王旭升
陕西国际商贸学院，陕西咸阳，712046
摘要:随着社会不断发展，各个行业都衍生了新型的技术，在化学制药当中，生物催化技术便是一种新兴技术，已被广泛应用到化学制药领域中，逐渐实现工业化生产。生物催化技术的合理应用，能够有效推动化学制药产业快速发展，对于药物领域有着明显的推动作用和意义。本文简要分析对生物催化技术特点、应用概况及前景。
关键词:生物催化技术；化学制药；应用
从古至今，生物催化始终与人类生活密切相关。从宏观角度来看，生物催化与生物转化是人类赖以生存的生态环境将太阳辐射的巨大能量加以固化与储存的有效手段，是地球上一切生物质循环转化的本质特征，也是人类从石油文明向“低碳经济”过渡的最佳途径；从微观角度来看，利用酶和微生物细胞作为生物催化剂进行生物催化已有几千年历史，古埃及和古代中国都有对麦芽制曲酿酒工艺的历史记载。化学工业不断发展，推动了现代化进程，带来了巨大的经济效益的同时也带来了严重的环境污染，因此绿色化学成为了时代的主题。基于绿色化学的十二条准则，生物催化成为当前国际公共绿色的化学转化技术之一。
自 2003 年以来，生物催化和生物转化技术的发展受到我国政府的高度重视，生物催化与生物转化已经作为新一代工业生物技术的主体，写入国家科技规划，并得到 973 计划和 863 计划的大力支持。伴随着科技的不断发展和创新，生物催化技术在人生活当中的应用越发广泛，同时也为企业提供了显著的经济效益，对于环境保护也可以起到一定的贡献。我国的原研药物供应十分缺乏，这就使得我国迫切希望生物催化技术能够应用在化学制药上，绿色环保地解决医疗健康保障问题。对此，为了更好的创新生物催化技术，探讨化学制药中的;生物催化技术具备显著意义。
一、生物催化技术
生物催化技术主要是指通过生物有机体或酶作为催化剂推动化学转换过程实现。生物催化技术的催化反应具备高度的区域性、化学性以及立体选择性，应用生物催化技术部队称的合成技术生产手性药物可以得到光学活性较高、纯度较高的产物，有时候纯度甚至可以达到100%。微生物是生物催化技术当中常用的有机体催化剂，本质上就是通过微生物细胞当中的酶催化非天然形成的有机化合物，转化液通过分离纯化获得所需要的产品。自然界当中的微生物种类非常多，酶的含量也风场丰富，所以借助微生物可以实现多种生物的转换反应。微生物的生物转换反应具备较高的选择性，特别是在立体选择性方面尤其明显，可以实现一些化学方式无法实现的反应，反应所需要的条件较为吻合，一般应用在不稳定化合物的制备品。
二、生物催化技术特点
1、独特底物选择性
因为催化过程中的酶具有专一性的特点，即一种酶只能催化一种特定的底物发生反应，但是一种底物则可能被多种酶催化。生物催化技术具有的高度选择性，在手性化合物等精细化学品的生产中能够有效保证生成物的专一程度，这使得生物催化技术对于手性活性药物成分的合成具有独特的优点。
2、酶可明显提高反应速率
化学反应的发生需给予反应物能量使其达到活化态，催化剂可降低反应活化能从而加速反应。同无机催化剂相比，酶降低反应活化能的作用更明显，因而催化效率更高，反应的速率更快。大量的实验数据表明，酶的催化效率是无机催化剂的107～1013倍。
3、降低了对设备的要求
酶的作用条件温和，基本上在常温、中性、水等环境中完成，因为酶取自生物体，所以其活性在温和条件下最高，从而避免了无机催化剂催化所需的高温高压条件。
4、酶的固定化
可以使催化剂反复循环使用，酶的固定化是通过物理或化学方法将水溶性酶束缚或限制于一定固体材料上，仍能进行其特有的催化反应、并可回收及重复利用的一类技术。
5、可在环境中完全被降解
生物催化过程一般无污染或少污染，能耗相对较低，是一种环境友好的合成方法。生物催化可以有效提高生产效率，一定程度上降低成本，获得更多的经济效益，也可以解决传统化工制药尚不能解决的问题，推动医疗行业健康发展。
