2第十三章 酶类药物

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第十三章 酶类药物,1,第一节 药用酶概述,大多数酶制剂为口服剂型，现能由于注射的酶制剂只有细胞色素C、纤溶酶等少数几种。,目前对药用酶的研究热点是，在维持活性状态下的酶蛋白能否被吸收，如何将少药用酶的抗原性问题及新型药用酶的研究等。,一、药用酶的分类及应用,（一）促进消化酶类,（二）消炎酶类,（三）与治疗心脑血管疾病有关的酶类,（四）抗肿瘤的酶类,（五）与生物氧化复原电子传递有关的酶,（六）其他药用酶,2,二、药用酶的来源和生产,（一）药用酶的来源,酶作为生物催化剂普遍存在于动植物和微生物中，可直接从生物体中别离获得。,酶可以通过化学合成法合成，但由于各种因素的限制，目前药用酶的生产主要是直接从动植物种提取、纯化和利用微生物发酵生产。,近10多年来，动植物细胞培养技术取得了很大的进步，但因为周期长，本钱高等问题，实际应用还有一定困难。,目前工业大规模生产一般都是以微生物为主要来源。,（二）生化制备法,生化制备法的主要生产过程为：,3,1、原料选择应注意的问题,（1）了解目的酶在生物材料中的分布特点，选择适宜的生物材料。,（2）考虑生物在不同发育阶段及营养状况时，酶含量的差异及杂质干扰的情况。,（3）用动植物组织作原料，应在动物组织宰杀后立即取材。,（4）考虑生化制备的综合本钱。,2、生物材料的预处理,（1）机械处理,（2）反复冻融处理,（3）制备丙酮粉,（4）微生物细胞的预处理,4,3、酶的提取,（1）水溶液法 常用稀盐溶液或缓冲液提取，经过预处理的原料，包括组织糜，匀浆，细胞颗粒，丙酮粉都可用水溶液抽提。,水溶液的pH选择对抽提具有影响，应考虑的因素有：,酶的稳定性,酶的溶解性,酶与其他物质结合的性质,选择pH的总原则是，在酶稳定的pH范围内，选择偏离等电点的适当的pH。,（2）有机溶剂法 某些结合酶，由于和脂质结合牢固，需用有机溶剂除去脂质，且不能使酶变性。常用有机溶剂是丁醇。,丁醇性质：亲脂性强、兼具亲水性、在脂与水分子间能起外表活性剂的桥梁作用。,丁醇提取方法：均相法和两相法,（3）外表活性剂法,5,4、酶的纯化,不同的酶，因性质不同，其纯化工艺可能有很大不同。,评价一个纯化工艺好坏，主要看两个指标：酶比活和总活力回收率。,纯化过程中的技术难点：,（1）杂质的除去,调pH和加热沉淀法,蛋白质外表变性法,选择性变性法,降解或沉淀核苷酸法,利用结合底物保护法除去杂蛋白,（2）脱盐,透析,凝胶过滤,6,（3）浓缩,冷冻枯燥法,离子交换法,超滤法,凝胶吸水法,（4）酶的结晶,酶的结晶方法,盐析法、有机溶剂法、复合结晶法、透析平衡法、等电点法,结晶条件的选择,酶液的纯度,酶的浓度,温度、时间、pH、晶种、结晶器皿处理,7,（5）酶别离和纯化中应注意的问题,防止酶蛋白变性,防止辅助因子流失,防止酶被蛋白水解酶降解,（三）微生物发酵法,1、高产菌株的选育,获取优良菌株有三种途径：,从自然界别离筛选,用物理或化学方法处理、诱变,用基因重组与细胞融合技术，构建性能优良的工程菌。,2、发酵工艺的优化,3、培养方法,（1）固体培养法,（2）液体培养法,8,4、影响酶产量的因素,（1）温度：一般发酵温度比种子培养时略高，对产酶有利。,（2）发酵的pH：可通过培养基原始pH或添加缓冲剂或通过调节通气量等方法实现。,（3）通气和搅拌,用于酶生产的微生物，根本都是好氧菌；不同菌种在培养时，对通气量的要求也不同。,搅拌能使气泡打碎，增加气液体接触面积，加快氧的溶解速度；搅拌使液体形成湍流，延长气泡在培养液中的停留时间，提高空气的利用率；搅拌可增加液体的湍流作用，有利于热交换和营养物质与菌体细胞的均匀接触，同事稀释细胞周围代谢产物，有利于促进细胞的新陈代谢。