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1、 第一节、概述第一节、概述 第二节、核酸类药物的生产第二节、核酸类药物的生产第第 12 章章 核酸与核苷类药物核酸与核苷类药物第一节第一节 概述概述一、基本概念一、基本概念 核酸与核苷类药物是指具有药用价值的核酸、核苷酸、核酸与核苷类药物是指具有药用价值的核酸、核苷酸、核苷或者碱基核苷或者碱基 天然的、类似物、衍生物及其聚合物天然的、类似物、衍生物及其聚合物 作用：作用：影响生物的蛋白质合成和脂肪、糖类的代谢影响生物的蛋白质合成和脂肪、糖类的代谢恢复正常代谢或干扰某些异常代谢恢复正常代谢或干扰某些异常代谢 用途：放射病、血小板减少症、白细胞减少症、急慢性用途：放射病、血小板减少症、白细胞减少症
2、、急慢性肝炎、心血管疾病和肌肉萎缩、肿瘤、病毒病肝炎、心血管疾病和肌肉萎缩、肿瘤、病毒病 核酸是一种多聚体大分子，它的组成单元是核苷核酸是一种多聚体大分子，它的组成单元是核苷酸，将核苷酸中的磷酸基团去掉，剩余部分称核酸，将核苷酸中的磷酸基团去掉，剩余部分称核苷，核苷进一步分解可生成戊糖和碱基。苷，核苷进一步分解可生成戊糖和碱基。胰核酸酶胰核酸酶胰、肠核苷酸酶胰、肠核苷酸酶核苷酶核苷酶嘌呤核苷酸嘌呤核苷酸GMPAMP嘧啶核苷酸的结构嘧啶核苷酸的结构核酸类药物分类核酸类药物分类具有天然结构的核酸类物质具有天然结构的核酸类物质 如：如：ATP、GTP、CTP、UTP、IMP、CoA、CoI(NAD+
3、)、CoII(NADP+)。这类药物有助于改善这类药物有助于改善物质代谢物质代谢和和能量平衡能量平衡，修复受损组修复受损组织织，促使缺氧组织恢复正常生理机能促使缺氧组织恢复正常生理机能。临床上广泛用于放射病、血小板减少症、白细胞减少症、临床上广泛用于放射病、血小板减少症、白细胞减少症、急慢性肝炎、心血管疾病和肌肉萎缩等的治疗急慢性肝炎、心血管疾病和肌肉萎缩等的治疗。这些药物多数是生物体自身能够合成的物质，在具有一定临床功能这些药物多数是生物体自身能够合成的物质，在具有一定临床功能的前提下，毒副作用小，它们的生产基本上都可以经微生物发酵或的前提下，毒副作用小，它们的生产基本上都可以经微生物发酵或
4、从生物资源中提取。从生物资源中提取。ATPATP：用于心肌炎、心肌梗死、心力衰竭、及动脉或冠状动脉硬化、：用于心肌炎、心肌梗死、心力衰竭、及动脉或冠状动脉硬化、肝炎等的治疗或辅助治疗。肝炎等的治疗或辅助治疗。肌苷肌苷(IMP)(IMP)：用于急慢性肝炎、肝硬化、白细胞减少、血小板减少等。：用于急慢性肝炎、肝硬化、白细胞减少、血小板减少等。核酸类药物分类核酸类药物分类自然结构核酸类物质的类似物和聚合物自然结构核酸类物质的类似物和聚合物它们是当今人类治疗它们是当今人类治疗病毒、肿瘤、艾滋病病毒、肿瘤、艾滋病的重要药物，也是产生的重要药物，也是产生干扰素、干扰素、免疫抑制剂免疫抑制剂的临床药物。的临
