化学制药中生物催化技术的优势及使用

　　摘    要：　近年来，我国化学制药领域发展速度加快，生物催化技术也应用得更加广泛，借助生物催化剂与化学合成酶催化相结合的方式，能够保证衍生物的多样性，并发现新的生理活性物质，是推动化学制药行业发展的关键。生物催化技术相比于化学合成方法更加简单有效，在保护环境方面优势也更加明显，能够为制药企业创造更大的经济效益。本文对生物催化技术进行了概述，分析了生物催化技术的优势，并以酶催化技术为例，探讨了其在化学制药中的具体应用。

　　关键词：　生物催化技术; 化学制造; 应用;

　　Abstract：　In recent years, China's chemical pharmaceutical field has developed rapidly, and the biocatalysis technology has been more widely used. With the combination of biocatalyst and chemical synthase catalysis, the persity of derivatives can be guaranteed and new physiological active substances can be found, which is the key to promote the development of chemical pharmaceutical industry. Compared with the chemical synthesis method, biocatalysis technology is more simple and effective, and has more obvious advantages in environmental protection, which can create greater economic benefits for pharmaceutical enterprises. This paper first summarizes the biocatalysis technology, then analyzes the advantages of biocatalysis technology, and finally discusses the specific application of biocatalysis technology in chemical pharmacy.

　　Keyword：　biocatalysis; chemical manufacturing; application;

　　在当前化学制药中，减少化学药物研发时间与降低成本等是亟待解决的问题，同时要保证药物更加安全有效，能够提升治疗效果。而将生物催化技术应用于化学制药中，是对传统工艺模式的一种创新，能够更好地发挥出新技术的作用，保证化学制药工艺水平的提升，真正达到实际生产要求。因此要进一步研究生物催化技术，为化学制药发展提供更先进的技术支持，这样才能与现阶段社会发展趋势相符。
 

　　1 、生物催化技术概述

　　生物催化技术在化学制药中的应用，具有容易分离与控制等优点，有利于运输与贮存，同时能够实现循环利用的目标，减少生产成本与生产时间等的投入，提升了自动化生产水平。近年来，我国经济与科学发展速度加快，生物催化技术应用也越来越广泛，能够为生态环境提供可靠保护，也在发展经济效益、改善能源来源和减少能源消耗等方面发挥着日益重要的作用[1]。此外，近年来化学制药中生物催化技术的应用日益增多，也为生物催化技术的发展奠定了良好基础。当前我国生物催化技术发展已经成熟，但是也有很多不足的地方，如生物催化剂开发的周期较长、类型较少，要求今后继续加大研究力度，发现并找出问题，及时改进与完善，为化学制药质量与水平的提升打牢基础。

　　2 、生物催化技术的优势

　　在化学制药中生物催化技术主要包括以下特点。（1）利用生物催化技术可以代替使用铑。铑作为有毒物质，很难通过吸附剂去除，并容易形成固体废物。（2）在温和环境中转氨酶也能够反应，不需要高温高压的氢化环境，且传统氢化环节需要专门定制的高压反应管道，投入较大[2]。对生物催化技术来说，仅仅考虑使用标准的反应器，并借助转氨酶省去多余的合成环节，促使总得率实现提升，在降低溶剂使用量的基础上，保证最终产品纯度更高。（3）具有安全的优点，能最大限度降低能耗，不需要投入过大的成本。特别是从产品纯度角度来说，生物催化剂在不断进化的过程中，产品纯度也能随之提升。（4）生物催化技术相比于普通化学法，在绿色环保方面更具优势，这是由于其具备高效、高选择性、条件温和、环境友好等优点，在原料、催化剂等方面更加绿色化，未来在药物绿色工艺中将发挥更大作用。

　　3 、酶催化技术在化学制药中的具体应用

　　3.1 、裂解酶在化学制药中的应用

　　对C-C、C-N、C-O等不饱和键进行加成与消除，醛缩酶、转羟乙醛酶和氧腈酶等形成C-C方面，裂解酶催化小分子选择性较强，在化学制药中逐步得到了广泛应用。通过醛缩酶催化形成醛缩反应，能够延长醛至少2～3个碳单元，这与化学醛缩反应相类似，主要在醛上加有稳定带负电的碳。以多巴胺为例，作为哺乳动物中枢神经系统的重要神经传递质，多巴胺是肾上腺素的前体，能够对急性循环系统不全、低血压等产生较好的治疗效果[3]。反应中，底物为3,4-二羟基-L-苯丙氨酸，催化剂是相应的脱羟酶，能够完成对多巴胺的合成。在偶姻反应中，化学制药领域的典型例子就是通过裂解酶合成L-黄麻素的前体，反应使用的酶为丙酮酸脱羧酶，同时需用焦磷酸硫胺素作为辅助因子。

