色氨酸是人體內8種必需氨基酸之一，由Hokinst于1902年首先從酪蛋白中水解分離獲得[1]，為α-氨基-β-吲哚丙酸，有L-型和D-型兩種同分異構體[2]。L-色氨酸又稱為L-胰化蛋白酶氨基酸，是含有吲哚基的中性芳香族氨基酸，其結構式為：

     分子式為：C11H12N2O2，分子量為204.23，為白色或略帶黃色葉片狀結晶或粉末，水中溶解度1.14克（25℃），溶于稀酸或稀堿，在堿中穩定，強酸中分解，微溶于乙醇，不溶于氯仿、乙醚，對人和動物的生長發育、新陳代謝起重要的作用，被稱為第二必需氨基酸[3]，廣泛用于醫藥、食品和飼料等方面。D-色氨酸化學名稱是D-α-氨基-β-吲哚基丙酮酸，與L-型的物理化學性質幾乎完全相同，僅旋光性相反，但它們的分布、功能及輔酶具有多樣性，熔點很高，一般在200度以上，能溶于水，在近紫外光區域有吸收光的能力。D-色氨酸作為一種非蛋白活性氨基酸，具有特殊的生理學性質，在食品飼料工業以及農業中也有一定的價值，可以作為非營養甜味劑、飼料添加劑、植物生長劑，特別是在醫藥行業中，D-色氨酸是抗癌劑和免疫抑制劑的重要的合成前體。
     我國的色氨酸生產尚處于科研階段，在國內仍是空白，使用上也僅限于在輸液中應用，其它應用領域無法開發，依賴從日本進口。
1 色氨酸的生產方法
      國內外報道的生產色氨酸的方法主要有蛋白水解提取法、化學合成法、微生物發酵法和酶促轉化法四種[4]，其中酶促轉化法是目前較為有效的工業方法。近年來人們更傾向于將色
     氨酸酶用于L-色氨酸的生物合成，因為底物吲哚對色氨酸合成酶抑制強烈，而對色氨酸抑制較弱，主要參與的酶系有色氨酸合成酶和色氨酸酶。
1.1  L-色氨酸的酶法生產[5][6]
     酶法生產是利用微生物中色氨酸生物合成酶系的催化功能生產色氨酸，這些酶包括色氨酸酶、色氨酸合成酶、絲氨酸消旋酶等，既發揮了有機合成技術的優勢，又有產物濃度高、收率高、純度高、副產物少和精制操作容易的優點，是一種成本較低的生產色氨酸的工業生產方法。至今報道的用酶法合成色氨酸的途徑可歸結為3種。
1.1.1 吲哚和絲氨酸為原料的酶法，合成途徑為[7]：

