浅析生物催化技术在化学制药中的应用

浅析生物催化技术在化学制药中的应用

郭丰伟

身份证号码：142301198004084515

摘要   随着我国生物技术的发展，许多生物催化技术逐渐成熟并进入市场，在化学制药中也得到了广泛的应用。这种高科技技术能够助力化学制药的发展，同时在不影响企业经济效益的情况下为环境保护做出突出贡献，这是一项值得全力推广的技术。基于此，本文对生物催化技术在化学制药中的应用进行了深入分析。

关键词   生物催化技术；化学制药；应用

引言

在我国经济发展的主要领域中，生物技术占有很大比重，其中生物催化技术占比最大，并已广泛应用于化学制药。化工医药领域的发展应当需要依靠生物催化技术不断前行。同时，生物和化学两个学科充分融合，促进两个领域的技术交流和融合，能够取得良好的效果。

一、生物催化技术概述

我国的生物催化技术是当代高科技技术。虽然起步晚于西方发达国家，但在中国的发展速度非常快。酶或生物有机体的催化作用得到了充分发挥。因此，生物催化有一个更通俗易懂的名称，就是生物转化。就生物催化技术的应用优势而言，不仅操作简单方便，而且对运输和储存条件的要求不高，能够非常方便日常运输和储存。在生物催化技术的创新应用方面，未来还有很长的路要走。这项技术还有很大的改进空间。要适应未来自动化、智能化的生产方式，继续发挥生物催化技术的优势。

在我国生物催化技术应用中，为提高综合收入，促进经济发展，既要节约资源成本，又要做好环境保护工作。当然，也要注意，虽然我国生物催化技术的发展比较成熟，但是很多技术还有待解决的难点。要全力发展技术，借助科技人才不断优化升级技术，让技术更好地服务于实践，让技术不断适应生产领域的要求，在生产领域获得更大的技术空间。化学药剂学。显然，在生产方面，生物催化技术具备其他技术不具备的优势。首先是生物催化技术能够借助酶的特性，这是其他技术的具体操作所不具备的。酶只能催化单一底物做到化学反应，不可能用酶催化多种底物。这种酶对底物反应的特殊优势能够充分保证生物催化技术在实践中的可操作性和选择性。特别是生物制药行业，能够做到精细化生产，充分保证生物催化技术的专一性优势。其次，生物催化具备生产效率高的特点。在生化反应中，首先给反应物一定的能量，逐步形成活化方式，然后借助化学技术手段降低反应活化，能够进一步提升反应速度。在生化反应中，通过采用催化技术能够进一步降低酶反应的活化，在原有的基础上更进一步提高催化反应的发生率，从而进一步提高生产效率。最后，生物催化技术对环境要求不高。传统的生化技术对环境条件要求非常严格，从而致使具体实际操作成本高。但是，鉴于生物催化技术选用酶被认为是催化剂，酶本身对环境条件的要求相对较低，能够满足各种环境下的生物催化要求，在实践中能够非常容易操作。生物催化剂的来源是有机体，酶所处的环境相对中性，能够保持酶的高活性。在避免催化剂在特定应用中失效方面，周围环境条件对催化酶的干扰不大，生物催化的反应和效果容易保证和实现。

二、生物催化技术在化学制药中的具体应用

1、裂解酶在化学制药中的应用

不饱和键如C-C、C-N、C-O的加成和消除，以及醛缩酶、转乙醛酶和醇腈酶等形成C-C。裂解酶对小分子具有很强的选择性，逐渐被广泛应用于化学制药中。醛可以通过醛缩酶催化延伸至少2~3个碳单元，类似于化学醛缩酶，主要是在醛上增加稳定的带负电荷的碳。以多巴胺为例，作为哺乳动物中枢神经系统的重要神经递质，多巴胺是肾上腺素的前体，对急性循环功能不全和低血压能产生良好的治疗作用。反应中底物为3，4-二羟基-L-苯丙氨酸，催化剂为相应的脱羟基酶，可完成多巴胺的合成。化学制药领域的典型例子是通过裂解酶合成L-黄麻的前体。反应中使用的酶是丙酮酸脱羧酶，硫胺素焦磷酸作为辅助因子。

2、氧化酶在化学制药中的应用

生物氧化反应也常用于化学制药。在生物催化技术的应用中，氧化酶发挥着越来越重要的作用。以丙型肝炎病毒蛋白酶抑制剂和质子泵抑制剂埃索美拉唑为例，选用氧化酶。植物雌激素松油醇适用于多种疾病的治疗，能达到保护机体的目的，在化学制药中也得到了应用。在青霉菌香草醛氧化酶的帮助下。并选用细菌漆酶和丁香酚合成松油醇，成本不高，在优化条件下可发展到1.6g/L半制备规模。

3、还原酶在化学制药中的应用

酶在羰基官能团的区域选择性和立体选择性，特别是在手性药物中间体的还原合成中能产生良好的效果。当从环境中分离出新的微生物菌株时，具有良好的羰基还原活性，并且覆盖了生化特性的各个方面，主要表现在热稳定性和对有机溶剂的耐受性方面。例如，6-氰基-(3R，5R)-二羟基己酸叔丁酯是立普妥中重要的手性前体，主要由6-氰基-(5R)-羟基-3-氧代己酸叔丁酯通过还原酶还原形成。Klakr是一种新的羰基还原酶，也可以从KlAKR中提取，KlAKR可以不对称还原6-氰基-(5R)-羟基-3-氧代己酸叔丁酯。半理性设计可以促进酶的活性。经过基于同源建模和分子对接的两轮位点饱和突变筛选，可获得突变体Y295W/W296L，催化效率比野生型KlAKR至少高11.25倍。

4、转移酶在化学制药中的应用

对于底物分子的糖基、氨基、甲基、醛基、羧基等特征基团，可以通过转移酶催化的方式转移到其他底物分子上。很多时候供体是辅助因素，可以携带群体达到转移的目的。所以转移酶的应用也需要使用辅酶，其中转氨酶是最常见的转移酶，而辅酶一般选择磷酸吡哆醛。辅酶是维生素B6的衍生物，不仅用于转氨反应，还用于脱羟基反应和消化，产生非常重要的辅酶，反应过程中首先产生席夫碱，结合酶的催化特性完成反应。转氨酶的底物特异性不高，能快速完成反应，广泛应用于非天然氨基酸的大规模合成，能满足手性药物生产的要求。以L-丝氨酸为例，作为一种常见的药用氨基酸，可以用丝氨酸羟甲基转移酶催化甲醛和甘氨酸成功合成。羟甲基转移酶在反应中所需的辅助因子包括磷酸吡哆醛(PLP)和四氢叶酸，反应液中L-丝氨酸的浓度为0.2mmol/L，在当前化学制药中具有非常广阔的应用前景。

结语

综上所述，生物催化技术是一门当代技术，普遍作用于化学制药领域，并在应用成果方面取得了许多实际成果。化学制药相关企业应当需要结合自身实际情况，做好生物催化技术的合理应用，掌握生物催化技术的核心理念，确保化学制药的生产效率。在保质量的同时，做好环保工作。希望能给相关专业人士在相关领域予以一定的借鉴作用，同时促进我国未来生物制药与化学制药的融合，提高人民生活质量。

参考文献

[1]王胜君.生物催化技术在化学制药行业中的应用[J].化学制药技术，2020（4）：89.

[2]张太言.化学制药中生物催化技术应用分析[J].科技创新，2021（5）：180.

[3]杨林,陈志,姜水琴,魏东芝.酶及其生物催化技术的研究与应用[J].生物产业技术,2019(03):25-35.