　　3.2、 氧化酶在化学制药中的应用

　　化学制药中也常用到生物氧化反应。在生物催化技术应用中，氧化酶发挥着日益重要的作用，以丙肝病毒蛋白酶抑制剂、质子泵抑制剂埃索美拉唑等为例，均选用了氧化酶[4]。植物雌激素松脂醇适用于多种疾病的治疗，可以达到保护机体的目的，在化学制药中也得到了应用。借助青霉菌的香草醇氧化酶与细菌漆酶，并选用丁子香酚合成松脂醇，成本投入不高，优化条件下能够发展为1.6 g/L的半制备规模[5]。

　　3.3、 还原酶在化学制药中的应用

　　生物酶催化剂在羰基官能团区域选择性与立体选择性等方面可以产生较好的效果，特别是还原合成手性药物中间体环节发挥着较大的作用。当新的微生物菌株由环境进行分离后，具有较好的羰基还原活性，并涵盖各方面的生化特性，主要表现在热稳定性与对有机溶剂的耐受性上。例如，叔丁基6-氰基-（3R,5R）-二羟基己酸酯在立普妥中属于重要的手性前体，主要通过6-氰基-（5R）-羟基-3-氧代己酸叔丁酯以还原酶还原的方式形成[6]。乳酸克鲁维酵母内也可以提取出新的羰基还原酶Kl AKR，可以对6-氰基-（5R）-羟基-3-氧代己酸叔丁酯进行不对称还原。采取半理性设计方式，能够促使酶的活性得到提升，经过两轮基于同源建模和分子对接的位点饱和突变筛选，能够获得突变体Y295W/W296L，相比于野生型Kl AKR，催化效率至少提高了11.25倍。

　　3.4、 转移酶在化学制药中的应用

　　对底物分子糖基、氨基、甲基、醛基和羧基等特点基团来说，可以通过转移酶催化的方式，向其他底物分子进行转移，多种场合下供体为辅助因子，能够携带基团达到转移的目的。因此，应用转移酶时也需要使用辅酶，其中转氨酶是最为常见的转移酶，而辅酶则一般选择磷酸砒哆醛。该辅酶为维生素B6的衍生物，不仅应用于转氨基反应中，更是脱羟反应、消旋反应中非常重要的一种辅酶，反应期间先产生西夫碱，并结合酶的催化特性完成反应。转氨酶的底物特异性不高，能够迅速完成反应，在大规模合成非天然氨基酸中应用较多，能够达到手性药物生产要求[7]。以L-丝氨酸为例，作为常见的药物氨基酸，可以通过丝氨酸羟甲基转移酶对甲醛、甘氨酸的催化，从而顺利进行合成。丝氨酸羟甲基转移酶在反应中所需辅助因子包括磷酸吡哆醛（PLP）、四氢叶酸，L-丝氨酸在反应液内浓度为0.2 mmol/L，在当前化学制药中应用前景非常广阔[8]。

　　4、 结语

　　化学制药中引入生物催化技术，能够借助其高选择性、环境友好等优势，不再受到传统工艺路线的限制，达到减少生产成本的目的，能够更好地在国际竞争中立足。此外，生物催化技术在高活性工程酶、非天然氨基酸、药物中间体和原料药等生产中将发挥日益重要的作用，具有广阔的商业化应用前景，能够推动我国化学制药水平的进一步提升。

　　参考文献

　　[1]王军.浅谈化学制药中的生物催化技术的应用[J].科学技术创新,2018(29):192-193.
　　[2]梅东杰.生物催化技术在化学制药中的具体应用[J].现代经济信息,2018(12):363.
　　[3]贾爱娟,刘姚,张挺,等.基于3种载体蛋白的莱克多巴胺抗原的合成与检测[J].广东农业科学,2017,44(7):125-131.
　　[4]许开平.化学制药中的生物催化技术应用[J].生物化工,2016,2(6):67-69.
　　[5]何新荣,张玉萌,辛海莉,等.甘草、牡蛎、续断与杜仲配伍对京尼平苷酸、绿原酸和松脂醇二葡萄糖苷煎出含量的影响[J].中药材,2018,41(4):925-928.
　　[6]周迎鑫.聚(3-羟基丁酸酯-3-羟基己酸酯)/聚乳酸共混物的增容研究[J].中国塑料,2017,31(8):56-61.
　　[7]王尧.生物催化技术在化学制药中的应用研究与分析[J].化工设计通讯,2016,42(6):132-133.
　　[8]夏禹,张涛,江波.磷脂酶D的纯化及催化制备磷脂酰丝氨酸研究[J].中国油脂,2020,45(1):97-101.