天然生物材料的提取制藥-氨基酸、多肽及蛋白質(zhì)類藥物的提取制藥

生物制藥工藝課程氨基酸類藥物氨基酸類藥物一、氨基酸類藥物概述及分類三、氨基酸的應(yīng)用及生產(chǎn)方法二、氨基酸的理化性質(zhì)

氨基酸的概述羧酸分子中一個(gè)或一個(gè)以上氫原子被氨基酸取代后生成的化合物稱為氨基酸。在自然界中組成生物體各種蛋白質(zhì)的氨基酸有20余種，除Pro其分子結(jié)構(gòu)的共同特點(diǎn)都有一個(gè)a-氨基，故稱為a-氨基酸。

分類α-氨基酸根據(jù)R基分為脂肪族氨基酸

芳香族氨基酸

雜環(huán)氨基酸

根據(jù)氨基、羧基的數(shù)目分為

中性氨基酸氨基酸=羧基數(shù)

堿性氨基酸氨基酸＞羧基數(shù)賴、組、精

酸性氨基酸氨基酸＜羧基數(shù)谷、天冬氨基酸的理化性質(zhì)

氨基酸及其衍生物在醫(yī)藥中的應(yīng)用1·氨基酸的營養(yǎng)價(jià)值及其與疾病治療的關(guān)系

必需氨基酸—人和哺乳動(dòng)物自身不能合成，需要由食物供應(yīng)，稱為必需氨基酸。

氨基酸輸液

必需氨基酸：蘇氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、賴氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸

半必需氨酸：精氨酸、組氨酸是幼兒所必需的2·治療消化道疾病的氨基酸及其衍生物

谷氨酸及其鹽酸鹽，谷氨酰胺，乙酰谷酰胺鋁，甘氨酸及其鋁鹽，硫酸甘氨酸鐵，維生素U及組氨酸鹽酸鹽等。

甘氨酸及其鋁鹽以及谷氨酸鹽酸鹽是通過調(diào)節(jié)胃液酸堿度實(shí)現(xiàn)治療。谷氨酸鹽酸鹽可提供鹽酸及促進(jìn)胃酸分泌，甘氨酸及其鋁鹽可中和過多胃酸，保護(hù)黏膜，谷氨酸，谷氨酰胺，乙酰谷酰胺鋁，維生素U及組氨酸鹽酸鹽是通過保護(hù)消化道黏膜或促進(jìn)黏膜增生而達(dá)到防治胃及十二指腸潰瘍的作用。3·治療肝病的氨基酸及其衍生物

精氨酸鹽酸鹽、磷葡精氨酸、鳥天氨酸、谷氨酸鈉、蛋氨酸、乙酰蛋氨酸、瓜氨酸、賴氨酸鹽酸鹽、及天冬氨酸等。

ASP用以降低血氨

異亮氨酸、亮氨酸等糾正血漿氨基酸平衡

Met、胱氨酸用于治療脂肪肝

精氨酸對(duì)治療高氨血癥、肝機(jī)能障礙等疾病頗有效果

5·用于治療腦及神經(jīng)系統(tǒng)疾病的氨基酸及其衍生物

谷氨酸鈣鹽及鎂鹽、氫溴酸谷氨酸、色氨酸、5-羥色氨酸、左旋多巴等

L-谷氨酸的鈣鹽及鎂鹽用于治療神經(jīng)衰弱及其官能癥、腦外傷，及其癲癇小發(fā)作。氨基酸類藥物的生產(chǎn)方法一、制備方法

當(dāng)前大多數(shù)氨基酸的生產(chǎn)方法主要是微生物發(fā)酵法，但也有的氨基酸仍然采用提取法。蛋白質(zhì)水解提取法（酸水解、堿水解和酶水解法）微生物發(fā)酵法化學(xué)合成法酶合成法

氨基酸物理性質(zhì)二、分離純化方法

溶解度等電點(diǎn)沉淀性質(zhì)帶電離子生物制藥工藝課程多肽類藥物一、多肽概述多肽是由多個(gè)氨基酸通過肽鍵連接而形成的一類合物，通常由3～100個(gè)氨基酸分子組成，其連接方式與蛋白質(zhì)相同，相對(duì)分子質(zhì)量低于10000。多肽普遍存在于生物體內(nèi)，迄今在生物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的多肽已達(dá)數(shù)萬種，其廣泛參與和調(diào)節(jié)機(jī)體內(nèi)各系統(tǒng)、器官、組織和細(xì)胞的功能活動(dòng)，在生命活動(dòng)中發(fā)揮重要作用。多肽藥物主要來源于內(nèi)源性多肽或其他外源性多肽。內(nèi)源性多肽即人體固有的內(nèi)生性多肽，如腦啡肽、肽胰臟多肽等。外源性多肽如蛇毒、唾液酸、蜂毒、蛙毒、蝎毒、水蛭素、竽螺毒素衍生物和蒼蠅分泌的殺菌肽等。隨著現(xiàn)代生物技術(shù)與多肽合成技術(shù)的發(fā)展，某些活性多肽可通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行分子設(shè)計(jì)與篩選、并經(jīng)人工合成而得。二、多肽藥物的來源三、多肽藥物的品種

