生物催化技术在制药工业中的应用

樊云苓

天津红日药业股份有限公司 天津 301700

生物催化技术是一种通过酶或生物有机体的催化作用加速生物转化速度的技术，也被称为生物转换技术。随着科学技术的不断发展和创新，生物催化技术的应用越来越广泛，为企业提供了显着的经济效益，同时也有助于环境保护。因此，为了更好地创新生物催化技术，探索化学制药中的生物催化技术具有重要意义。

1 生物催化技术

1.1 生物催化技术简述

在当前生物催化技术实际应用中，微生物属于十分普遍的一种催化剂，由于微生物种类比较多，且含有多种不同种类酶，通常情况下将其在生物转化反应中进行应用，同时微生物具备较强适应性，大部分情况在反应比较困难的个别化学制药生产中进行应用。另外，由于微生物结构组合较简单，在制作准备稳定性较差化合物过程中，往往将微生物作为首选。在化合物制备过程中，对于生物催化技术而言，其作用主要包括以下几个方面优点：首先，在化合物发生反应中，生物催化技术的应用可使产物范围扩大；其次，生物催化技术的应用，可使反应速度加快，在实际反应中不必对其进行保护，只需简单操作便能够使生物反应完成；第三，在化学制药生产中，可更快实现立体及区域选择范围；第四，生物反应技术具有无公害特点，不污染环境，有利于环境保护。

1.2 生物催化技术发展进程

在当前制药工程中，生物催化技术虽然得到越来越广泛的应用，然而就整体而言，我国在生物催化技术方面的研究开始比较晚，发展速度比较缓慢，目前仍属于起步阶段[1]。在生物催化技术起初研究阶段，大多数研究人员仅发展生物体内酶能够促进化学反应，并且在反应实际进行中酶自身结构并不会有变化出现，同时可加快化学反应速度，使反应条件降低。在当时情况下，大多数药物生产利用化学合成方式进行，在实际生产中所得到产物比较单一，并且对于化学反应条件也具有较严格要求，随着研究不断深入，研究人员意识到均可利用生物细胞催化化学合成反应，从而使生物催化技术得以出现及发展。

1.3 生物催化技术的特点

具有底物专一性。催化环节中的酶存在专一性的特征，也就是一种酶只能对一种特性底物产生催化作用。生物催化技术的主要特征之一就是具有高度的选择性。其在手性化合物等精细化学品的生产过程中能在一定程度上确保生成物的专一性，从而使生物催化技术在合成手性活性药物成分时充分发挥独特性的优势。第二，反应速度快。要想发生化学反应，必须使反应物分子获得能量，处于激发态，而催化剂可以有效降低活化能以实现快速反应。对比无机催化剂，生物酶具有更显著的降低反应活化能的能力，所以具有更好的催化效率、更快的反应速率。大量实践证明，酶的催化效率超过无机催化剂1000倍左右。第三，反应条件温和。酶通常在水、中性、常温等环境中发生作用，由于酶是从生物体中提取出来的，因此，它在温和条件下的活性最高，与无机催化剂相比，不需要高温高压环境，对设备要求低。第四，酶具有固定化特点，可实现催化剂的反复循环利用。一般情况下，酶的固定化是利用化学、物理手段把水溶性酶固定在固体材料上，保持其独特的催化活性，且能回收重复利用的技术。第五，生物催化剂在环境内能被完全降解。通常来说，生物催化阶段污染少，甚至没有污染且能耗少，属于环境友好型合成手段[2]。生物催化能在一定程度上提升生产水平、降低成本，提高综合效益，还能有效解决传统制药过程中无法消除的问题，有效促进医药行业可持续发展。

2 应用路径

2.1 阿伐他汀

生物催化技术之一就是阿伐他汀的应用，在阿伐他汀的生产过程中将6-氰-3、5-二羧基乙酸叔丁酯加入，根据分子重组，美国公司通过直接优化技术开发出三种酶，这三种具有稳定性强，选择性强，活性强的的特点，在生产和生活当中应用三种酶，由此产生阿伐他汀。在阿伐他汀生产的化学反应中生物催化技术的应用主要有：其一选择两种优化的酶催化氯酮称为氰化反应，然后形成氯乙醇；其二是通过第三种优化酶在温和的条件下对新生物的催化进行氯化反应，进而实现氯乙醇向氰醇的转化等[3]。可以看出，进化酶可以通过生物催化大大增加还原反应期间的实际容积率。因此，在化学制药领域的生物催化技术的应用可以增加生产的产量以及提高生产和经济效益，保护人类生存环境同时具有很强的安全特性。

2.2 西他列汀游离碱

通过对生物制药领域酶催化剂的研究，美国公司和德国公司在西他列汀游离碱方面进行了最终的生产。在研发过程中，R构型选择性转氨酶与西他列汀酮被两个公司都第一次发现了其分子结构具有十分的相似性，活性的较小的分子质量对甲基酮的阻断。德国公司后来对转氨酶的改造以及成功实现了对催化加氢的有效途径，尤其是生产过程中，没有S构型的西他列汀酮的产生。生物技术的优越性使设备的生产能力以及分子的反应力都得到了有效的提高，同时进步一步的对废弃物的产物进行一定程度的减少。

2.3 普瑞巴林

在蛋白质的工程技术改造上美国公司取得了最佳的蛋白质工程效果，同时采用水解酶的反应生产出来普瑞巴林。在化学制药工艺中使用生物技术的应用使得脂肪酶对甲基乙酸和氰基等甲盐进行水解，以及使用化学合成原料将制成普瑞巴林，在回收率上可以达到40%，同时ee值到达99%。大多药物的类型在化学制药中都会应用到生物催化技术，例如止痛药，抗生素和抗癌药物等[4]。

3 应用前景

随着我国科学技术的不断发展和进步，生物催化技术也得到了快速的发展和应用，因此，在结合自然领域的各种生物催化技术被广泛应用到工业生产领域中，以及使其在功能了得到充分的发挥，实际上生物催化技术不仅取决于与反应物结合，同时还可以与一系列的可用性的生物酶催化和化学合成中的生物催化。但是与化学工业相比，现阶段我国在化学制药工业中的发展规模比较小，并在纯度方面有着更高的要求，与其他的生产工艺难以依赖。所以在化学药剂学中应用生物催化技术将成为第一目标。因此，从某种程度上来说选择生物催化技术而不是化学制药。反之，化学制药工业中最开始就是应用生物催化技术。由此可以看出在化学制药领域中对于生物催化技术的应用具有很大的发展空间和广阔的应用前景[5]。总而言之，在新时代生物催化技术应用将成为一种趋势。

4 结语

综上所述，随着现代生物技术的不断的发展应用，生物催化技术已逐步应用于各个生产领域，在有机合成的实现上为制药企业的发展提供了科学合理的参考。同时在生物催化技术的不断发展基础上使用酶的数量也在增加，以促进大多的化学制药企业通过生物工艺技术来对药物生产来实现。因此，在制药行业中酶催化技术的应用具有很大的发展空间和前景。但是在现阶段依然在大多领域内需要对生物催化技术的改进。所以在对生物催化技术上经过有关技术研究人员的深入研究和分析，对于目前生物催化技术的问题进行解决，同时最终使得生物催化技术发挥其重要的作用和实现其价值。