      1979年MILLS報導了吲哚和D，L-絲氨酸作為前提物在色氨酸合成酶的催化下，利用一步法生產出L-色氨酸[8]。隨后，Wongibang等人報道，具有高活力色氨酸合成酶的大腸桿菌細胞作為酶源，從吲哚和D，L或L-絲氨酸直接生產L-色氨酸。中國藥科大學的韋平和、吳梧桐[9]用色氨酸酶基因工程菌WW-4催化L-半胱氨酸和吲哚合成L-色氨酸，吲哚轉化率為90.1%，產品總回收率達到70%。但該反應是色氨酸水解的逆反應，要求底物濃度較高，反應平衡不易把握。他們用色氨酸酶基因工程菌催化L-半胱氨酸和吲哚合成L-色氨酸，所用底物L-半胱氨酸可通過毛發水解提取L-胱氨酸電解還原制得，產量高，價格低，有重要的工業化價值。
2.2  D-色氨酸的酶法生產
      酶法生產D-色氨酸具有區域和立體選擇性強、反應條件溫和、操作簡單、成本較低、公害少等優點，且能完成一些化學合成難以進行的反應，已經受到有機化學家、藥物化學家和微生物家們的高度重視。隨著當代生物技術的發展，基因工程、細胞工程、酶工程等新技術的引入，微生物轉化的發展已經具有了高度的研究價值以及廣闊的實際應用前景[10]。
2.2.1轉氨酶法
 　  枯草桿菌屬等體內存在著D-氨基酸轉移酶[11]，它屬于枯草桿菌屬、細菌等。與各種L-氨基酸、氨基轉移酶比較，D-氨基酸轉移酶最大的優點是對L-氨基酸完全沒有作用。在此法中，D-丙氨酸作為氨基的供體，而氨基的受體是吲哚丙酮酸。D-色氨酸對底物的相對得率僅為13%。此法中由于吲哚丙酮酸與D-丙氨酸酶的結合性較差，因此需要提高酶的用量和延長反應時間才能獲得較高的產率。一般而言生物直接轉化獲得D-色氨酸涉及到基因工程對生物和蛋白質酶的改造，目前還是在初級階段，從生產角度而言，沒有競爭優勢。
2.2.2 海因酶法
 　 海因酶法是廣泛存在于動植物組織中的一種水解酶[12]，它不僅能水解打開二氫嘧啶環，并且還可以水解與二氫嘧啶結構類似的海因類化合物，中性的天然或非天然的氨基酸的海因都可作為此酶的底物。D-海因水解酶和D-氨甲酰-N-色氨酸酶是D-型特異性酶，該酶反應在偏堿條件下進行，未反應的L-吲哚甲基海因自動消旋，則可保持D-型不變地生成色氨酸，所以從化學計量上講，D，L-吲哚甲基海因都可以轉化為D-色氨酸。該法制備D-色氨酸過程中的兩個酶可以利用基因工程的方法來進行構建，得到的酶活性高、專一性強、產物得率高等優點。目前海因酶法制備D-色氨酸的研究相當活躍，其中利用基因工程菌制備已經實現工業化生產。
2.2.3 消去法
      Yamamoto等人利用色氨酸降解DL-色氨酸，產生吲哚、氨和丙酮酸，然后分離代謝物，以提高體系中的D-色氨酸含量。色氨酸酶由微生物培養得到，這些微生物可以是變形菌，氣單孢菌屬，腸桿菌屬，以及共生菌等。L-色氨酸的代謝產物吲哚是色氨酸酶的抑制劑，可以通過加入表面活性劑與吲哚能鉸鏈的多聚物以及難溶于水的有機溶劑等措施來降低體系中的吲哚含量。丙酮酸色氨酸酶的抑制劑，可能通過化學法去除，也可以通過加入微生物來降解而不會影響色氨酸的質和量。此法制得的D-色氨酸產率大于90%，光學純度48.8%。但缺點是在處理過程中消耗掉了DL-色氨酸中的L-色氨酸，所以從經濟學角度上講不太適合。
2 色氨酸在醫藥上的應用
      由于D-色氨酸的特殊生理學性質，主要用于合成各種多肽，代替L-色氨酸延長肽類藥物的半衰期并降低副作用，不致產生抗藥性而成為酶抑制劑的重要合成前體[13]。D-色氨酸能提高機體的免疫能力，延緩過敏性反應的發生。大多數多肽類抗生素能抗革蘭氏陽性菌，也有的對革蘭氏陰性菌如綠膿桿菌、分枝桿菌、真菌、病菌、病菌和腫瘤細胞等有較好的抑制或殺滅作用。
      用D-色氨酸合成半合成抗生素，其側鏈對于其藥理功能起著重要的作用，肽鍵很難被β-內酰酶作用，從而有較高的穩定性，而且有抗菌譜廣，毒性小，過敏性低，吸收快，血濃度高，藥力持續時間長等。
 　  嚴重肝病除有血氨的增高外，也有血清游離色氨酸的變化。氨和色氨酸代謝紊亂與肝性腦病的發生及肝損害的程度有密切關系。色氨酸參與人體內多種代謝途徑。人血清中色氨酸大部分和白蛋白結合，只有10%左右以游離存在，同時肝臟對色氨酸分解代謝能力的降低及重型肝炎時的肝實質細胞本身釋放色氨酸，使血清色氨酸增高，因此，色氨酸代謝紊亂促使肝性腦病發生的主要因素之一。
      人們對色氨酸的研究經歷了近30年，色氨酸作為必需氨基酸在輸液、健康食品、飼料添加劑等方面應用也日益廣泛，但是也存在著一些困難需人們去解決，比如作為底物之一的絲氨酸價格昂貴，無形中就提高了生產成本；色氨酸生物合成的調控系統比較復雜；吲哚難溶于水，轉化率不高等等，因此對色氨酸的生產方法還需要進一步的研究。

參考文獻略
網絡刊物