酶工程技术在医药领域的应用

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摘 要
酶是生物体内物质代谢过程中参与生化反应必不可少的生物催化剂，随着人类对基因工程与细胞工程技术的不断深入，随着科学技术的发展与研究的深入，使其在生物化工多个应用领域得到了很大的发展。已经形成工业化大规模的应用领域有:乳制品工业、淀粉制糖的工业、其它食品与发酵工业。固定化酶正日益成为工业应用方面的主力军，在化工医药、轻工食品、环境保护等领域将发挥巨大作用。
关键词：酶工程；医药；应用
Abstract
Enzymes are indispensable biocatalysts to participate in biochemical reactions in the process of material metabolism in organisms.With the continuous deepening of genetic engineering and cell engineering technology, as well as the development and research of science and technology, the industrial mass production of enzymes has also made breakthrough progress, which has made great progress in many application fields of biochemical engineering. The large-scale application fields that have formed industrialization include: dairy industry, starch sugar industry, and other food and fermentation industries. Immobilized enzyme are increasingly becoming the main force in industrial applications, and will play a huge role in chemical medicine,light industrial food，environmental protection and other fields.
Key words: Enzyme engineering technology; Medicine; application
1 前言
1.1 酶的简介
1.1.1 酶的定义
酶（enzyme）是由活细胞产生的、对其底物具有高度特异性和高度催化效能的蛋白质或RNA。酶的催化作用有赖于酶分子的一级结构及空间结构的完整。若酶分子变性或亚基解聚均导致酶活性丧失。酶属生物大分子，分子质量至少在1万以上。酶是一类极为重要的生物催化剂（biocatalyst）。由于酶的作用，生物体内的化学反应在极为温和的条件下也能高效和特异地进行。
酶作为一种重要的新陈代谢因子,在促进新陈代谢、促进化学反应等方面有着重要的作用。在酶工程应用中,它主要是利用蛋白质工程技术或化学修饰方法,对酶分子进行改造,进而改变其特性。因此,本文对酶工程在现代生物化学领域的研究和应用进行了深入的探讨。酶是一种普遍存在的新陈代谢催化剂,在促进新陈代谢和促进化学反应方面发挥着重要作用[1]。
1.1.2 酶的化学本质
酶的化学本质是蛋白质（protein）或RNA（Ribonucleic Acid），因此它也具有一级、二级、三级、四级的结构。按其分子组成的不同，仅含有蛋白质的是单纯酶，结合酶则由酶蛋白与辅助因子组成的。酶有不同于一般催化剂显著的特点：酶对底物具有高度特异性，高度的催化效率，酶具有可调节性及不稳定性[2]。
酶作为一种高效生物催化剂，具有高度的特异立体选择性及区域选择性，并在常压、常温和pH值中性附近条件下具有十分高效的催化活力。目前，酶工程技术技术在医药方面的应用是当前最为关注的领域之一。
1.1.3酶在医药方面的作用
一．酶可以用来生产抗生素药剂，酶在生产激素和抗癌类药物中发挥着很重要作用。通过酶的催化反应，生产出的药物更加纯净，活性会更高，从而可以提高药效。
二．酶也广泛的用于制备生化试剂以及诊断试剂。如：血糖仪和血脂仪测量血液参数的设备都需含有葡萄糖酸化酶和胆固醇酯化酶等酶类。这些酶实现了准确、快速地测量出血液成分的能力，并有助于医生准确诊断疾病。
三．酶在疾病治疗中也有着独特的应用。如:胰岛素酶可以分解出胰岛素，用于支持糖尿病患者的治疗; 抗凝剂利用酶抑制凝血酶的生成来预防血栓的形成。
为促进医药产业更快地发展与进步,创造更多效益,更好地为医疗企业谋福利,需要积极研究和应用酶技术。研究了酶技术在医药领域中的应用,尤其是医药工业,使其更全面地理解现代生物化工中的酶技术,推动酶技术的优化和创新,拓展酶技术的应用范畴,助力医疗卫生事业更好地发展[3]。
1.2.1酶工程
酶工程（Enzyme engineering）又称蛋白质工程学，是指工业上有目的的设置一定的反应器和反应条件，利用酶的催化功能，在一定条件下催化化学反应，生产人类需要的产品或服务于其它目的的一门应用技术。
1.2.2 酶工程的原理
酶工程就是将酶或者微生物细胞，动植物细胞，细胞器等在一定的生物反应装置中，利用酶所具有的生物催化功能，借助工程手段将相应的原料转化成有用物质并应用于社会生活的一门科学技术。它包括酶制剂的制备，酶的固定化，酶的修饰与改造及酶反应器等方面内容。
重组DNA技术促进各种有医疗价值的酶的极大规模生产。用于临床的各类酶品种也逐渐在增加。酶可作为医药工程的某些组成部分而发挥医疗作用。如：在体外循环装置中，利用酶清除血液废物，防止血栓形成和体内酶控药物释放系统。酶也可作为临床体外检测试剂，可以准确、快速、灵敏地测定体内某些代谢的产物，这也将是酶在医疗上一个非常重要的应用。
1.2.3酶工程在医药领域的应用
已知能利用酶与微生物进行的转化反应有60余种，因此酶工程技术已成为改造传统制药工艺和新药开发的重要手段。
核苷酸类药物制造5-核苷酸(5'-磷酸二酯酶），ATP(氨甲酰磷酸激酶）或AMP(激酶加乙酸激酶），NAD(焦磷酸化酶),肌苷酸（腺苷脱氨酶）等。
维生素类药物制造2-酮基-L-古龙糖酸（山梨糖脱氢酶及L-山梨糖醛氧化酶或2，5-DKG还原酶)；肌醇(肌醇合成酶），CoA(CoA合成酶系)。
有机酸类药物L-苹果酸（延胡索酸酶），L(+)-酒石酸（环氧琥珀酸水解酶），乳酸(乳酸合成酶系或腈水解酶）；葡萄糖酸(葡萄糖氧化酶与过氧化氢酶），长链二羧酸（加氧酶和脱氢酶）[4]。