,9,（4）泡沫和消泡剂,气泡对发酵过程的影响,发酵过程中，泡沫的存在会阻碍二氧化碳排除，影响微生物生长和产物的形成；,泡沫层过高，往往造成发酵液随泡沫溢出罐外，浪费原料，还容易染菌；,泡沫层过高还会降低发酵罐的利用率。,常用消泡剂：天然油类，醇类，脂肪酸，胺类，酰胺类，磷酸酯类，聚硅氧烷等。其中以聚二甲基硅氧烷为最理想的消泡剂。,（,5,）添加诱导剂和抑制剂,10,第二节 重要酶类药物的性质及生产方法,一、胃蛋白酶,（一）组成与性质,淡黄色粉末，具有肉类特殊的气味及微酸味；,吸湿性强、易溶于水，水溶液呈酸性。可溶于70%乙醇和pH=4的20%乙醇中。难溶于乙醚、氯仿等有机溶剂。,枯燥的胃蛋白酶较稳定100度加热10 min不会被破坏；在水中，70度以上或pH=6.2以上开始失活，pH=8以上呈不可逆失活；酸性溶液中较稳定，但在2 mol/L盐酸中会慢慢失活。最适pH=1.5-2.0。,结晶胃蛋白酶呈针状或板状，电泳可分出4个组分，其组成元素有N、C、H、O、S、P、Cl。,胃蛋白酶能水解大多数天然蛋白质底物，尤其对两个相邻芳香族氨基酸构成的肽键最为敏感。它对蛋白质水解不彻底，产物为胨、肽和氨基酸的混合物。,11,（二）生产工艺,1、工艺流程,2、工艺过程及控制要点,酸解，过滤,脱脂，去杂质,浓缩，枯燥,3、胃膜素和胃蛋白酶联产工艺,胃膜素也是从猪胃粘膜中提取的一种黏蛋白。胃膜素水溶液能被60%以上的乙醇或丙酮沉淀，所以可利用提取胃膜素的母液制备胃蛋白酶。,联产工艺：向别离胃膜素的母液中，边搅拌边加冷丙酮，至相对密度0.91，既有淡黄色胃蛋白酶沉出，静置过夜，去上清液，沉淀真空枯燥，即得胃蛋白酶。,4、结晶胃蛋白酶的制备,12,（三）质量控制,1、质量标准,2、活力测定,13,二、尿激酶,是一种碱性蛋白，由肾脏产生，主要存在于人及哺乳动物的尿中。人尿中平均含量5-6IU/mL。临床上尿激酶已经广泛用于治疗各种新血栓形成或血栓堵塞疾病。,（一）结构与性质,存在多种相对分子质量形式，主要的有31300、54700两种。,尿中存在尿胃蛋白酶原，酸性条件下可以激活生成尿胃蛋白酶，可以把分子量54700的天然尿激酶降解成分子量31300的尿激酶。,尿激酶是丝氨酸蛋白酶，丝氨酸和组氨酸是其活性中心的必须氨基酸。,尿激酶是专一性很强的蛋白水解酶，尿激酶也有酯酶活力。,尿激酶PI为8-9，溶液中不稳定，冻干可稳定数年。,14,（二）生产工艺,1、工艺流程,15,16,（三）质量控制,成品为白色或米色澄清溶液或白色冻干粉。,每毫克蛋白的酶活力不得低于120000 IU。,尿激酶活力测定方法：,（1）气泡上升法,试剂：血纤维蛋白原溶液、牛凝血酶溶液、血纤维溶酶原溶液、尿激酶标准品溶液。,反应体系：四种溶液的混合体系。,操作：12 mm*75 mm小试管，置于冰水浴中，依次参加上述溶液，迅速搅拌，立即置于37度水浴保温。反应体系应在30-45s凝结，凝块内有小气泡生成。当凝块溶解时，气泡逐渐上升，在气泡上升到反应体系体积一半时作为反应终点。,标准取消：以酶浓度为纵坐标，凝块溶解时间为横坐标，绘制标准曲线。,样品测定：被测样品稀释成10-20IU/ML，同以上操作，根据凝块溶解时间，从标准曲线查得样品的活力单位。,17,（2）平板法,18,三、门冬酰胺酶,（一）结构与性质,门冬酰胺酶是酰胺基水解酶，是从大肠杆菌菌体中提取别离的酶类药物，可用于治疗白血病。,呈白色粉末状，微有湿性，溶于水，不溶于丙酮、氯仿、乙醚及甲醇。,20%水溶液，室温储存7天，5度储存14天均不减少酶的活力。