第十章第十章 氨基酸药物氨基酸药物1第一节第一节 氨基酸种类及理化性质氨基酸种类及理化性质一、氨基酸组成及结构一、氨基酸组成及结构w1、元素：、元素：C、H、O、N等等w2、通式：、通式：23、氨基酸的一般物理性质、氨基酸的一般物理性质常见氨基酸均为无色结晶,其形状因构型而异(1)(1)溶解性：溶解性：各种氨基酸在水中的溶解度差别很大，并能溶解于稀酸或稀碱中，但不能溶解于有机溶剂。通常酒精能把氨基酸从其溶液中沉淀析出。(2) (2) 熔点：熔点：氨基酸的熔点极高，一般在200以上。(3) (3) 味感：味感：其味随不同氨基酸有所不同，有的无味、有的为甜、有的味苦，谷氨酸的单钠盐有鲜味，是味精的主要成分。(4)(4)旋光性：旋光性：除甘氨酸外，氨基酸都具有旋光性，能使偏振光平面向左或向右旋转，左旋者通常用（-）表示，右旋者用（+）表示。(5)(5)光吸收：光吸收：构成蛋白质的20种氨基酸在可见光区都没有光吸收，但在远紫外区(220nm)均有光吸收。在近紫外区(220-300nm)只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光的能力。TyrTyr、TrpTrp、PhePhe在近紫外光区的最大在近紫外光区的最大吸收峰（吸收峰（maxmax）和摩尔消光系数）和摩尔消光系数v酪氨酸的酪氨酸的 maxmax275nm275nm， 275275=1.4x=1.4x103 ; ;v苯丙氨酸的苯丙氨酸的 maxmax257nm257nm， 257257=2.0x10=2.0x102; ;v色氨酸的色氨酸的 maxmax280nm280nm， 280280=5.6x10=5.6x103; ;34、化学通性：-COOH：成盐、成酯、酰胺化、脱羧、酰氯化；-NH2：成盐、脱氨两性解离肽键4酪氨酸酚羟基：米伦反应、福林-达尼斯反应；精氨酸胍基:坂口反应色氨酸吲哚基：遇芳醛变红组氨酸咪唑基：pauly反应56二、分类与命名1、命名：2、分类：带电状况：酸性、中性、碱性； 侧链结构：脂肪、芳香、杂环； 侧链极性：极性、非极性； 人体需求：必需、非必需。7第二节 氨基酸的生产方法w一、蛋白水解法：w1、酸水解w2、碱水解w3、酶水解81、酸水解w 盐酸、硫酸w 110-120w 12-24hw 缺点：氨基酸结构被破坏，污染环境92、碱水解w氢氧化钠、氢氧化钡w 100w 6h 缺点:氨基酸结构被破坏，消旋103、酶解w优点 缺点：水解不彻底，可用于生产肽、胨等11二、合成法：二、合成法：DL-DL-蛋氨酸、丙氨酸、甘氨酸、苯蛋氨酸、丙氨酸、甘氨酸、苯丙氨酸。丙氨酸。三、酶法：利用微生物细胞或微生物产生的酶来三、酶法：利用微生物细胞或微生物产生的酶来制造氨基酸。制造氨基酸。 传统的提取法、酶法和化学合成法由于前体物的传统的提取法、酶法和化学合成法由于前体物的成本高成本高, ,工艺复杂工艺复杂, ,难以达到工业化生产的目的。难以达到工业化生产的目的。 12四、发酵法四、发酵法直接发酵法：野生菌株发酵、 营养缺陷型突变株发酵、 氨基酸结构类似物抗性突变株发酵 营养缺陷型兼抗性突变株发酵。13 1、用野生株的方法用野生株的方法 w这是从自然界获得的分离菌株进行发酵生产的一种方法。w典型的例子就是谷氨酸发酵。w改变培养条件的发酵转换法中,有变化铵离子浓度、磷酸浓度，使谷氨酸转向谷氨酰胺和缬氨酸发酵 14 2、用营养缺陷变异株的方法用营养缺陷变异株的方法w这一方法是诱变出菌体内氨基酸生物合成某步反应阻遏的营养缺陷型变异体，使生物合成在中途停止，不让最终产物起控制作用。w这种方法中有用高丝氨酸缺陷株的赖氨酸发酵，有用精氨酸缺陷株的鸟氨酸发酵，还有用异亮氨酸缺陷株的脯氨酸发酵。 15w 谷氨酸谷氨酸w N-乙酰乙酰 谷氨酸激酶谷氨酸激酶w N-乙酰乙酰-谷氨酰磷酸谷氨酰磷酸w w 鸟氨酸鸟氨酸w 瓜氨酸缺陷型菌株生产鸟氨酸瓜氨酸缺陷型菌株生产鸟氨酸w 瓜氨酸瓜氨酸w 精氨酸缺陷型菌株生产瓜氨酸精氨酸缺陷型菌株生产瓜氨酸w 精氨酸结构类似物抗性突变株精氨酸结构类似物抗性突变株w 精氨酸精氨酸 抗反馈调节突变株生产精氨酸抗反馈调节突变株生产精氨酸16 3、结构类似物抗性突变株的方法结构类似物抗性突变株的方法w用一种与自己想获得的氨基酸结构相类似的化合物加入培养基内，使其发生控制作用，从而抑制微生物的生长。