2 酶技术的类型分析与研
2.1酶标药物
国内外诸多学者基于药物对生物机体的复杂作用，利用酶研究、设计和开发药物，而研制的药物即酶标药物。药物的研制方法已成为当今药物研制领域的主流技术，在开发、设计新药品时展现出良好的效果。基于该方法研制的血管紧张素转换酶抑制剂，通过抑制血管中相关酶的转化作用来达到扩张血管和降压的目的[5]。
2.2酶与细胞固定化技术
酶与细胞固定化技术主要采取物理或化学手段将酶或 动植物细胞固定于膜状、颗粒样或管样等载体之上，使其在限定空间内保持活性并被反复利用。酶固定化主要要求如：酶与载体能结合且稳定不脱落，保持酶的活性不降低，固化情况不影响底物和酶分子的接触[6]。
3酶工程技术在制药业领域的应用
3.1酶工程
酶工程是应用相关生物反应器，充分利用酶的催化作用，再结合一些传统药物生产手段，研制和生产人们所需药品的应用技术。酶工程源于诸多酶学理论与生物化工的深度结合，直接将酶技术应用于药品生产中，包括各种酶的固定化技术、修饰技术[7]。
3.2细胞工程
酶作为催化物质，在细胞工程中扮演着重要角色，如单克隆抗体技术这一细胞工程在制药工业中发挥着重要的作用，其原理是将两种不同性质的细胞相结合，生产出具备两种原细胞性质的新细胞。该技术在肿瘤诊治等应用中已展现出良好的效果，在多种肿瘤治疗中已有广泛应用[8]。
4 结论与展望
酶技术在医药领域的重要作用已深受各国重视，但国内医药领域对酶技术的应用尚不成熟，在实际应用中常存在科学性不足、创造性不足等问题，在新药品的研制中对酶技术的应用力度不足，或者因对规模化生产的相关条件的不够，导致酶技术和药品生产工程无法应用于大规模生产。
4.1 主要结论
酶工程技术在当今的生物化学领域得到了广泛的应用，一方面是由于其技术的不断改进，另一方面是由于工业工人们的长期不懈的努力。充分利用酶工程 的优势，将会给许多工业带来新的生机。除行业本身的努力外，政府有关部门还应积极发挥自己的作用，不断完善有关的管理体系，为国酶工程的发展创造有利的外部条件，为我国的经济和社会发展创造新的机会.在医药领域，酶技术在制药、病毒检测、临床治疗等工作中发挥着重要作用，在新型冠状病毒肺炎检测工作中的应用、在心血管和肿瘤等疑难病症的治疗与药物研制等过程中的应用，对医药工业的发展和医疗卫生服务水平的提升具有重大的意义。
4.2 研究展望
酶是一种新型的生物催化剂，在很多工业领域都有广泛的应用，但也存在着很多问题，如酶的种类比较单一，酶的技术还不够成熟，酶的产品精度也不高，有些产品还只是粗制滥造的，需慢慢展来解决。目前我们所用的所有酵素，都是依靠天然的酵素来供应，而在石油和其他的有机化学行业，大部分仍是由无机的，要想让更多的人来制造出最适合人体需要的酵素，就必须进行更多的研究。为进一步发挥酶技术在制药等领域的催化、修饰等作用，相关人员需要积极探索相关激素，提升酶的固定化等技术的实用效果并拓展应用范畴，多角度尝试应用酶技术，使其在医药领域发挥价值。



参考文献
[1] 冯作化 药立波．生物化学与分子生物学 第3版．北京：人民卫生出版社，2019年：98
[2] 王维坤.现代生物化工中酶工程技术研究及应用[J].中文科技期刊数据库(全文版)自然科学,2022(5):0090-0093.
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[4] 李盼盼.现代生物化工中酶工程技术研究与应用[J].云南化工,2021,48(3):97-98.
[5] 王爱霞，王秀文，秦加阳，等.聚赖氨酸的生物合成及其在医药领 域的应用[J].滨州医学院学报，2020（3）：216-221
[6] 宋庆梅.现代生物化学中酶工程技术研究与应用[J].山东工业技术,2019,0(18):243-243.
[7] 王林芳.现代生物技术中酶工程技术的研究与应用 [J].生物化工,2020,6(1)
[8] 王艳宝.酶工程在医药中的应用[J].天津化工，2021（6）：10-14

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