氨基酸的生产方法及其在医药方面的应用近二十余年由于对氨基酸进行了多方面的深入研究,使氨基酸的生产和应用得到了迅速发展。

随着有机合成工业和发酵工业的不断发展,氨基酸的大量供应才有可能。

目前氨基酸的应用面已越来越广,除医药、兽药外,也用于食品工业、家畜饲料及农药等方面。

在医药上除许多个别氨基酸有重要治疗作用外,氨基酸的方制剂也有很大发展。

因此氨基酸已成为生化药物的重要分支。

一、有关氨基酸的基本知识(一)蛋白质的组成:蛋白质是由几十、几百或几千个氨基酸分子组成的高分子化合物。

但就氨基酸种类而言,主要有二十余种(见表1)。

这二十余种氨基酸在结构上有一个共同点,就是氨基都结合在与竣基相邻的a一碳原子上,故称为a一氨基酸。

除一甘氨酸外,所有氨基酸分子中的d一碳原子都是不对称的,因此有D 型和L型两种光学异构体,而组成天然蛋白质的氨基酸都属于L型。

(二)必需氨基酸:表1所列氨基酸对合成人体蛋白质都是不可缺少的,但通过人及动物的营养学研究发现当食物中缺乏某几种氨基酸时,人或动物就无法维持氮平衡,而缺乏另一些氨基酸时,对氮平衡没有影响。

前一类氨基酸称为“必需氨基酸”,后一类称为“非必需氨基酸”。

对人体来说,有八种必需氨基酸(见表2)。

必需氨基酸可在人体内合成,不一定要由食物摄取;必需氨基酸因在体内不能合成,一定要靠外界供应。

(三)氨基酸的配比食物中的蛋白质消化成氨基酸被吸收入体内后,并不能全部用于合成组织蛋自质,这是因为食物蛋白质所含的氨基酸,从种类、含量和比例方而与组织蛋旦质都有一定差别,因此总有一部分氦基酸不能用于合成组织蛋白质，最后在体内被分解。

这说明不同的食物蛋白质有不同的利用率,利用率越高的蛋白质,对人休的营养价值就越高。

一般说来,动物蛋白质所含的必需氨基酸,从组成和比例方面都较合乎人体的需要。

飞957年FAO(FoodandAgrieultureorgani- gatoin—联合国粮农组织)根据Rose等人多年的研究成果为基础,制订了必需氨基酸的配比暂定标准(见表二、氨基酸的生产概况自1820年由蛋白质的水解液中最早发现甘氨酸与亮{氨酸以来,已经过了150余年,在这漫长的时间卫,科学家们对氨基酸的分离提取与化学合成,均作了大量的研究工作。

但在最近二十余年来,由于有机合成工业和发酵工业的迅速发展,实现了工业规模的大量生产各种氨基酸。

(一)蛋白质水解法:氨基酸最早是用天然蛋自质如酪蛋白、家畜血纤维蛋白、毛发、大豆蛋白、谷蛋白等经酸或酶水解、分禽、精制而得。

例如,由面粉蛋白(面筋)提取谷氨酸、由毛发生产胧氨酸、精氨酸()t;由酪蛋白生产赖氨酸,由血粉生产组氨酸内等,都是已知的例子。

水解法的优点是提得的氨基酸都是L型的,对设备和技术要求较低,投资少,容易土法上马。

对某些氨基酸含量高而无食用价值的蛋白质(如毛发、蹄角、韧带等),用来生产氨基酸仍是可取的。

随着离子交换技术的应用,使氨基酸的分离提取更为容易,生产的品种和数量均不断增加。

如国内有的单位已从猪毛水解液中提得含量较高的胧氨酸、精氨酸、谷氨酸、酪氨酸及亮氨酸等五种氨基酸,并由胧氨酸用电解还原试制成半胧氨酸()s。

尽管有些氨基酸如胧氨酸、组氨酸、酪氨酸等仍主用本法生产,但由于分离提取工艺复杂、产量低、成本高等,在国外大多数氨塞酸的生产已逐步被化学合成法与微生物发酵法所取代(见表5)。