干品50度，15min酶活力降低30%，60度1h内失活，最适pH=8.5，最适作用温度37度。,（二）生产工艺,1、工艺流程,19,2、工艺过程及控制要点,20,（三）活性测定方法,测定原理：门冬氨酸酶催化天冬酰胺水解，释放游离氨。奈斯勒试剂与氨反应后形成红色配合物，可借比色法进行定量测定。,实验过程：取,0.04mol/L,的,L-,天冬酰胺,1 ml,，,0.5mol/L pH=8.4,的硼酸缓冲液、,0.5 ml,细胞悬浮液或酶液，于,37,度水溶液中保温,15 min,，加,15%,三氯醋酸,0.5,mL,，以终止反应。沉淀细胞或酶蛋白，离心，取上清液,1,mL,。加,2,mL,奈斯勒试剂和,7,mL,蒸馏水,15 min,后，于,500 nm,波长下比色测定产生的氨。,活力单位定义：每分钟催化天冬酰胺水解,1,umol,氨的酶量定为一个活力单位。,21,四、超氧化物歧化酶（SOD）,SOD是一种重要的氧自由基去除剂，能专一清楚超氧阴离子自由基。,目前SOD临床应用集中在自身免疫性疾病上，也可用于抗辐射，抗肿瘤，治疗氧中毒，心肌缺氧与缺血再灌注综合症一级某些心血管疾病。,SOD属于重金属酶，广泛存在于动植物、微生物细胞中。,（一）结构和性质,SOD的性质不仅取决于蛋白质局部，还取决于活性中心金属离子的存在，金属离子种类不同，SOD的性质有所不同，其中Cu，Zn-SOD与其他两种SOD差异较大，而Mn-SOD与Fe-SOD之间差异较小。,22,1、SOD活性中心和构象,23,2、SOD的理化性质,SOD是一种金属蛋白，因此它对热、pH及其在某些性质上表现出异常的稳定性。,（1）热稳定性,（2）pH对SOD的影响,在pH=5.3-10.5范围内对SOD活性不受影响。,pH=3.6时SOD中Zn要脱落95%。,pH=12.2时，SOD的构象会发生不可逆的转变，从而导致酶活性丧失。,（3）吸收光谱,取决于酶蛋白和金属辅基。,紫外光谱区：250 nm-270 nm,可见光区：680 nm,24,4、金属辅基与酶活性,Cu与Zn的作用是不同的,Zn仅与酶分子结构有关，而与催化活性无关。,Cu与催化活性有关，透析除去Cu则酶活性全部丧失，一旦重新参加Cu，酶活性又可以恢复。,25,（二）生产工艺,1、收集红细胞,2、溶血、去血红蛋白,3、沉淀、热变性,4、柱层析,5、冷冻枯燥,26,（三）检测方法,1、SOD的纯度鉴定,（1）均一性,（2）酶比活,（3）理化性质,2、SOD活性测定,27,28,五、组织纤溶酶原激活剂（t-PA）,一类存在于人体组织中的组织激活剂。主要由血管内皮细胞和组织细胞合成，存在于哺乳动物血浆中。,主要作用：作用于纤维蛋白溶酶原，特异性裂解溶酶原中的精氨酸-缬氨酸键。t-PA与纤维蛋白结合产生的t-PA-纤维蛋白复合物，能高效、特异地激活血凝块中的纤溶酶原，因此是一种高效特异性血栓溶解药物。,t-PA释放减少见于高脂血症病人，尤其是高三酰甘油血症、肥胖症、口服避孕药等的病人。,t-PA的活性在夜间及清晨最低，白天可增高达3倍，说明内皮细胞合成与分泌t-PA还与时间有关。,（一）氨基酸特征,29,30,（二）理化性质及生物学活性,t-PA的等电点在7.8-8.6之间，稳定pH为5.8-8.0，最适pH为7.4；t-PA在枸橼酸抗凝血浆中不稳定，其活性丧失速度与温度有关。,（三）t-PA的生产,可利用动物细胞培养技术，培养人黑色素瘤细胞株，产生大量的t-PA，其培养液中t-PA浓度可到达1 ml/mL。,1、工艺流程,31,2、工艺过程及培养要点,培养基：主要为Eagle培养基。,t-PA抗体制备 得到抗t-PA的免疫球蛋白G。,抗t-PA亲和吸附剂制备,细胞培养,t-PA的别离,精制,32,