5、床药物。主要有叠氮胸苷、阿糖腺苷、阿糖胞苷、聚肌胞等。主要有叠氮胸苷、阿糖腺苷、阿糖胞苷、聚肌胞等。OO HOHNHNOOC F3OOHNHNOOC H3N3OOHNHNOOIO HNNNOOHO HNH2OO HNNN HNO HNH2OO HNNN HNO HNH2OC H2O HC H2O HHOOHNNN HNO HOHOOHNNN HNO HNH2O HO H三 氟 代 胸苷叠 氮 胸苷5-碘 脱 氧尿 苷三 氮 唑 核 苷无 环 鸟 苷丙 氧鸟 苷阿 糖 腺 苷双 脱 氧肌 苷他莫昔芬扰雌激素的某些活动他莫昔芬扰雌激素的某些活动,模拟其它雌激素作用模拟其它雌激素作用.用于治疗某些乳
6、腺癌和卵巢癌用于治疗某些乳腺癌和卵巢癌.（一）酶解法及碱水解法制备核苷酸（一）酶解法及碱水解法制备核苷酸 1、酶解法制备、酶解法制备脱氧核苷酸脱氧核苷酸 桔青霉桔青霉产生5-磷酸二脂酶磷酸二脂酶 红酵母红酵母产生3-磷酸二脂酶磷酸二脂酶二二、核苷酸的生产方法、核苷酸的生产方法 2、酶解法制备、酶解法制备戊糖核苷酸戊糖核苷酸 我国从我国从60年代开始使用核酸酶年代开始使用核酸酶P1降解核糖核酸生产单核降解核糖核酸生产单核苷酸，日本年产呈味核苷酸（肌苷酸和鸟苷酸）苷酸，日本年产呈味核苷酸（肌苷酸和鸟苷酸）3000吨，吨，其中其中60%是使用酶解法生产的。是使用酶解法生产的。酶解法生产酶解法生产5-
7、单核苷酸工艺流程单核苷酸工艺流程3菌体自溶法生产核苷酸菌体自溶法生产核苷酸磷酸二酯酶在合适的条件下降解细胞内的磷酸二酯酶在合适的条件下降解细胞内的RNA可产生可产生5-核核苷酸。在国内用谷氨酸产生菌体自溶法生产苷酸。在国内用谷氨酸产生菌体自溶法生产5-核苷酸。核苷酸。菌体自溶法生产核苷酸工艺流程：菌体自溶法生产核苷酸工艺流程：4碱水解法生产碱水解法生产2,3-混合核苷酸混合核苷酸RNA结构中的结构中的磷酸二酯键磷酸二酯键对于对于碱碱性条件不稳定性条件不稳定,很容易生成很容易生成2,3-环状磷酸酯环状磷酸酯,此环状磷酸酯对此环状磷酸酯对碱碱更不稳定更不稳定,很易加水分解生很易加水分解生成成2,3
8、-混合核苷酸混合核苷酸。取。取RNA配成配成33.5%的水溶液的水溶液,加氢氧化加氢氧化钠达钠达0.3mol/L浓度浓度,升温至升温至38,保温保温1620小时小时,用用6mol/L盐酸盐酸中和至中和至pH7.0,从从RNA水解成水解成2,3-核苷酸的降解率达核苷酸的降解率达95以上以上,将将2,3-混合核苷酸制成每片含混合核苷酸制成每片含50100mg的片剂的片剂,经临床使用经临床使用,对非特异性血小板减少症、对白血球减少症、癌肿的化疗和对非特异性血小板减少症、对白血球减少症、癌肿的化疗和放疗后的升白血球均有较好疗效。放疗后的升白血球均有较好疗效。（二）发酵法生产核苷酸二）发酵法生产核苷酸1
