背景 ^[1][2]

L-半胱氨酸和胱氨酸是含硫的非必需氨基酸，它們是組成蛋白質(zhì)的基本單元之一，廣泛用于醫(yī)藥、食品、化妝品的加工制造。L-胱氨酸是形成皮膚不可缺少的物質(zhì)，能加速燒傷的恢復及放射性損傷的化學防護，能刺激紅細胞、自細胞的增生。L-半胱氨酸所帶的琉基具有許多重要的生理作用，可以緩解藥物(酚、萘、苯、氰離子)中毒，對放射線也有防治效果。同時L-半胱氨酸能促進毛發(fā)的生長，可用于治療脫發(fā)癥。

Ⅳ-乙酰-L-半胱氨酸是L-半胱氨酸的衍生物，具有許多重要的生物活性，可作為祛痰劑、乙酰氨基苯酚的有效解毒藥，還可減輕環(huán)磷酰胺等化療藥物引起的血尿，也是復合結晶氨基酸注射液中的重要組成成分 一半胱氨酸的其它衍生物，如L-半胱氨酸甲酯鹽酸鹽可以用于治療支氣管炎，鼻粘膜滲出性炎癥等癥狀。此外，利用L-半胱氨酸的Mailard反應，可以人工調(diào)制出象牛肉、豬肉加熱烹調(diào)時所產(chǎn)生的“肉香”，作為調(diào)味劑使用。

目前，我國生產(chǎn)L-胱氨酸和L-半胱氨酸的技術水平較低，主要采取毛發(fā)水解(酸水解和堿水解)來提取。L-胱氨酸，再通過電解還原生產(chǎn) 一半胱氨酸。L-胱氨酸的年產(chǎn)量300t以上，大部分用于出口。L-胱氨酸的水解生產(chǎn)方法盡管被廣泛采用，但該方法產(chǎn)量低、能耗高，水解過程產(chǎn)生難聞氣體及大量的廢酸。而化學方法合成L-半胱氨酸不僅需要很多步驟，而且產(chǎn)生DL-型外消旋體，只有經(jīng)過化學拆分才能得到所需要的 半

胱氨酸，因此只用于合成L-半胱氨酸的中間體。盡管L-胱氨酸和L-半胱氨酸的微生物方法生產(chǎn)日益受到人們的重視，但是由于技術原因，僅日本報道了有關微生物酶法生產(chǎn)L-胱氨酸和L-半胱氨酸的較為成熟的生產(chǎn)工藝，近幾年來，韓國和德國的研究人員也報道了一些有關微生物方法生產(chǎn)L-胱氨酸和L-半胱氨酸的新的研究成果。

化學活性^[2]

(1) 容易被氧化

L-半胱氨酸可以被空氣中的氧氧化變成胱氨酸。

(2) 與其它琉基化合物反應

(3)還原雙硫鏈化合物

(4)與重金屬鹽反應

(5)與有機鹵化物反應

生理功能^[2]

(1) L-半胱氨酸由于在生物體內(nèi)具有抱合作用等，故對范圍廣泛的毒物(如甲醛、乙醛，氯仿、四氯化碳、鉛、鏞、氯甲汞、過氧化脂、PcB河豚毒，酒精等)具有有效的解毒作用，這些都已被實驗所證明。

(2) 用半胱氨酸可以有效地預防和治療放射性傷害。

(3) L-半胱氨酸在皮膚蛋白的角蛋白生成中維持重要的巰基酶的活性，并且補充巰基，以維持皮膚的正常代謝。還可用于治療廣泛的皮膚病(如通常的痤瘡、蕁麻疹，中毒疹、藥疹，濕疹，肝斑等)。它對農(nóng)藥皮膚炎，中毒兼中毒性肝炎等也都有療效。

(4) 每當出現(xiàn)炎癥、過敏使膽磷酯酶等的巰基酶降低時，補給L-半胱氨酸可維持琉基酶的靜性，改善炎癥和過敏的皮膚癥狀。

(5) 由于L-半胱氨酸具有溶解角質(zhì)的作用，所以對角質(zhì)肥厚的皮膚病也有效。

(6) 半胱氨酸具有防止生物體衰老的功能。

(7) 半胱氨酸腺主要分布在肝，脾腎中外，還大量積聚在人體表面(包括皮膚、粘膜、消化器表面等)，在異物(包括經(jīng)I：1攝取的、從大氣吸入的與皮膚接觸侵入的異物)侵入時可強化生物體自身的防衛(wèi)能力，調(diào)整生物體的防御機構。