較早上市的多肽類藥物主要是一些多肽類激素，如鮭魚降鈣素、生長抑素、人高血糖素、縮宮素等。隨著新藥研發(fā)的不斷深入，多肽藥物的開發(fā)已經(jīng)發(fā)展到疾病防治的各個(gè)領(lǐng)域如：抗腫瘤多肽、抗病毒多肽、多肽疫苗、細(xì)胞因子模擬肽、抗菌活性肽、診斷用多肽、減肥用多肽等。

四、多肽藥物的特點(diǎn)

1.多肽易于合成改造和優(yōu)化組能很快確定其藥用價(jià)值由于本身的特性，多肽從臨床試驗(yàn)到FDA批準(zhǔn)所需時(shí)間也比小分子藥物時(shí)間短很多，大約平均為10年。而多肽通過臨床試驗(yàn)的機(jī)率比小分子化合物要高兩倍。多肽的特定優(yōu)點(diǎn)使其在藥物開發(fā)中表現(xiàn)出特定的優(yōu)勢和擁有臨床應(yīng)用價(jià)值。多肽藥物在體內(nèi)容易被快速降解，多肽制劑需要低溫保存，但是，通過改造修飾或者與其他材料組成穩(wěn)定的復(fù)合物，可提高穩(wěn)定性。相對(duì)大分子蛋白或抗體類，多肽在常溫下卻更穩(wěn)定，用量更少，單位活性也更高。2.多肽半衰期一般很短，不穩(wěn)定3、與大分子蛋白相比，多肽化學(xué)合成技術(shù)成熟多肽容易與雜質(zhì)或副產(chǎn)品分離，純度高。而重組蛋白的質(zhì)量、純度和產(chǎn)量都難以保證。重組蛋白也不能引入非天然氨基酸，不能在末端酰胺化，同時(shí)生產(chǎn)周期長，成本高。多肽一般比蛋白抗體類藥物成本低，但比很多小分子藥物的合成成本高。長鏈多肽的合成成本會(huì)更高，但是隨著科技進(jìn)步，設(shè)備更新和工藝改善，小分子多肽的合成成本和商業(yè)成本已經(jīng)大幅度下降，更加適合于臨床應(yīng)用和市場開拓。

4、多肽藥物最大問題是不能口服主要是因?yàn)橐妆唤到夂碗y穿越腸黏膜。但是，有各種可替代的其他給藥途經(jīng)如皮下注射，鼻腔噴射。五、多肽藥物的靶點(diǎn)

大多數(shù)多肽以細(xì)胞外分子為靶點(diǎn)

細(xì)胞外分子靶點(diǎn)主要是G蛋白偶聯(lián)受體（Gprotein-coupledreceptor，GPCR）。GPCR家族是最大的受體家族，已經(jīng)確定的家族成員大約有800～1000個(gè)。GPCR信號(hào)一般是通過細(xì)胞外的配體與這些GPCR相互作用，引起GPCR的構(gòu)象變化，通過激活三聯(lián)體G蛋白調(diào)控GPCR下游的各種信號(hào)路經(jīng)。少于10%的是以細(xì)胞內(nèi)（intracellular）分子為靶點(diǎn)六、多肽藥物的制備方法