9、发酵法生产肌苷酸（发酵法生产肌苷酸（IMP）2、发酵生产黄苷酸（、发酵生产黄苷酸（XMP）及酶法转化成鸟苷酸）及酶法转化成鸟苷酸IMP生成总反应过程生成总反应过程SAMP合成酶合成酶 IMP脱氢酶脱氢酶SAMP裂解酶裂解酶 GMP合成酶合成酶AMP和和GMP的生成的生成 SAMP黄苷酸黄苷酸肌苷酸肌苷酸肌苷酸肌苷酸肌苷酸肌苷酸（三）半合成法制备核苷酸（三）半合成法制备核苷酸(略略)由于发酵法生产核苷发酵法生产核苷的产率很高，核苷悬浮于磷酸三甲酯或磷核苷悬浮于磷酸三甲酯或磷酸三乙酯中，在冷却条件下加入氯化氧磷，进行磷酸化，从核酸三乙酯中，在冷却条件下加入氯化氧磷，进行磷酸化，从核苷生成苷生成5-
10、核苷酸收率可达核苷酸收率可达90%。例一：肌苷例一：肌苷2mmol/L悬浮于悬浮于5ml磷酸三乙酯中，温度控制磷酸三乙酯中，温度控制0，添加氯化氧磷添加氯化氧磷6mmol/L，水，水2mmol/L，反应，反应2h，5-IMP摩尔产摩尔产率达率达91。例二：鸟苷例二：鸟苷2mmol/L悬浮于悬浮于5ml磷酸三甲酯中，温度控制磷酸三甲酯中，温度控制0，添加氯化氧磷添加氯化氧磷6mmol/L，水，水2mmo/L，反应，反应6h，5-GMP摩尔产摩尔产率达率达90%。第二节第二节 核酸类物质的生产核酸类物质的生产一、一、RNA的提取与制备的提取与制备1.RNA的工业来源的工业来源 从微生物中提取从微生
11、物中提取RNA，是工业上最实际和有效的方法，一，是工业上最实际和有效的方法，一些最常见的菌体含有丰富的核酸资源。些最常见的菌体含有丰富的核酸资源。通常在细菌中通常在细菌中RNA占占5-25，在酵母中占，在酵母中占2.715，在霉菌中占，在霉菌中占0.7%28%,面包酵母含面包酵母含RNA4.17.2。2.高高RNA含量酵母菌体的筛选含量酵母菌体的筛选 酵母菌体收率高，易于提取酵母菌体收率高，易于提取RNA。可以可以从自然界筛选从自然界筛选并可用并可用诱变育种诱变育种的方法提高酵母的的方法提高酵母的RNA含量。含量。发酵法生发酵法生产高含量产高含量RNARNA酵母酵母及其及其RNARNA提取工艺
12、提取工艺流程见图流程见图 2.RNA提取实例提取实例二、二、DNA的提取与制备的提取与制备 DNA，可以促进细胞的活化，调节新陈代谢，延缓机体衰，可以促进细胞的活化，调节新陈代谢，延缓机体衰老，维护正常免疫功能有积极的作用。老，维护正常免疫功能有积极的作用。1工业用工业用DNA的提取的提取 从从冷冻鱼精冷冻鱼精中提取。中提取。鱼精中主要含有鱼精中主要含有核蛋白核蛋白、酶类以及多、酶类以及多种微量元素种微量元素。核蛋白的主要成分是脱氧核糖核酸。核蛋白的主要成分是脱氧核糖核酸(DNA)和和碱性蛋白质碱性蛋白质(鱼精蛋白鱼精蛋白)，其中，其中DNA 占大约占大约23。2具有生物活性具有生物活性DNA