適應癥^[3]

自頭發(fā)中制得，常用其鹽酸鹽，含有巰基，參與細胞的還原過程和肝臟中的磷脂代謝，有保護肝細胞和強化肝功能的作用。臨床用于治療放射性藥物中毒、銻劑中毒、肝炎，以及預防肝壞死等。

規(guī)格^[3]

注射用半胱氨酸：0.1g。

用法用量^[3]

肌內(nèi)注射：0.1～0.2g，1～2次/d。臨用前將粉針劑溶于所附磷酸氫二鈉緩沖液2ml中。

注意事項^[3]

臨用前溶于附帶的磷酸二鈉緩沖劑。

其他用途^[4]

根據(jù)構型的不同，半胱氨酸有L型、D型和DL型之分，而在體內(nèi)具有生理活性的為L型半胱氨酸。L-半胱氨酸是組成蛋白質(zhì)的成分之一，是一種a氨基酸，它的存在可以保持蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性，同一條或不同多肽鏈兩個L-半胱氨酸殘基間以二硫鍵(一S—S一)連接，使蛋白質(zhì)具有穩(wěn)定的空間立體結構。L-半胱氨酸是構成蛋白質(zhì)20多種氨基酸中具有活性巰基的氨基酸，它在醫(yī)藥、食品、飼料、化妝品等行業(yè)具有廣泛的用途。

1. 在醫(yī)藥中的應用

在醫(yī)藥上，L-半胱氨酸鹽酸鹽具有恢復肝功能的作用，用于治療放射性藥物中毒、銻中毒、肝炎、血清??；N一乙酰一L-半胱氨酸是粘液溶解性祛痰劑，通過其分子中的一SH 能使粘液中粘蛋白的～S—S一鍵斷裂，使粘度迅速下降，在幾分鐘內(nèi)，使痰液易于咳出或吸出，改善呼吸狀況，適用于肺合并癥的治療及急慢性支氣管炎、支氣管哮喘、支氣管擴張、肺結核、肺炎、肺氣腫等引起的痰液稠厚、咳痰困難、氣管阻塞等。

國外進行外科手術后的病人常使用此藥，使支氣管濃稠的痰液化稀，防止咳嗽，以免振動傷口。此外，N-乙酰-L-半胱氨酸的3 水溶液(國外稱為“阿西丁”)可治療角膜炎；可作為穩(wěn)定劑用于氨基酸輸液中。L-半胱氨酸乙酯鹽酸鹽可用于肝炎、肝硬化病人，增強肝功能、用于白血球減少癥、放射線所造成的損害。L-半胱氨酸還具有消炎、止痛、抑制細菌和癌細胞生長等作用。

2. 在食品工業(yè)中的應用

①食品增香劑與發(fā)色劑；②面包添加劑；③油脂抗氧劑和保鮮劑；④ 防止食品褐變。

3. 在化妝品中的應用

人們發(fā)現(xiàn)用L-半胱氨酸生產(chǎn)美白化妝品非常理想，對其開發(fā)和使用正處在迅速地發(fā)展中。最近的光醫(yī)學、光生物學的研究表明：在表皮最下層的色素細胞可產(chǎn)生底層黑色素造成黑色素沉著，使表皮出現(xiàn)黑斑。色素細胞中所含有的具巰基(一SH)基團的L-半胱氨酸，可調(diào)節(jié)黑色素的生成，因為L-半胱氨酸的巰基(一SH)具有還原能力和化學反應活性。

4. 在飼料中的應用

在飼料添加劑方面，據(jù)德國莫勒斯公司(Moeller Co、)統(tǒng)計，除了賴氨酸、谷氨酸與蛋氨酸以外，以L-胱氨酸的用量為。由于L-胱氨酸的溶解度太小(在室溫時每1升水中只能溶解0.1lg)，所以需制備成L-半胱氨酸才能添加到飼料中予以使用。

生產(chǎn)方法^[4]

