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酶催化技術在化學制藥領域的應用

作為工業(yè)生物技術的核心，酶催化技術被譽為工業(yè)可持續(xù)發(fā)展zui有希望的技術。*院士歐陽平凱表示：生物催化和生物轉化技術，將是我國生物化工行業(yè)實現生產方式變更，產品結構調整與清潔制造的有力保證。而近年來，隨著手性技術和綠色化學的興起，酶催化作為手性技術和綠色化學的一個重要組成部分，成為現代生物學和化學交叉領域里zui活躍的研究領域之一，許多酶催化工藝已經用于手性藥物，農藥等精細化學品的生產中并且有穩(wěn)步上升，快速發(fā)展的趨勢。

酶催化具有自己*的特點，酶催化劑反應條件溫和，具有很高的區(qū)域選擇性和立體選擇性，并且反應大多數可在水中進行。隨著制藥工業(yè)對手性化合物的需求日益增長，和人類環(huán)保意識的增加酶催化工藝作為一種綠色的手性技術已成為目前化學制藥領域中研究和應用的熱點之一，近年來隨著生物技術的發(fā)展及基因工程的應用，酶催化劑的性能得到了很大的提高，酶的生產成本也有了顯著的降低，人們對酶催化劑也有了進一步的認識，對一些傳統(tǒng)概念的認識也有了很大的改變，比如，過去人們認為酶催化只能在水溶液，室溫下進行，但自從Klibanow在20世紀80年代早期發(fā)現酶可以再有機溶劑中催化有機反應以來，形成了一門新的研究領域——非水介質中的酶的催化反應，并在醫(yī)藥和精細化學品的生產中得到廣泛的應用。又例如人們傳統(tǒng)上認為酶的穩(wěn)定性差，但這一說法目前看來并不全面，如鍵合到載體上的青霉素酰化酶在水解青霉素G轉變6-氨基青霉素烷酸時，至少可用1000次以上。Klibanov     還發(fā)現有些酶甚至可以在100℃仍能進行催化反應，在某些溶媒如離子液體中，脂肪酶在50℃的活性半衰期為400小時，100℃時至少為60小時，zui近有研究報道，脂肪酶在有機溶劑中溫度喂120℃時仍能進行有效催化反應，在離子液體中和超臨界二氧化碳中甚至可以達到150℃。說明在某些介質中有些酶有足夠的穩(wěn)定性。

經研究發(fā)現，許多活性小肽在機體內是以大分子形式合成，然后經降解和分泌行駛其功能的。某些天然蛋白質分子量很大，但其活性部位卻很小，往往一段連續(xù)的小肽就能表現其活性。蛋白質酶解反應是改善蛋白質底物理化和功能特性的一種重要手段，其酶解底物活性多肽是治療諸多疾病（如高血壓、糖尿病、癌癥、艾滋病等）的或潛在藥物，在制藥領域已經取得了廣泛的應用。

在傳統(tǒng)的制藥工藝中，試用酶降解技術的以生化類藥品為主。利用酶解方法，使原料蛋白質類前體降解，然后分離其中的活性片段，如腦蛋白水解物、肝水解肽、水解蛋白等，其水解產物中含有多種活性小肽，游離氨基酸等組分臨床療效確切。隨著科學技術的不斷發(fā)展，酶解工藝結合目前新的分離和檢測技術，特別是以親和色譜為基礎的各種方法和儀器，可以從一組混合物中快速有效的發(fā)現、分離這些活性小肽，為新藥開發(fā)提供一個全新的途徑。

近年來，對于海洋生物的研究不斷深入，人類開始向海洋生物索取功能蛋白和特殊活性物質，用以研制藥物和開發(fā)功能食品。利用水產蛋白開發(fā)酶降解血壓肽（如蛋白酶水解沙丁魚），較普通化學合成降壓藥具有*的優(yōu)勢、加之其明顯的降壓效果、近年來備受研究界的矚目。海參蛋白經酶降解后可產生多種氨基酸與功能小肽，具有*的藥用價值。

酶工程的zui初十年里，主要重點還是在發(fā)展固定化方法和載體上，探索其應用的可能性。*代固定化生物催化劑的特征是單酶的固定化，發(fā)展了吸附、共價、交聯和包埋等數十種固定化方法?，F已有20多種利用單酶活力的固定化生物催化劑在世界上獲得了工業(yè)上的應用。而在大多數生物化學產品中，生物化學的合成和轉化必須依賴一連串酶反應，而且需要輔助因子NADPH和ATP的參與。早在70年代初就已經嘗試過將催化順序反應的幾種酶共固定，發(fā)現物質轉化的速度比溶液中的酶混合度高。70年代后期，輔酶的保持和再生又特別受到重視。ATP和NAD的大分子化可保持在半透膜內，往返于催化合成的酶與再生它們的酶之間。已知的酶有50％以上需要輔酶因子的存在參與酶促反應。ATP、FAD、NAD、PLP和P的再生都可能通過固定化技術獲得不同程度的解決，其中包括這些輔酶因子的固定化與其他酶促反應相偶聯或對輔因進行化學裝飾及利用這些輔因的類似物與衍生物等。而實驗則發(fā)現固定化輔因及其衍生物對酶的活力具有良好作用。