1、提取法有相當(dāng)部分的多肽藥物是從動(dòng)植物體內(nèi)提取的，例如從豬胰腺中提取的胰島素。提取法獲得的多肽純度較低，且在生物體內(nèi)多肽類物質(zhì)含量甚微，提取過程中易引入動(dòng)物致病菌或病毒，從而限制了其應(yīng)用。所以，生物提取多肽技術(shù)已逐漸被化學(xué)合成法或基因重組技術(shù)所替代。2、基因重組技術(shù)自然界很多生物都能產(chǎn)生活性多肽，如哺乳動(dòng)物的胰島素。但從動(dòng)植物體內(nèi)提取活性多肽需要大量原料，成本昂貴，不夠綠色環(huán)保。利用基因技術(shù)生產(chǎn)天然活性多肽解決了這一問題。重組技術(shù)是通過將多肽的基因序列構(gòu)建到載體上，形成重組DNA表達(dá)載體，并在原核或真核細(xì)胞中進(jìn)行多肽分子表達(dá)、提取、純化。此方法適合制備大于50個(gè)氨基酸組成的目的多肽，且較易獲得。隨著基因工程生產(chǎn)多肽的技術(shù)趨于完善，加快了基因工程類多肽藥物的研制及臨床應(yīng)用的步伐。3、化學(xué)合成法（1）多肽合成的保護(hù)劑多肽由氨基酸組成，不論是生物體產(chǎn)生的天然多肽還是人工合成的多肽，都有不同氨基酸按照一定的順序以酰胺鍵連接而成。酰胺鍵則有一個(gè)氨基酸的氨基和另一個(gè)氨基酸的羧基脫去一分水形成。多肽的合成包括3個(gè)步驟：第1步，保護(hù)不參與反應(yīng)的活性部分；第2步，活化羧基為活性中間體；第3步，對(duì)保護(hù)的基團(tuán)進(jìn)行脫保護(hù)。再經(jīng)過高效液相色譜提純所要合成的多肽。（2）多肽藥物的液相合成多肽的液相合成主要在溶液中進(jìn)行，有逐步合成和片段組合兩種策略。這兩種策略往往聯(lián)合使用。先用逐步合成法合成一些短的多肽片段。再用片段組合的方法將上一步所得的多肽片段連接成目標(biāo)多肽。采用液相合成法方便快速，純度高，適用于目標(biāo)多肽較短且需要大量合成的情況。（3）多肽藥物的固相合成固相合成法是將氨基酸的N末端固定在不溶性樹脂上，然后在此樹脂上依次縮合氨基酸。固相法已成為多肽和蛋白質(zhì)合成中的一個(gè)常用技術(shù)。尤其是在合成長鏈多肽或蛋白質(zhì)時(shí)，固相合成法表現(xiàn)出了經(jīng)典液相合成法無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。七、多肽藥物的檢測方法

反相高效液相色譜法高效液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用高效分子排阻色譜法毛細(xì)管電泳八、多肽藥物的給藥系統(tǒng)1、口服給藥系統(tǒng)

口服給藥途徑方便、簡單、易于被患者所接受，但多肽類藥物的口服給藥存在以下限制：①胃腸道降解；②相對(duì)分子量大，胃腸粘膜的穿透性差；③形成多聚體；④肝臟的首過代謝作用。一般多肽藥物的口服吸收率都小于2%，生物利用度極低，使得口服給藥成為生物技術(shù)藥物難度最大的給藥途徑。目前，蛋白多肽類藥物口服制劑研究的重點(diǎn)主要集中在尋找促進(jìn)吸收、提高生物利用度方面。常采用的促進(jìn)吸收、提高生物利用度的方法如下：（1）提高吸收屏障的通透性：加入促進(jìn)吸收劑。（2）降低吸收途徑和吸收部位肽酶的活性：加入抑肽酶、桿菌酶等等。（3）分子結(jié)構(gòu)修飾：防止降解。（4）延長作用時(shí)間：如采用生物粘附技術(shù)延長給藥制劑在吸收部位的滯留。2、注射給藥系統(tǒng)九、多肽藥物的發(fā)展現(xiàn)狀

多肽藥物主要用于治療癌癥、代謝紊亂相關(guān)的重大疾病，這些疾病的藥物擁有全球非常重要的市場。目前，總的來說，全球藥物市場上有大約60～70種多肽藥物，如索馬杜林（somatuline）、copaxone、諾雷德（zoladex）、促腎上腺皮質(zhì)激素（corticotropin）和桿菌肽（bacitracin）等等，有200～300種多肽藥物在臨床試驗(yàn)中，有500～600種正在臨床前試驗(yàn)中，更多的多肽藥物在實(shí)驗(yàn)室研究階段?？梢灶A(yù)見，未來會(huì)有越來越多的多肽藥物獲FDA批準(zhǔn)進(jìn)入藥物市場。十、前景與展望

隨著現(xiàn)代技術(shù)和設(shè)備的迅速發(fā)展使得多肽生產(chǎn)成本大幅度的下降，肽藥物已進(jìn)入黃金發(fā)展階段。（1）多肽化學(xué)、重組蛋白生產(chǎn)、酶法合成、生物有機(jī)化學(xué)等多學(xué)科多領(lǐng)域可能有更多的交叉和融合，利用各自方面的優(yōu)勢來分工合作以解決上述諸多問題、提高效率和促進(jìn)大規(guī)模化生產(chǎn)。（2）生物重組技術(shù)的成熟，將更適合于大批量生產(chǎn)，尤其是有利于長鏈多肽的生產(chǎn)