这样，就可以得到在这种培养基中能够生长的变异株，而这种变异株正是解除了调控机制的，能够生成过量的氨基酸。w利用此方法发酵的有:苏氨酸、赖氨酸、异亮氨酸、组氨酸和精氨酸。 17w 谷氨酸谷氨酸w N-乙酰乙酰 谷氨酸激酶谷氨酸激酶w N-乙酰乙酰-谷氨酰磷酸谷氨酰磷酸w w 鸟氨酸鸟氨酸w 瓜氨酸缺陷型菌株生产鸟氨酸瓜氨酸缺陷型菌株生产鸟氨酸w 瓜氨酸瓜氨酸w 精氨酸缺陷型菌株生产瓜氨酸精氨酸缺陷型菌株生产瓜氨酸w 精氨酸结构类似物抗性突变株精氨酸结构类似物抗性突变株w 精氨酸精氨酸 抗反馈调节突变株生产精氨酸抗反馈调节突变株生产精氨酸18 4 、 体内及体外基因重组的方法体内及体外基因重组的方法w基因工程包括细胞内基因重组方法和试管内的体外基因重组方法。w体内基因重组在应用上又称为杂交育种，主要方法包括：转化、转染、接合转移、转导和细胞融合等，这都是在细胞内暂时地产生染色体的局部二倍体，在两条DNA链之间引起两次以上的交叉，是遗传性重组现象。w细胞内基因重组技术的缺点是，现在只在同种或有近缘关系的微生物之间进行并较难成功。 19几种方法的比较w 合成法合成法 发酵法发酵法酶法酶法原料原料石油石油碳源、氮源碳源、氮源底物底物产物浓度产物浓度高高低低高高产物类型产物类型DLLL副产物副产物少少多多少少20第三节第三节 氨基酸的用途氨基酸的用途w1.食品工业：w强化食品(赖氨酸，苏氨酸，色氨酸于小麦中)w增鲜剂：谷氨酸单钠和天冬氨酸w苯丙氨酸与天冬氨酸可用于制造低热量二肽甜味剂(-天冬酰苯丙氨酸甲酯),此产品1981年获FDA批准,现在每年产量已达数万吨。 21w2.饲料工业饲料工业：w甲硫氨酸等必需氨基酸可用于制造动物饲料甲硫氨酸等必需氨基酸可用于制造动物饲料 w3.医药工业：医药工业：w多种复合氨基酸制剂可通过输液治疗营养或代谢失调多种复合氨基酸制剂可通过输液治疗营养或代谢失调 w苯丙氨酸与氮芥子气合成的苯丙氨酸氮芥子气对骨髓肿瘤治苯丙氨酸与氮芥子气合成的苯丙氨酸氮芥子气对骨髓肿瘤治疗有效疗有效,且副作用低。且副作用低。 w 4.化学工业化学工业：w谷氨基钠作洗涤剂谷氨基钠作洗涤剂,丙氨酸制造丙氨酸纤维丙氨酸制造丙氨酸纤维。22第四节第四节 赖氨酸生产实例赖氨酸生产实例23一、概述一、概述w1、结构：、结构：2，6-二氨基己酸二氨基己酸24w2、存在形式：盐酸盐w3、物理性质：相对分子质量：182.65w 熔点：263w 单斜晶系w 比旋光度：+21w 水中溶解度：53.6g/ml（0）w 口服半致死量（LD50）：4.0g/kg25二、赖氨酸发酵生产二、赖氨酸发酵生产w斜面菌种斜面菌种 种子培养种子培养 发酵发酵 上柱上柱w 洗脱洗脱w 浓缩浓缩精制盐精制盐 重结晶重结晶 粗盐粗盐261、菌种：北京棒杆菌、钝齿棒杆菌、菌种：北京棒杆菌、钝齿棒杆菌； 272、种子扩大培养、种子扩大培养： 斜面 一级种子 二级种子283、发酵工艺及控制要点、发酵工艺及控制要点： 流程： 29w压缩空气 斜面 淀粉水解糖w油水分离器 摇瓶种子 配料w 过滤器 种子罐 灭菌w 发酵罐w 提取分离w 赖氨酸30培养基： 葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖糖蜜糖蜜糖蜜糖蜜玉米浆玉米浆玉米浆玉米浆豆饼豆饼豆饼豆饼硫酸铵硫酸铵硫酸铵硫酸铵碳酸钙碳酸钙碳酸钙碳酸钙磷酸氢二钾磷酸氢二钾磷酸氢二钾磷酸氢二钾硫酸镁硫酸镁硫酸镁硫酸镁味液味液味液味液生物素生物素生物素生物素硫胺素硫胺素硫胺素硫胺素铁铁铁铁锰锰锰锰pHpH 31工艺条件： 温度 pH 种龄、接种量 氧 生物素 硫酸铵 其他3233第五节第五节 赖氨酸的提取和精制赖氨酸的提取和精制一、发酵液成分：一、发酵液成分：1、氨基酸、氨基酸2、菌体、菌体3、培养基、培养基4、色素、色素二、发酵液预处理：离心、沉淀二、发酵液预处理：离心、沉淀34三、赖氨酸提取三、赖氨酸提取:离子交换法离子交换法1、柱子：强酸性阳离子交换树脂，、柱子：强酸性阳离子交换树脂，pH2.0 弱酸性阳离子交换树脂，弱酸性阳离子交换树脂，pH7.0-9.02、阳离子：、阳离子：H+：吸附力强吸附力强 NH4+:选择性好，简化操作选择性好，简化操作3、上柱：、上柱：4、洗脱：、洗脱：氨水：氨水： 氨水氨水+氯化铵：氯化铵： 氢氧化钠：氢氧化钠：35四、精制1、浓缩与除氨：蒸发2、结晶3、重结晶36