據不*統(tǒng)計，應用酶工程技術所產生的工業(yè)產值已達幾百億美元，已形成工業(yè)化規(guī)模的應用領域有:淀粉制糖工業(yè)、乳制品工業(yè)、其他食品與發(fā)酵工業(yè)、氨基酸工業(yè)。目前，固定化酶正日益成為工業(yè)應用方面的主力軍，在化工醫(yī)藥、輕工食品、環(huán)境保護等領域將發(fā)揮巨大的作用。尤其在有機酸如檸檬酸、蘋果酸、L-天冬氨酸、L-苯丙氨酸、L-色氨酸以及藥物產品的生產方面都有可能應用酶工程技術進行規(guī)?；a，從而極大程度地改變醫(yī)藥工業(yè)和發(fā)酵工業(yè)的生產方式。包括輔助因子再生系統(tǒng)在內的固定化多酶系統(tǒng)現正成為酶工程應用領域的主角。固定化基礎工程菌、工程細胞以及固定化技術與連續(xù)生物反應器的巧妙結合，將導致整個發(fā)酵工業(yè)和化學合成工業(yè)的根本性變革。

而對于制藥工業(yè)來講，制藥工業(yè)存在了五個特點。（1）高度的科學性，技術性。（2）生產分工細致、質量要求嚴格。（3）生產技術復雜、品種多、劑型多。（4）生產的比例性、連續(xù)性。（5）高投入、高產出、益。對于制藥工業(yè)而言，隨著科學技術的不斷發(fā)展，早期的手工作坊方式的生產藥物逐步被機械替代，制藥生產企業(yè)中現代化的儀器、儀表、電子技術和自控設備得到了廣泛的應用，無論是產品設計、工藝流程的確定，還是操作方法的選擇，都有嚴格的要求，必須依據科學技術知識，采用現代化的設備，才能合理地組織生產，促進藥品生產的發(fā)展。當然，這些條件也對酶催化技術在化學制藥中提供了更加嚴峻的要求。而與此同時，為了追求更大的效益和更高的技術，科學家們也在努力進行科學研究實驗，使酶催化技術能在化學制藥中占據一個更加重要的地位。

藥物的合成反應往往需要催化劑，很多都是在溶劑中完成的，而且在制劑生產中也常用到各種溶劑，催化劑或溶劑的綠色化對保護環(huán)境是非常重要的。酶是生物細胞中產生的有機催化體，利用酶催化反應來制備醫(yī)藥產品和中間體是清潔技術的重要領域。例如甾體激素的A環(huán)芳構化和C-10位上引入羥基，維生素C的兩步微生物氧化等。今年來酶催化反應在改進氨基酸、半合成抗生素的生產工藝以及酶動力學拆分等方面取得了顯著的進展。大量的化學反應在溶劑狀態(tài)下進行，使用安全、無毒制劑，實現溶劑的循環(huán)使用是發(fā)展方向。

而對于我國而言，我國的化學制藥工業(yè)已經向創(chuàng)新和改進生產工藝方向發(fā)展，這無疑也對酶催化技術在化學制藥方面提出了更高的要求，1993年我國修改了法已經實施，2001年我國加入了WTO，這兩件事對我國的醫(yī)藥*面產生了很大的影響，促使我國醫(yī)藥工業(yè)改變了長期以來化學藥品以仿制為主的局面，促使我國醫(yī)藥科技與接軌，促進醫(yī)藥工業(yè)與合作，引進*生產技術及產品，對于迅速提高我國制藥工業(yè)的生產技術水平既帶來了動力也帶來了壓力。針對我國化學藥品生產所面臨的新形勢，首先在戰(zhàn)略上要把化學藥品研究從仿制為主轉變到創(chuàng)新為主的軌道上來。創(chuàng)新新藥的指導思想是以創(chuàng)新新藥為重點，以與接軌為導向，以市場為目標，堅持高起點、高技術、益，實現藥品系列化、規(guī)范化、產業(yè)化和化。

我國的化學制藥技術及藥物的生產與研制已經成為我國建設中的一個重要目標，而酶催化技術在化學制藥中也占據了一個很重要的地位，我國的生命科學及化學領域的研究人員正在努力的對化學制藥技術進行改進和提高，爭取為我國的化學制藥技術做出更大的貢獻。酶催化制藥技術作為制藥技術中的重中之重，正受到各地更高的關注，它的發(fā)展也關系到中國制藥技術，乃至中國經濟的發(fā)展狀況。

綜上所述，酶催化已經成為有機合成和制藥工業(yè)的重要手段。隨著酶催化工程方面的發(fā)展以及可用酶的增加，將會有更多的工藝用于精細化學品和制藥工業(yè)。酶催化僅僅是一個年輕德科學，發(fā)展空間巨大，其未來的發(fā)展前景也是*的。