〔二)化学合成法:氨基酸的化学合成在本世纪前即已开始。

例如,1882年Errennleyor等人用苯乙醛为开始原料合成了苯丙氨酸(e),1902年Fi-s。

her 等合成了赖氨酸(,),2907年Ehrlie五合成T异亮氨酸,1928年Barger等人合成了蛋氨酸等等。

现在各种氨基酸都可用合成法制取,工业上大量合成的品种已有甘氨酸、蛋氨酸、精氨酸、苯丙氮酸、苏氨酸、色氨酸、绷氨酸、丙氨酸、天门冬氮酸、亮氨酸、丝氨酸及谷氛酸等(见表5)。

随着廉价化工原料的大量供应及有机合成技术的不断革新,合成法生产氨基酸已占有极其重要的地位。

如前所述,除甘氮酸外,其他氮基敌分子中均含有一个(少数含两个)不对称碳原子,故由合成法制得的产品都是消旋体(勺L型),还要用适当的方法进行拆分,以获得L一氨基酸。

拆分的难易对成本影响很大。

消旋体的拆分有下述三种方法:1、物理化学方法包括分别结晶法,晶体接种法,置换晶析法,层析法,静电法等。

其中多数方法尚处于实验室规模的小量制备或研究阶段,唯晶体接种法已用于某些氨基酸的拆分。

例如,在DL一谷氨酸的过饱和溶液中,投入少许L一谷氨酸结晶,L一型体则不断成长,滤取后,母液中的D-型体使之消旋化后,再反复上述操作,达到拆分的目的(”)。

工业上为了大量生产已发明了几种连续拆分装置。

日人千烟等发现DL一丙氨酸(0)及DL一丝氨酸(0)l的芳香族磺酸盐可利用接种法进行拆分。

到目前为止,接种法拆分尚有许多理论问题未解决,仍凭经验操作,故无普遍规律可循。

某些氨基酸的消旋体可利用溶解度的不同进行分离。

例如,含有两个不对称碳原子的异亮氨酸,用合成法制得的产品是下列四种异构体的棍合物:首先是利用DL一异亮氨酸与DL一别异亮氦酸在各种溶煤中的溶解度不同将它们分离,DL一异亮氨酸再用适当的方法拆分,以获得L一异亮氦酸。

2、化学方法是将DL一抓基酸或其衍生物与光学活性的拆分试剂结合成盐,由于D一型体与L一型体所成的盐已不再是光学对掌体,可利用溶解度的不同加以分离,然后再将L一型体的盐用酸水解得L一氨基酸。

中性氨基酸(一氨基一梭基酸)直接与拆分试剂难以成盐,须先使之成为显酸性或碱性衍生物后,再与拆分试剂的碱或酸成盐。

例如,DL一异亮氨酸的N一甲酞化物显酸性,与左旋的马钱子碱(L-Brucine)成盐后,利用在各种溶煤中的溶解度不同,将N一甲酞一L一异亮氨酸一1一马钱子碱盐与N一甲酞一D一异亮氨酸一1马钱子碱盐分离,前者再用酸处理得L一异亮氨酸(”)。

酸性氨基酸可了1.接与拆分试剂的碱成盐,如DL 一谷氨酸与L一2一氮基丁醇结合成盐。

而碱性氨基酸可与光学活性的酸成盐,如DL一组氮酸、DL一赖氨酸可与d一酒石酸结合成盐。

此外,利用酸性氨基酸的消旋体与光学活性的碱性氨基酸成盐进行拆分的例子也不少(`2)。

上述方法能否普遍用于工业生产上,除考虑操作上繁简外,重要的是能提供大量廉价的拆分试齐Jl。

3、酶法(’3》是利用酶的高度特异性使DL一氨基酸拆分的方法。

根据酶反应的方式,又可分下述两类方法。

(1)DL一氨基酸与酚基(如乙酸基、苯甲酸基、丙酞基、异丁酞基等)生成的衍生物与苯胺或苯阱棍合,在酶的作用下仅L一型体与后者产生难溶性衍生物,而与母液中溶存的D一型体分离。

若以通式表示反应过程如下.用于①水解的酶源多为胰腺提取物(含胰酶),用子②③水解的酶源多由猪肾或细菌等提取。

对酶法拆分消旋体的研究工作自本世纪初既已开始,1950年以后的研究则更为广泛深入,1969年以来,日本创造了利用固相酶拆分的新技术,使拆分工艺实现连续化,提高了生产率,生产成本大为降低,从而促进了用合成法生产L一氨基酸的迅速发展。

