基于化學(xué)制藥中的生物催化技術(shù)的應(yīng)用

趙剛剛

摘要：目前，生物技術(shù)發(fā)展迅速，各學(xué)科與生物的結(jié)合也越來(lái)越緊密。其中，生物催化技術(shù)在化學(xué)制藥中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，促進(jìn)了化學(xué)制藥行業(yè)的發(fā)展。本文對(duì)生物催化進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并對(duì)生物催化技術(shù)在化學(xué)制藥的應(yīng)用進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：生物催化；化學(xué)制藥；應(yīng)用

1生物催化技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1生物催化的含義

經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（OECD）指出，生物催化技術(shù)是一項(xiàng)最有利于可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)[1]。生物催化通常指利用酶或者生物有機(jī)體（細(xì)胞、細(xì)胞器、組織等）作為催化劑進(jìn)行化學(xué)轉(zhuǎn)化的過(guò)程。微生物是生物催化中常用的有機(jī)體，利用微生物胞內(nèi)的酶或者代謝途徑進(jìn)行反應(yīng)，將前體物催化反應(yīng)生成相應(yīng)的產(chǎn)物。

在化學(xué)制藥中，生物催化技術(shù)主要是涉及生物方面和化學(xué)方面。通過(guò)在醫(yī)藥和化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域合理應(yīng)用微生物或酶，可以有效促進(jìn)生物轉(zhuǎn)化。同時(shí)，由于生物催化劑可以通過(guò)反應(yīng)促進(jìn)分子重組，從而可以提供不同類型（比如手型不同）的產(chǎn)品，促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)品的豐富性和多樣性。產(chǎn)物的多樣化對(duì)產(chǎn)品的各種新特性的開(kāi)發(fā)起著有利的作用。

1.2生物催化技術(shù)的優(yōu)越性

生物催化技術(shù)除了反應(yīng)條件比較溫和，適應(yīng)范圍比較廣之外，在化學(xué)制藥方面還有更有有利的方面，見(jiàn)下表1。

1.3生物催化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

1.3.1發(fā)展現(xiàn)狀

歷經(jīng)十幾年的發(fā)展，生物催化技術(shù)已經(jīng)取得了一定的成就。采用環(huán)境友好型的生物催化劑催化生產(chǎn)化學(xué)新藥物不斷發(fā)展，已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的化工方法。

因?yàn)樯锎呋峭ㄟ^(guò)研究生物學(xué)產(chǎn)生的。最初，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，任何有機(jī)生物體中只有物質(zhì)酶可以催化生物體之間的化學(xué)反應(yīng)，并且它不可能自行改變，其催化反應(yīng)的條件不是很嚴(yán)格。那時(shí)，藥物的生產(chǎn)完全依賴于化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的條件相對(duì)嚴(yán)格，所得物體相對(duì)單一。因此，資源投入也比較大。此時(shí)，由于某些生物細(xì)胞可以在某些條件下用作生物化學(xué)轉(zhuǎn)化的觀點(diǎn)，這使得生物催化技術(shù)出現(xiàn)在許多化學(xué)工業(yè)中。隨著蛋白質(zhì)工程技術(shù)的發(fā)展，生物催化技術(shù)的選擇范圍越來(lái)越廣，生物催化技術(shù)在化學(xué)和醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用正在逐步擴(kuò)大。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，專家對(duì)生物催化的不斷研究使得生物催化反應(yīng)的條件更加溫和，反應(yīng)的底物具有更廣泛的選擇范圍。因此，在很大程度上，化學(xué)制藥工業(yè)的發(fā)展很大程度上依賴于生物催化劑的發(fā)展。

1.3.2發(fā)展趨勢(shì)

生物催化劑在工業(yè)上特別是化學(xué)制藥行業(yè)的發(fā)展有四個(gè)明顯的趨勢(shì)[2]，分別是（1）與基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)相結(jié)合，開(kāi)發(fā)出更多蛋白酶產(chǎn)品。（2）發(fā)展定向進(jìn)化技術(shù)，在分子水平上對(duì)生物催化劑進(jìn)行改造。（3）開(kāi)發(fā)“細(xì)胞工廠”。（4）使其向綠色、環(huán)保、可持續(xù)方面發(fā)展。

