(10年11月简)第七章_酶工程制药.ppt

第七章 酶工程制药 概述； 酶和细胞的固定化； 固定化酶和固定化细胞的反应器； 酶工程研究进展； 酶工程制药实例。 第一节 概述 酶工程简介； 酶的来源； 酶的生产菌； 酶在医药领域的应用。 一 酶工程简介 酶工程：以应用的目的出发研究酶、应用酶的特异性催化功能并通过工程化将相应原料转化成有用物质的技术。 研究内容： 酶的分离、提纯、批量生产； 固定化及酶反应器； 酶生产中基因工程技术的应用及遗传修饰酶研究; 酶分子改造与化学修饰及酶结构与功能间的关系； 有机相中酶反应的研究； 酶的抑制剂、激活剂的开发与应用研究； 抗体酶、核酸酶的研究； 模拟酶、合成酶及人工酶。 酶在医药领域的应用 疾病诊断： 测体内原有酶活力（谷丙转氨酶升高）——肝炎； 用酶测定某些物质的量——糖尿病（G氧化酶测血糖）。 疾病治疗：举例？ 药物生产： 利用酶的催化作用将前体物质转变为药物：利用青霉素酰化酶制造半合成青霉素和头孢霉素、利用蛋白酶和羧肽酶将猪胰岛素转化为人胰岛素。 分析检测： 以酶的专一性为基础，酶作用后物质的变化为依据。 第二节 酶的固定化 固定化酶定义； 固定化酶的特点； 酶固定化方法； 固定化过程中对载体的要求； 固定化方法与载体的选择依据； 固定化酶的性质； 评价固定化酶的指标； 固定化酶在生产上的应用。 均相（水溶液中）酶反应系统的缺点： 只能一次性使用； 增加产品分离的难度和费用，影响产品质量； 溶液酶不稳定，容易变性和失活。 对策：将酶制成既能保持其原有催化活性、性能稳定又不溶于水的固形物——固定化酶。 一 固定化酶定义 1971年国际酶工程会议上提出； 固定化酶：是指限定或固定于特定空间位置的酶，具体来说，是指经物理或化学方法处理，使酶变成不易随水流失，而又能发挥催化作用的酶制剂。 酶的固定化：制备固定化酶的过程。 二 固定化酶的特点 优点： 较长时间、多次使用，多数稳定性提高； 反应结束后易分离，产物易纯化，产品质量高； 反应条件易于控制； 酶利用效率高； 更适于多酶反应。 缺点： 固定时，活力有损失； 成本； 只适于可溶性底物，较适于小分子底物。 三 酶固定化方法 载体结合法； 交联法； 包埋法。 酶的固定化方法 （一） 载体结合法 载体结合法：将酶结合到不溶性载体上，根据结合形式的不同，分为以下三类： 物理吸附法：用物理方法将酶吸附于不溶性载体上； 离子结合法：酶通过离子键结合于具有离子交换基的水不溶性载体上； 共价结合法：酶以共价键结合于载体上，酶分子上非活性部位功能团与载体表面活泼基团间发生化学反应形成共价键。 1 物理吸附法 物理吸附法：物理方法吸附； 常用载体： 无机载体：氧化铝、活性碳、皂土、硅藻土、金属氧化物、硅胶。一般吸附量 1mg蛋白/克吸附剂； 有机载体：淀粉、白蛋白等。一般吸附量几十毫克蛋白/克吸附剂； 研究热点：大孔型合成树脂、陶瓷。 2 离子结合法 离子结合法：酶通过离子键结合于具有离子交换基的水不溶性载体上； 常用载体：DEAE-纤维素， DEAE-葡聚糖凝胶； 使用注意：pH、离子强度、温度。 3 共价键结合法(共价偶联法Covalent coupling or covalent binding)： 由于载体上的功能基团与酶分子上的侧链基团间不具有直接反应的能力，因此在偶联反应前，需先进行载体活化，在载体上引进某种活泼基团，然后此活泼基团再与酶分子上某一基团反应形成共价结合。 载体活化的方法： 重氮法； 叠氮法； 溴化氰法； 烷基化反应法； 异硫氰酸法。 重氮法： 这是带芳香氨基载体的主要反应，即载体先用亚硝酸处理成重氮盐衍生物，然后再在温和的条件下和酶分子上相应的基团如酚羟基、咪唑基或氨基直接进行偶联。（见示意图） 叠氮法：适用于含羟基、羧甲基等的载体。以羧甲基纤维素为例，可先在酸等作用下转变为叠氮衍生物，这种产物能在低温、pH 7.5—8.5的情况下和酶的氨基直接偶联。但叠氮衍生物也能和羟基、酚羟基或巯基反应。 溴化氰法：带羟基的载体如纤维素、葡聚糖和琼脂糖等常用的反应。在碱性条件下载体羟基和溴化氰反应生成极活泼的亚氨碳酸基，它在弱碱中可直接和酶的氨基进行共价偶联反应（见示意图） 烷基化法：含羟基的载体也可在碱性条件下和均三氯三嗪(triazinyl)等反应，在引入活泼的卤素后能直接与酶的氨基、酚羟基或巯基等偶联。 （见示意图） 异硫氰酸法： 含芳香氨基的载体也可先用硫光气处理成异硫氰酸(或异氰酸)盐的衍生物，这样得到的产物极易在温和条件下和酶分子的氨基反应。由于在中性pH条件下优先和α-氨基反应，因此可进行选择性偶联。 （见示意图） 共价结合法特点： 优点：结合很牢固，酶不会脱落，可以连续使用较长