(三)微生物发酵法随着发酵工业的不断发展,二十多年来用发酵法生产氨基酸已获得很大成就。

1957年日本两个研究所首先从糖质直接发酵生产L一谷氨酸成功以后,带动了其它氨基酸发酵法的研究。

目前大多数氨基酸均可用发酵法生产(见表5)。

注:表5内容是根据国内外资料综合的各种氨基酸近年来已用于大量生产(十十)或用于工业生产(十)的方法,仅供参考。

随着对某些氦基酸的大量需要及各国生产技术的不断发展,生产方法年年会有所变化。

发酵的优点是所产生的氨基酸都是L型的,这不但简化了水解法中多种氨基酸的繁琐的分离操作,且省掉了合成法中消旋体的拆分工艺。

故发酵法随着优良菌株的筛选、生产工艺的不断革新,以及廉价发酵原料的大量供应,必将获得更大的发展。

国内对发酵法生产氨基酸已作了很多研究工作,取得了可喜成果。

中国科学院微生物研究所经过长期的研究,找到两株分别产生L一赖氨酸与L一异亮氨酸的菌株,并已用于工业生产(`“)。

世界氨基酸主要生产和输出国—日本,在五十年代氨基酸的生产基本上还是小量的,1960年年产不过二、三千吨,到1972年超过二十万吨(`“)。

而从生产厂的情况来看,日本的森下制药公司能生产10种氨基酸(包括八种必需氨基酸),田边制药公司能生产七种,而合成DL一蛋氨酸的厂有16个(`7)。

八种必需氨基酸均收载于第九改正日本药局方,且随着生产的发展,药局方删除了DL一蛋氨酸(’“)。

三、氨基酸在医药上的应用氨基酸在医药上的应用,大致可分四个方面:(1)以八种必需氨基酸为主的复方氨基酸制剂的研究与应用,复方氨基酸注射液则占有显要地位。

(2)多种单一氨基酸的生理活性的研究和应用,如用治肝昏迷的谷氨酸钠注射液、盐酸精氨酸注射液,用于防治脂肪肝的蛋氨酸等,都是已知的例子。

(3)具有生理活性的氨基酸衍生物的研究和应用,如由酪氨酸合成的左旋多巴(L一DoPa)用于治疗震颤麻痹,N一乙酞一L一半胧氦酸有溶解痰液的作用等等。

(理)由氮基酸生产多眯药物的研究和应用,如合成催产素、胰岛素或其他类似化合物, 后者可成为发展新药的一个途径。

(一)水解蛋白注射液:蛋白质受酸或酶的作用,分子中的防键则逐渐水解产生许多中间产物,如膘、脉、小分子肚等,最后生成各种氨基酸。

膘的分子不如蛋白质分子复杂,陈的分子比膘还简单,小分子肚则为更简单的水解产物(包括二防、三眺、四月太等)。

医疗上用作营养注射液的水解蛋白,就是多种氨基酸和少量小分子肤的棍合物。

制备水解蛋白是将猪或牛血纤维蛋白(sl)、酪蛋白(20)、卵蛋白或脱脂大豆蛋白(2’)等经酸或酶水解而得。

因所用蛋白质的种类和制备工艺不同,产品所含氨基酸的组成是有差异的。

水解蛋白中精氨酸及谷氨酸的含量较高时,静脉注射时易出现副作用。

水解蛋白注射液的处方,可分下列四种:1、含水解蛋白5%,规格有20ml、100ml、5OOml,静注或静滴一日1、数次,一次20、500ml。

2、含水解蛋白和葡萄糖各5%,国内产品均用此处方,总氮含量为。

.6、0.8%,氨基酸含量不低于总氮量的5。

%,色氨酸含量为30、80口g/100ml。

PHS.0、7.0,规格多为500ml。

3、含水解蛋白5%,乳酸钠0.2%,氯化钠0.2%,氯化钾0.03%,氯化钙。

.01%。

规格有20ml,iooml,PH7.o。

静脉注射,一日1、3钦,一次20、zooml。

水解蛋白注射液的适应症同复方氨基酸注射液。

(二)复方氨基酸注射液:将纯的氨基酸结晶按接近人体蛋白质的组成配制的复方氨基酸注射液,较水解蛋白注射液的质量高,稳定性好,又因处方内容有许多改进,更适应临床的需要。

日本生产复方氨基酸注射液的药厂1974年已达十二家之多,按处方统计的品种达40余种。