生物催化技術在制藥工業中的應用

樊云苓

天津紅日藥業股份有限公司 天津 301700

生物催化技術是一種通過酶或生物有機體的催化作用加速生物轉化速度的技術，也被稱為生物轉換技術。隨著科學技術的不斷發展和創新，生物催化技術的應用越來越廣泛，為企業提供了顯著的經濟效益，同時也有助于環境保護。因此，為了更好地創新生物催化技術，探索化學制藥中的生物催化技術具有重要意義。

1 生物催化技術

1.1 生物催化技術簡述

在當前生物催化技術實際應用中，微生物屬于十分普遍的一種催化劑，由于微生物種類比較多，且含有多種不同種類酶，通常情況下將其在生物轉化反應中進行應用，同時微生物具備較強適應性，大部分情況在反應比較困難的個別化學制藥生產中進行應用。另外，由于微生物結構組合較簡單，在制作準備穩定性較差化合物過程中，往往將微生物作為首選。在化合物制備過程中，對于生物催化技術而言，其作用主要包括以下幾個方面優點：首先，在化合物發生反應中，生物催化技術的應用可使產物范圍擴大；其次，生物催化技術的應用，可使反應速度加快，在實際反應中不必對其進行保護，只需簡單操作便能夠使生物反應完成；第三，在化學制藥生產中，可更快實現立體及區域選擇范圍；第四，生物反應技術具有無公害特點，不污染環境，有利于環境保護。

1.2 生物催化技術發展進程

在當前制藥工程中，生物催化技術雖然得到越來越廣泛的應用，然而就整體而言，我國在生物催化技術方面的研究開始比較晚，發展速度比較緩慢，目前仍屬于起步階段[1]。在生物催化技術起初研究階段，大多數研究人員僅發展生物體內酶能夠促進化學反應，并且在反應實際進行中酶自身結構并不會有變化出現，同時可加快化學反應速度，使反應條件降低。在當時情況下，大多數藥物生產利用化學合成方式進行，在實際生產中所得到產物比較單一，并且對于化學反應條件也具有較嚴格要求，隨著研究不斷深入，研究人員意識到均可利用生物細胞催化化學合成反應，從而使生物催化技術得以出現及發展。

1.3 生物催化技術的特點

具有底物專一性。催化環節中的酶存在專一性的特征，也就是一種酶只能對一種特性底物產生催化作用。生物催化技術的主要特征之一就是具有高度的選擇性。其在手性化合物等精細化學品的生產過程中能在一定程度上確保生成物的專一性，從而使生物催化技術在合成手性活性藥物成分時充分發揮獨特性的優勢。第二，反應速度快。要想發生化學反應，必須使反應物分子獲得能量，處于激發態，而催化劑可以有效降低活化能以實現快速反應。對比無機催化劑，生物酶具有更顯著的降低反應活化能的能力，所以具有更好的催化效率、更快的反應速率。大量實踐證明，酶的催化效率超過無機催化劑1000倍左右。第三，反應條件溫和。酶通常在水、中性、常溫等環境中發生作用，由于酶是從生物體中提取出來的，因此，它在溫和條件下的活性最高，與無機催化劑相比，不需要高溫高壓環境，對設備要求低。第四，酶具有固定化特點，可實現催化劑的反復循環利用。一般情況下，酶的固定化是利用化學、物理手段把水溶性酶固定在固體材料上，保持其獨特的催化活性，且能回收重復利用的技術。第五，生物催化劑在環境內能被完全降解。通常來說，生物催化階段污染少，甚至沒有污染且能耗少，屬于環境友好型合成手段[2]。生物催化能在一定程度上提升生產水平、降低成本，提高綜合效益，還能有效解決傳統制藥過程中無法消除的問題，有效促進醫藥行業可持續發展。

2 應用路徑

2.1 阿伐他汀

生物催化技術之一就是阿伐他汀的應用，在阿伐他汀的生產過程中將6-氰-3、5-二羧基乙酸叔丁酯加入，根據分子重組，美國公司通過直接優化技術開發出三種酶，這三種具有穩定性強，選擇性強，活性強的的特點，在生產和生活當中應用三種酶，由此產生阿伐他汀。在阿伐他汀生產的化學反應中生物催化技術的應用主要有：其一選擇兩種優化的酶催化氯酮稱為氰化反應，然后形成氯乙醇；其二是通過第三種優化酶在溫和的條件下對新生物的催化進行氯化反應，進而實現氯乙醇向氰醇的轉化等[3]。可以看出，進化酶可以通過生物催化大大增加還原反應期間的實際容積率。因此，在化學制藥領域的生物催化技術的應用可以增加生產的產量以及提高生產和經濟效益，保護人類生存環境同時具有很強的安全特性。

2.2 西他列汀游離堿

通過對生物制藥領域酶催化劑的研究，美國公司和德國公司在西他列汀游離堿方面進行了最終的生產。在研發過程中，R構型選擇性轉氨酶與西他列汀酮被兩個公司都第一次發現了其分子結構具有十分的相似性，活性的較小的分子質量對甲基酮的阻斷。德國公司后來對轉氨酶的改造以及成功實現了對催化加氫的有效途徑，尤其是生產過程中，沒有S構型的西他列汀酮的產生。生物技術的優越性使設備的生產能力以及分子的反應力都得到了有效的提高，同時進步一步的對廢棄物的產物進行一定程度的減少。

2.3 普瑞巴林

在蛋白質的工程技術改造上美國公司取得了最佳的蛋白質工程效果，同時采用水解酶的反應生產出來普瑞巴林。在化學制藥工藝中使用生物技術的應用使得脂肪酶對甲基乙酸和氰基等甲鹽進行水解，以及使用化學合成原料將制成普瑞巴林，在回收率上可以達到40%，同時ee值到達99%。大多藥物的類型在化學制藥中都會應用到生物催化技術，例如止痛藥，抗生素和抗癌藥物等[4]。

3 應用前景

隨著我國科學技術的不斷發展和進步，生物催化技術也得到了快速的發展和應用，因此，在結合自然領域的各種生物催化技術被廣泛應用到工業生產領域中，以及使其在功能了得到充分的發揮，實際上生物催化技術不僅取決于與反應物結合，同時還可以與一系列的可用性的生物酶催化和化學合成中的生物催化。但是與化學工業相比，現階段我國在化學制藥工業中的發展規模比較小，并在純度方面有著更高的要求，與其他的生產工藝難以依賴。所以在化學藥劑學中應用生物催化技術將成為第一目標。因此，從某種程度上來說選擇生物催化技術而不是化學制藥。反之，化學制藥工業中最開始就是應用生物催化技術。由此可以看出在化學制藥領域中對于生物催化技術的應用具有很大的發展空間和廣闊的應用前景[5]。總而言之，在新時代生物催化技術應用將成為一種趨勢。

4 結語

綜上所述，隨著現代生物技術的不斷的發展應用，生物催化技術已逐步應用于各個生產領域，在有機合成的實現上為制藥企業的發展提供了科學合理的參考。同時在生物催化技術的不斷發展基礎上使用酶的數量也在增加，以促進大多的化學制藥企業通過生物工藝技術來對藥物生產來實現。因此，在制藥行業中酶催化技術的應用具有很大的發展空間和前景。但是在現階段依然在大多領域內需要對生物催化技術的改進。所以在對生物催化技術上經過有關技術研究人員的深入研究和分析，對于目前生物催化技術的問題進行解決，同時最終使得生物催化技術發揮其重要的作用和實現其價值。