L-半胱氨酸的作用和合成方法

背景 ^[1][2]

L-半胱氨酸和胱氨酸是含硫的非必需氨基酸，它们是组成蛋白质的基本单元之一，广泛用于医药、食品、化妆品的加工制造。L-胱氨酸是形成皮肤不可缺少的物质，能加速烧伤的恢复及放射性损伤的化学防护，能刺激红细胞、自细胞的增生。L-半胱氨酸所带的琉基具有许多重要的生理作用，可以缓解药物(酚、萘、苯、氰离子)中毒，对放射线也有防治效果。同时L-半胱氨酸能促进毛发的生长，可用于治疗脱发症。

Ⅳ-乙酰-L-半胱氨酸是L-半胱氨酸的衍生物，具有许多重要的生物活性，可作为祛痰剂、乙酰氨基苯酚的有效解毒药，还可减轻环磷酰胺等化疗药物引起的血尿，也是复合结晶氨基酸注射液中的重要组成成分 一半胱氨酸的其它衍生物，如L-半胱氨酸甲酯盐酸盐可以用于治疗支气管炎，鼻粘膜渗出性炎症等症状。此外，利用L-半胱氨酸的Mailard反应，可以人工调制出象牛肉、猪肉加热烹调时所产生的“肉香”，作为调味剂使用。

目前，我国生产L-胱氨酸和L-半胱氨酸的技术水平较低，主要采取毛发水解(酸水解和碱水解)来提取。L-胱氨酸，再通过电解还原生产 一半胱氨酸。L-胱氨酸的年产量300t以上，大部分用于出口。L-胱氨酸的水解生产方法尽管被广泛采用，但该方法产量低、能耗高，水解过程产生难闻气体及大量的废酸。而化学方法合成L-半胱氨酸不仅需要很多步骤，而且产生DL-型外消旋体，只有经过化学拆分才能得到所需要的 半

胱氨酸，因此只用于合成L-半胱氨酸的中间体。尽管L-胱氨酸和L-半胱氨酸的微生物方法生产日益受到人们的重视，但是由于技术原因，仅日本报道了有关微生物酶法生产L-胱氨酸和L-半胱氨酸的较为成熟的生产工艺，近几年来，韩国和德国的研究人员也报道了一些有关微生物方法生产L-胱氨酸和L-半胱氨酸的新的研究成果。

化学活性^[2]

(1) 容易被氧化

L-半胱氨酸可以被空气中的氧氧化变成胱氨酸。

(2) 与其它琉基化合物反应

(3)还原双硫链化合物

(4)与重金属盐反应

(5)与有机卤化物反应

生理功能^[2]

(1) L-半胱氨酸由于在生物体内具有抱合作用等，故对范围广泛的毒物(如甲醛、乙醛，氯仿、四氯化碳、铅、镛、氯甲汞、过氧化脂、PcB河豚毒，酒精等)具有有效的解毒作用，这些都已被实验所证明。

(2) 用半胱氨酸可以有效地预防和治疗放射性伤害。

(3) L-半胱氨酸在皮肤蛋白的角蛋白生成中维持重要的巯基酶的活性，并且补充巯基，以维持皮肤的正常代谢。还可用于治疗广泛的皮肤病(如通常的痤疮、荨麻疹，中毒疹、药疹，湿疹，肝斑等)。它对农药皮肤炎，中毒兼中毒性肝炎等也都有疗效。

(4) 每当出现炎症、过敏使胆磷酯酶等的巯基酶降低时，补给L-半胱氨酸可维持琉基酶的静性，改善炎症和过敏的皮肤症状。

(5) 由于L-半胱氨酸具有溶解角质的作用，所以对角质肥厚的皮肤病也有效。

(6) 半胱氨酸具有防止生物体衰老的功能。

(7) 半胱氨酸腺主要分布在肝，脾肾中外，还大量积聚在人体表面(包括皮肤、粘膜、消化器表面等)，在异物(包括经I：1摄取的、从大气吸入的与皮肤接触侵入的异物)侵入时可强化生物体自身的防卫能力，调整生物体的防御机构。

适应症^[3]

自头发中制得，常用其盐酸盐，含有巯基，参与细胞的还原过程和肝脏中的磷脂代谢，有保护肝细胞和强化肝功能的作用。临床用于治疗放射性药物中毒、锑剂中毒、肝炎，以及预防肝坏死等。

规格^[3]

注射用半胱氨酸：0.1g。

用法用量^[3]

肌内注射：0.1～0.2g，1～2次/d。临用前将粉针剂溶于所附磷酸氢二钠缓冲液2ml中。

注意事项^[3]

临用前溶于附带的磷酸二钠缓冲剂。

其他用途^[4]

根据构型的不同，半胱氨酸有L型、D型和DL型之分，而在体内具有生理活性的为L型半胱氨酸。L-半胱氨酸是组成蛋白质的成分之一，是一种a氨基酸，它的存在可以保持蛋白质的稳定性，同一条或不同多肽链两个L-半胱氨酸残基间以二硫键(一S—S一)连接，使蛋白质具有稳定的空间立体结构。L-半胱氨酸是构成蛋白质20多种氨基酸中具有活性巯基的氨基酸，它在医药、食品、饲料、化妆品等行业具有广泛的用途。

1. 在医药中的应用

在医药上，L-半胱氨酸盐酸盐具有恢复肝功能的作用，用于治疗放射性药物中毒、锑中毒、肝炎、血清病；N一乙酰一L-半胱氨酸是粘液溶解性祛痰剂，通过其分子中的一SH 能使粘液中粘蛋白的～S—S一键断裂，使粘度迅速下降，在几分钟内，使痰液易于咳出或吸出，改善呼吸状况，适用于肺合并症的治疗及急慢性支气管炎、支气管哮喘、支气管扩张、肺结核、肺炎、肺气肿等引起的痰液稠厚、咳痰困难、气管阻塞等。