目前L-半胱氨酸的合成主要有毛發(fā)水解后還原法、酶法合成法、化學合成法和發(fā)酵法等。我國對L-半胱氨酸的生產(chǎn)主要依靠毛發(fā)酸水解后提取L-胱氨酸，然后將L一胱氨酸經(jīng)化學或電解還原制備得到L-半胱氨酸，國外有酶法合成和化學合成兩種方法?，F(xiàn)將各種生產(chǎn)方法分述如下：

1. 毛發(fā)水解后還原法

毛發(fā)(頭發(fā)、豬毛、羽毛梗)的主要成分是角蛋白，它是由各種n一氨基酸組成，其中L-半胱氨酸含量為12 ～14 ，因此工業(yè)上常利用毛發(fā)水解來制取L-胱氨酸，然后經(jīng)電解還原得到L-半胱氨酸。角蛋白的水解一般采用堿水解和酸水解兩種方法，由于堿水解法對角蛋白水解后氨基酸破壞比較嚴重，收率較低，另外堿水解還會產(chǎn)生氨基酸的外消旋反應，因此目前一般采用酸水解法進行生產(chǎn)。酸水解得到的L-胱氨酸需進一步用電解還原或者錫粉還原才能得到L-半胱氨酸。

2. 化學合成法

1997年四川大學化學系提出根據(jù)”不對稱合成原理”化學合成L-半胱氨酸的途徑。合成原理是利用氯代烷類化合物經(jīng)過氧化反應、加成反應、還原反應、取代反應，最后得到半胱氨酸，半胱氨酸的提取率是7.5?；瘜W合成半胱氨酸需多步反應，產(chǎn)生DL-型外消旋體，只有經(jīng)過化學拆分才能得到所需要的L-半胱氨酸，用于L-半胱氨酸中間體的合成。

3. 發(fā)酵法

L-半胱氨酸的發(fā)酵法生產(chǎn)現(xiàn)在正處于嘗試探索階段，大規(guī)模的生產(chǎn)還受到一定條件的限制，其主要原因是因為微生物體內(nèi)的L-半胱氨酸合成過程復雜，而且合成中的關鍵問題是一SH的來源。對大多數(shù)的植物和微生物來說，一SH基團來源于S()；一，而S()j一可還原為某種硫化物，這正是發(fā)酵法制取L-半胱氨酸難以解決的問題。目前尚未見到以野生型菌株進行發(fā)酵法生產(chǎn)L-半胱氨酸的報道。但國外一些學者對細菌產(chǎn)生L-半胱氨酸的酶系和調(diào)控基因進行了研究，試圖以突變株或工程菌株進行發(fā)酵生產(chǎn)L-半胱氨酸

4. 酶法合成

用酶法合成有用物質(zhì)，多為比較昂貴的精細化工產(chǎn)品，合成產(chǎn)物的特點是具有光學活性，而且工藝簡單，是化學合成法所不可比擬的。近年來，以微生物為酶源，采用酶法制備氨基酸的技術有了快速的發(fā)展。

5. 用基因工程技術構建L-半胱氨酸工程菌

基因工程技術已經(jīng)廣泛應用于微生物的菌種改良，它不僅擴大了菌種改良的方向和范圍，而且使微生物菌種的改造由未知的突變和誘變發(fā)展為有目的定點突變，它主要通過以下幾個途徑增強生產(chǎn)菌株的生產(chǎn)能力：(1)利用多聚酶鏈反應(PCR)技術，改造目的基因，使基因產(chǎn)物的活力增加；(2)使用強啟動子或獨立啟動子增強目的基因的轉錄數(shù)；(3)把目的基因克隆到更容易獲得產(chǎn)物的標準菌株或其它菌株中，例如，把目的基因轉入對底物的耐受性增強或者對產(chǎn)物的反饋抑制具有抗性的菌株；(4)克隆有利于目的基因轉錄的激活基因或缺失抑制基因。

主要參考資料

[1] 楊金奎, 何璧梅. 微生物方法生產(chǎn) L—半胱氨酸的研究進展[J]. 國外醫(yī)藥: 抗生素分冊, 2001, 22(4): 179-182.

[2] 陳敏元. L—半胱氨酸及其應用的進展[J]. 化工進展, 1992 (2): 26-30.

[3] 實用處方及非處方藥物大全

[4] 賈存江, 王英燕, 趙麗麗. L-半胱氨酸的生產(chǎn)方法及應用進展[J]. 齊魯藥事, 2007, 26(9): 553-555.