2生物催化技術(shù)在化學(xué)制藥中的應(yīng)用

2.1生物催化劑與小分子藥物

近年來(lái)，在我國(guó)許多從事化學(xué)研究領(lǐng)域的人，對(duì)微生物和酶的反應(yīng)過(guò)程有著濃厚的興趣，與此同時(shí)，越來(lái)越多從事微生物和酶研究的人也對(duì)如何應(yīng)用于有機(jī)合成感興趣，這使得生物催化技術(shù)成為一項(xiàng)發(fā)展迅速、重要熱門的研究之一。通過(guò)無(wú)數(shù)研究人員的研究發(fā)現(xiàn)，許多活性小肽在體內(nèi)以大分子的形式存在，然后通過(guò)它們的降解和分泌來(lái)發(fā)揮其功能。一些天然蛋白質(zhì)分子量比較大，但它們的活性位點(diǎn)非常小，也就是通過(guò)一系列小肽來(lái)表達(dá)它們的活性。另外，蛋白質(zhì)水解可作為改善蛋白質(zhì)底物的物理化學(xué)性質(zhì)和功能特征的重要手段，因?yàn)槠浠钚噪目梢灾委熢S多疾病，如高血壓，糖尿病，艾滋病等，所以它已廣泛用于化學(xué)制藥行業(yè)。在傳統(tǒng)的化學(xué)制藥領(lǐng)域，生物催化技術(shù)一直是生化藥物的主要組成部分，通過(guò)微生物或酶水解的方法，可以降解原料蛋白的前體，然后降解后可以分離蛋白水解物，肝臟水解物等活性片段。因?yàn)樗猱a(chǎn)物含有多種活性肽、游離氨基酸和其他小分子有效物質(zhì)，對(duì)許多疾病的治療都是有效的。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，研究人員研究了如何將酶水解過(guò)程與目前新的分離和檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合，特別是在親和層析的基礎(chǔ)上使用的各種方法和儀器。所以，生物催化技術(shù)在化學(xué)制藥行業(yè)中發(fā)揮的作用越來(lái)越大，對(duì)促進(jìn)化學(xué)制藥行業(yè)的發(fā)展及新藥物的研制起著關(guān)鍵性作用[3]。

2.2生物催化劑與綠色化學(xué)制藥

使用生物酶作為催化劑的反應(yīng)不僅可以省去高壓氫化和金屬催化劑等一系列過(guò)程，而不需要在后期進(jìn)行分離純化。最重要的是生物催化反應(yīng)可以提高速率和生產(chǎn)率，提高設(shè)備的工作能力和原料的利用率，大大減少?gòu)U物的產(chǎn)生?？梢钥闯觯诨瘜W(xué)藥物生產(chǎn)中使用酶或者微生物作為生物催化可以有益于其他藥物的合成。還有許多生物催化技術(shù)已廣泛應(yīng)用于手性藥物和農(nóng)藥等精細(xì)化學(xué)品的生產(chǎn)過(guò)程中，并呈現(xiàn)出快速的發(fā)展趨勢(shì)。隨著制藥行業(yè)對(duì)手性化合物的需求日益增加，環(huán)保意識(shí)日益提高，生物催化作為綠色手性技術(shù)，現(xiàn)已成為化學(xué)制藥工藝研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)之一。例如，人們過(guò)去認(rèn)為生物催化只能在室溫下在水溶液中進(jìn)行。但自從Klibanow在20世紀(jì)80年代早期發(fā)現(xiàn)酶可以催化有機(jī)溶劑中的有機(jī)反應(yīng)以來(lái)，已經(jīng)形成了一個(gè)新的研究領(lǐng)域：酶在非水介質(zhì)中的催化反應(yīng)，它廣泛用于現(xiàn)代醫(yī)藥和精細(xì)化學(xué)品的生產(chǎn)。

3生物催化技術(shù)在化學(xué)制藥中的應(yīng)用前景

科技是第一生產(chǎn)力，科技進(jìn)步的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)人類的繁榮與發(fā)展。生物催化技術(shù)作為新興的科學(xué)技術(shù)之一也是如此，通過(guò)將天然領(lǐng)域廣泛存在的各種生物催化過(guò)程整合到工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，可以充分發(fā)揮生物催化技術(shù)的作用和功能。實(shí)質(zhì)上，生物催化不僅取決于我們是否能找到一系列可與反應(yīng)物的有機(jī)配合物結(jié)合的生物催化酶，還取決于化學(xué)合成中的生物催化過(guò)程。然而，與其他化學(xué)工業(yè)相比，化學(xué)制藥對(duì)人類的生活健康有著直接的關(guān)系，另外，化學(xué)制藥工業(yè)規(guī)模相對(duì)較小，純度要求也較高，難以依賴其他工藝生產(chǎn)。因此，生物催化技術(shù)的第一個(gè)目標(biāo)是在化學(xué)藥劑學(xué)中的應(yīng)用[4]。因此，生物催化技術(shù)不僅在化學(xué)藥劑學(xué)領(lǐng)域具有巨大的發(fā)展空間，而且具有廣闊的應(yīng)用前景。

總之，生物催化技術(shù)已成功應(yīng)用于現(xiàn)代化學(xué)藥物的生產(chǎn)和研制，成為新時(shí)代化學(xué)藥物的主要組成部分。并且，生物催化技術(shù)在化學(xué)藥物中的應(yīng)用將成為未來(lái)藥物開(kāi)發(fā)研制的主流。此外，提高資源利用率，減少環(huán)境污染，建設(shè)環(huán)境友好型國(guó)家是每個(gè)國(guó)家面臨的問(wèn)題。生物催化技術(shù)的研究和應(yīng)用不僅為研究提供了重要的解決方案，而且為化學(xué)制藥工業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了新的生機(jī)和活力。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：諾維信（中國(guó)）生物技術(shù)有限公司）