三、化学制药中的生物催化技术应用
在生物催化技术不断发展的环境之下，酶与微生物反应逐渐成为生物学领域的关注焦点。大量长期探讨微生物与酶的专家学者逐渐开始着手于有机物的合作当中，促使生物催化技术逐渐成为一项部队称的合成技术。
许多长期从事化学合作的研究者对于微生物与酶的反应有较高的热情和兴趣。例如，德国Merck公司和美国Codexis公司酶法形成西他列汀游离碱。他们最初发现了一种R结构形状的选择性转氨酶，并且这一种转换酶与西他列汀游离碱结构非常类似，分子质量较小的阻断甲基酮具备较高的活性。之后美国Codexis公司借助改善转氨酶，最终创造出了一种新型的催化加氢路线。与此同时，几乎不会形成不具备药物活性的S结构西他列汀酮。这一种直接的酶催化过程，不需要高压氧进行氧化，不需要采用铁、钉等金属催化剂，同时必有后续的手性纯化步骤，促使当前的设备生产效率可以实现至少60%的提升，反应的产率可以提高10%，总体而言还可以降低90%的废弃物形成。
化学制药当中生物催化技术可以促使生物酶的催化剂反应速度提升，且还可省略高压氧化、金属催化剂等过程，同时还不需要后续的手工纯化步骤，对于设备的生产效率和反应速度有明显推动效果，更是降低和控制废弃物形成的有效措施，提升原料的使用效率。美国公司酶法生产阿伐他汀的活性当中，通过中间体6-氰-3生产出了一种的HN，并且具备非常明显的绿化特大型，基本不会形成任何的负面污染影响。
美国Pfizer公司应用酶法生产普瑞巴林，该公司借助蛋白质工程技术的改造，实现蛋白质最佳工程效果，并应用水解酶的选择性，在一系列的反应之下水解获得普瑞巴林。这一种化学生物催化工艺的流程当中，脂肪酶的选择性水解甲基乙酸、氰基以及甲基乙酸的钾盐等，与此同时还可以作为原料化学合成制备的活性普瑞巴林，最终的回收率可以达到40%，同时普瑞巴林的ee值可以达到99.5%。此外，美国Codexie公司还借助改进后的酶KREDs形成碳化青酶希类抗生素的中间体。生物催化技术在未化学制药领域当中所涉及的药物所有种类非常多，例如抗癌药物、抗炎药物、止痛药物以及抗生素。
四、生物催化技术在化学制药方面应用的前景
科技的进步是为了人类社会的发展与繁荣，因此要把自然界中普遍存在的生物催化过程应用到工业生产中，生物催化不仅取决于能否找到可与反应物有效结合并发生催化作用的酶，更取决于生物催化过程相对于化学合成等其他工艺路线。而化学制药工业与其他化工类产业相比，生产规模较小，纯度要求更高，并且不易通过其他工艺生产。因此，化学制药成了生物催化技术的首选目标。所以，并不是化学制药工业选择了生物催化技术，而是生物催化技术本来就适合应用于化学制药工业中。
随着基因克隆、DNA 测序、定向进化和筛选等技术的发展，基因组学的建立，基因库数据的增长，代谢工程与途径工程工业化的成功应用，以及人类对天然产物生物合成机理的深入了解，减少了研发用时，解决了微生物的选育等问题，大大促进了生物催化技术的发展，未来生物催化技术将在化学制药工业中有更广阔的应用空间。
五、结语
生物催化技术是化学制药当中非常重要的一项技术，同时也直接决定着化学制药的发展。面对社会中逐渐枯萎的资源，如何有效的应用资源利用效率控制能源损耗和污染，是各个国家的探究、研究核心。生物技术的大力应用与开发，为多方面难题提出有效解决方案。催化剂应用在化学领域并不少见，但是微生物作为催化剂是一种新兴技术，特别是在基因技术方面，生物发酵与细胞移植技术的发生促使生物的结合更加紧密，生物催化技术为化学制药提供了更为明显的空间。
参考文献
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