香族氨基酸的 吸附力故可以从氨基酸混合液中将上述的氨基酸分离出来. 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。 26 — 常用的有结晶与重结晶或结晶与溶解度法相结合. 如丙氨酸在稀乙醇或甲醇中的溶解度较小且pI为6.0故丙氨酸可在ph6.0时用50冷乙醇结晶或重结晶加以精制. 27 2. 用水解法生产氨基酸的品种及工艺 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250C水中的溶解度为0.011在750C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 28 胱氨酸结构 29 L- 水解、中和、粗制、精制 30 L-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。 31 L-作用与用途 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。L-胱氨酸具有增强造血功能升高白细胞促经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 工业上发酵指的是微生物纯种培养癣及病后或产后继发性脱发. 32 1.基本原理 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。 33 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。 34 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、原生质体融合形成的杂种、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。 35 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 36 3. 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、6-二氨基己酸易溶于水几乎不溶于乙醇和乙醚pI为10.56。分子式为 61422CHNO37 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 38 L- 39 L-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6.5-7.5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?。 40 L-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。 41 1. 基本原理与工程 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。 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。 42 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、副产物少节省能源与劳务. 2. 酶转化法生产的氨基酸品种及工艺 1 L-天冬氨酸及L-丙氨酸的结构性质 L-Asp存在于所有蛋白质分子中含两个羧基和一个氨基为酸性氨基酸. 43 L-Asp纯品为白色菱形 叶片状结晶pI为2.77溶于水及盐酸不溶于乙醇及乙醚在250C水中溶解度为0.8在750C水中为2.88在乙醇中为0.00016.在碱性溶液中为左旋性在酸性溶液为右旋性. L-Ala存在于所有蛋白质分子中为中性氨基酸在水中和乙醇中形成菱形结晶pI为6.0分解点为2970C在250C水中溶解度为16.65 44 在750C水中为28.5在200C乙醇中为0.16不溶于丙酮及乙醚. 2. L-Asp和L-Ala的酶转化反应 45 L- ? 46 L- 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 47 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 48 49 50