13、的制备的制备 可从可从动物内脏动物内脏（肝、脾、胸腺）中提取制备，操作条件（肝、脾、胸腺）中提取制备，操作条件03。动物内脏加动物内脏加4倍量生理盐水经组织捣碎机捣碎倍量生理盐水经组织捣碎机捣碎1分钟，匀浆分钟，匀浆于于2500rpm离心离心30分钟，沉淀用同样体积的生理盐水洗涤分钟，沉淀用同样体积的生理盐水洗涤3次，每次洗涤后离心，将沉淀悬浮于次，每次洗涤后离心，将沉淀悬浮于20倍量的冷生理盐倍量的冷生理盐水中，再捣碎水中，再捣碎3分钟，加入分钟，加入2倍量倍量5十二烷基磺酸钠，并十二烷基磺酸钠，并搅拌搅拌23小时，在小时，在0 2500rpm离心，在上层液中加入等离心，在上层液中加入等体积
14、的冷乙醇，离心即可得纤维状体积的冷乙醇，离心即可得纤维状DNA，再用冷乙醇和，再用冷乙醇和丙酮洗涤，减压低温干燥得粗品丙酮洗涤，减压低温干燥得粗品DNA。三、核苷类药物的制备三、核苷类药物的制备 发酵法生产核苷是近代发酵工程领域中的杰出成果，产率发酵法生产核苷是近代发酵工程领域中的杰出成果，产率高，周期短，控制容易，产量大。用发酵法生产各种核苷高，周期短，控制容易，产量大。用发酵法生产各种核苷的菌株有着许多共同特点：的菌株有着许多共同特点：它们都使用它们都使用磷酸单酯酶磷酸单酯酶活力很强的枯草芽孢杆菌或短小芽活力很强的枯草芽孢杆菌或短小芽抱杆菌为诱变出发菌株；抱杆菌为诱变出发菌株；它们都是通过
15、使用物理或化学它们都是通过使用物理或化学诱变诱变方法选育出在遗传性状方法选育出在遗传性状上具有特定上具有特定标记标记的诱变菌；的诱变菌；它们在发酵培养时必须提供它们在发酵培养时必须提供限量的生长因素限量的生长因素，并且好氧，并且好氧，在某一特定的范围内累积大量核苷。在某一特定的范围内累积大量核苷。ADPAMPGMPGTPGDPSAMPIMPXMPAMP脱氨酶IMP脱氢酶GMP还原酶SAMP合成酶PRPPAICARSAICARPRPPATPSAMP裂解酶GMP合成酶 在右边的合成途径中，在右边的合成途径中，嘌呤核苷酸生物合成的嘌呤核苷酸生物合成的第一个酶第一个酶PRPP转酰胺转酰胺酶酶受受AMP
16、、ADP、以及、以及腺嘌呤衍生物的强烈抑腺嘌呤衍生物的强烈抑制而受鸟嘌呤衍生物的制而受鸟嘌呤衍生物的抑制很弱。抑制很弱。IMP脱氢酶脱氢酶受最终产物受最终产物GMP及鸟嘌及鸟嘌呤衍生物反馈抑制，呤衍生物反馈抑制，SAMP合成酶受合成酶受AMP反反馈抑制的。馈抑制的。枯草杆菌的腺嘌呤缺陷枯草杆菌的腺嘌呤缺陷型，当培养基中提供限型，当培养基中提供限量腺嘌呤时就累积肌苷。量腺嘌呤时就累积肌苷。而枯草杆菌的腺嘌呤、而枯草杆菌的腺嘌呤、黄嘌呤缺陷型，当培养黄嘌呤缺陷型，当培养基中提供限量鸟嘌呤时基中提供限量鸟嘌呤时就累积腺苷。就累积腺苷。枯草杆菌的嘌呤核苷酸合成途径PRPP转酰胺酶强强弱弱生产菌株：生产菌株：（1）酶）酶6、7缺失（为腺嘌呤缺陷型）积累缺失（为腺嘌呤缺陷型）积累IMP-肌苷肌苷（肝炎（肝炎辅助药）；辅助药）；（2）酶）酶4缺失（为鸟嘌呤缺陷型）积累缺失（为鸟嘌呤缺陷型）积累XMP-黄苷黄苷；（3）酶）酶5缺失积累缺失积累鸟苷鸟苷。肌苷生产菌（肌苷生产菌（AJ11102）遗传性状）遗传性状：（菌种见：（菌种见P197）腺嘌呤缺陷型（腺嘌呤缺陷型（A-）；）；GMP还原酶缺失（还原酶