国外进行外科手术后的病人常使用此药，使支气管浓稠的痰液化稀，防止咳嗽，以免振动伤口。此外，N-乙酰-L-半胱氨酸的3 水溶液(国外称为“阿西丁”)可治疗角膜炎；可作为稳定剂用于氨基酸输液中。L-半胱氨酸乙酯盐酸盐可用于肝炎、肝硬化病人，增强肝功能、用于白血球减少症、放射线所造成的损害。L-半胱氨酸还具有消炎、止痛、抑制细菌和癌细胞生长等作用。

2. 在食品工业中的应用

①食品增香剂与发色剂；②面包添加剂；③油脂抗氧剂和保鲜剂；④ 防止食品褐变。

3. 在化妆品中的应用

人们发现用L-半胱氨酸生产美白化妆品非常理想，对其开发和使用正处在迅速地发展中。最近的光医学、光生物学的研究表明：在表皮最下层的色素细胞可产生底层黑色素造成黑色素沉着，使表皮出现黑斑。色素细胞中所含有的具巯基(一SH)基团的L-半胱氨酸，可调节黑色素的生成，因为L-半胱氨酸的巯基(一SH)具有还原能力和化学反应活性。

4. 在饲料中的应用

在饲料添加剂方面，据德国莫勒斯公司(Moeller Co、)统计，除了赖氨酸、谷氨酸与蛋氨酸以外，以L-胱氨酸的用量为。由于L-胱氨酸的溶解度太小(在室温时每1升水中只能溶解0.1lg)，所以需制备成L-半胱氨酸才能添加到饲料中予以使用。

生产方法^[4]

目前L-半胱氨酸的合成主要有毛发水解后还原法、酶法合成法、化学合成法和发酵法等。我国对L-半胱氨酸的生产主要依靠毛发酸水解后提取L-胱氨酸，然后将L一胱氨酸经化学或电解还原制备得到L-半胱氨酸，国外有酶法合成和化学合成两种方法。现将各种生产方法分述如下：

1. 毛发水解后还原法

毛发(头发、猪毛、羽毛梗)的主要成分是角蛋白，它是由各种n一氨基酸组成，其中L-半胱氨酸含量为12 ～14 ，因此工业上常利用毛发水解来制取L-胱氨酸，然后经电解还原得到L-半胱氨酸。角蛋白的水解一般采用碱水解和酸水解两种方法，由于碱水解法对角蛋白水解后氨基酸破坏比较严重，收率较低，另外碱水解还会产生氨基酸的外消旋反应，因此目前一般采用酸水解法进行生产。酸水解得到的L-胱氨酸需进一步用电解还原或者锡粉还原才能得到L-半胱氨酸。

2. 化学合成法

1997年四川大学化学系提出根据”不对称合成原理”化学合成L-半胱氨酸的途径。合成原理是利用氯代烷类化合物经过氧化反应、加成反应、还原反应、取代反应，最后得到半胱氨酸，半胱氨酸的提取率是7.5。化学合成半胱氨酸需多步反应，产生DL-型外消旋体，只有经过化学拆分才能得到所需要的L-半胱氨酸，用于L-半胱氨酸中间体的合成。

3. 发酵法

L-半胱氨酸的发酵法生产现在正处于尝试探索阶段，大规模的生产还受到一定条件的限制，其主要原因是因为微生物体内的L-半胱氨酸合成过程复杂，而且合成中的关键问题是一SH的来源。对大多数的植物和微生物来说，一SH基团来源于S()；一，而S()j一可还原为某种硫化物，这正是发酵法制取L-半胱氨酸难以解决的问题。目前尚未见到以野生型菌株进行发酵法生产L-半胱氨酸的报道。但国外一些学者对细菌产生L-半胱氨酸的酶系和调控基因进行了研究，试图以突变株或工程菌株进行发酵生产L-半胱氨酸

4. 酶法合成

用酶法合成有用物质，多为比较昂贵的精细化工产品，合成产物的特点是具有光学活性，而且工艺简单，是化学合成法所不可比拟的。近年来，以微生物为酶源，采用酶法制备氨基酸的技术有了快速的发展。

5. 用基因工程技术构建L-半胱氨酸工程菌

基因工程技术已经广泛应用于微生物的菌种改良，它不仅扩大了菌种改良的方向和范围，而且使微生物菌种的改造由未知的突变和诱变发展为有目的定点突变，它主要通过以下几个途径增强生产菌株的生产能力：(1)利用多聚酶链反应(PCR)技术，改造目的基因，使基因产物的活力增加；(2)使用强启动子或独立启动子增强目的基因的转录数；(3)把目的基因克隆到更容易获得产物的标准菌株或其它菌株中，例如，把目的基因转入对底物的耐受性增强或者对产物的反馈抑制具有抗性的菌株；(4)克隆有利于目的基因转录的激活基因或缺失抑制基因。

主要参考资料

[1] 杨金奎, 何璧梅. 微生物方法生产 L—半胱氨酸的研究进展[J]. 国外医药: 抗生素分册, 2001, 22(4): 179-182.

[2] 陈敏元. L—半胱氨酸及其应用的进展[J]. 化工进展, 1992 (2): 26-30.

[3] 实用处方及非处方药物大全

[4] 贾存江, 王英燕, 赵丽丽. L-半胱氨酸的生产方法及应用进展[J]. 齐鲁药事, 2007, 26(9): 553-555.