生物制药工艺教案.docx
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生物制药工艺教案
湖北生物科技职业学院
课 时 教 案
讲授人
方绪凤
课 时
2学时
序 号
1
课题内容
第一章绪论
教学时间
教学方法
课堂讲授
教学课型
理论□√实验□习题□
实践□复习□其它□
教学手段
采用课堂讲授方式进行，以PPT为主，板书为辅
教学目的
1、掌握生物药物的性质和特点。
2、熟悉现代生物药物的分类和用途。
3、了解生物药物的现状和发展前景。
重点难点
重点
1、生物药物的性质和特点。
2、现代生物药物的分类和用途。
难点
1、生物药物的性质和特点。
2、现代生物药物的分类
参考资料
《生物制药工艺学》，陈电容，朱照静主编，人民卫生出版社，2009
《制药工艺学》，陈平等主编，湖北科学技术出版社，2008
《生物制药工艺学》第二版，吴梧桐主编，中国医药科技出版社，2006
《生物合成药物学》，褚志义主编，化学工业出版社，2000
教学
进程
教学
进程
（续）
第一部分：
组织教学和复习上次课主要内容（时间：
5分钟）
情境导入：
制药工业的历史大约只有60多年，但从开始就发展很快，目前全世界制药企业超过10000家，生产制造5000多种药物，其中约100家为跨国公司。
现代制药工业的发展可追溯到20世纪之交，那时只有4种药物：
洋地黄用于治疗各种心血管疾病，奎宁用于治疗疟疾，吐根属植物提取物（活性成分为生物碱）用于治疗痢疾，水银用于治疗梅毒，但当时缺乏安全性和有效性。
随着生物学和有机化学的发展，能人工合成某些具有治疗作用化合物。
1800：
阿司匹林，从而导致了药物化学公司的诞生，Bayer和Hoechst公司。
直到1930年代，制药工业才开始大发展。
磺胺类药物的发现和化学合成是最初标志，能有效治疗很多细菌的感染。
大规模工业化生产胰岛素也成为现实。
1940年代大规模生产青霉素，此时，建立了很多现代的领头制药企业，如EliLilly、Wellcome、Glaxo、Roche等。
早期的制药几乎都是化学合成的。
设计意图：
首先引入制药工业的历史，引领学生进入现代生物制药工艺情境中。
第二部分：
学习新内容（时间：
84钟）
第一节生物制药的概念和研究内容
一、生物制药的概念
生物制药是指利用生物体或生物过程生产药物的技术。
二、生物制药的研究内容
发酵工程制药
基因工程制药
细胞工程制药
酶工程制药
第二节 生物药物的性质与类别
一、生物药物的性质与特点
（一）药理学（pharmacology）特性：
1、活性强:
体内存在的天然活性物质。
2、治疗针对性强,基于生理生化机制。
3、毒副作用一般较少，营养价值高。
4、可能具免疫原性或产生过敏反应。
（二）理化特性：
1.含量低、杂质多、工艺复杂、收率低、技术要求高；
2.组成结构复杂，具严格空间结构，才有生物活性。
对多种物理、化学、生物学因素不稳定。
3.活性高，有效剂量小，对制品的有效性，安全性要严格要求（包括标准品的制订）。
二、生物药物的分类
现代生物药物分四大类：
（1）重组DNA药物（又称基因工程药物）
（2）基因药物：
以遗传物质DNA、RNA为物质基础制造的药物
一般把采用DNA重组技术或单克隆抗体技
术或其他生物技术制造的蛋白质、抗体或核
酸类药物统称为生物技术药物（biotechdrug），在我国又统称为生物制品。
（3）天然生物药物
（4）合成或半合成生物药物
第三节生物制药的发展历史和概况
一、生物制药的发展历史
1.传统生物制药技术阶段：
指从生物材料粗加工制成粗制剂阶段。
2.近代生物制药发展阶段
（1）脏器制药与微生物制药时期
（2）生化制药工业时代
3.现代生物制药阶段：
特点是以基因工程为主导，包括细胞工程、发酵工程、酶工程和组织工程为技术基础。
二、生物制药的发展概况
基因工程
细胞工程
微生物工程
酶工程
教师活动：
增加有趣的实例，介绍生物制药的典型产品。
课堂小结：
本章内容及讲授的改进意见
增加具体操作的录像材料，提高学生的感性理解。
第三部分：
布置作业、说清楚作业的要求（时间：
1分钟）
1、简述生物制药工艺学的性质和任务
2、生物药物有哪几类？
DNA重组药物与基因药物有什么区别？
3、生物药物发展过程有哪几个阶段？
简述生物药物的发展方向。
4、生物药物有哪些作用特点？
5、DNA重组药物主要有哪几类？
举例说明之。
6、术语：
药物与药品，生物药物，DNA重组药物，基因药物，生化药物，微生物药物，生物制品
教学后记
湖北生物科技职业学院
课 时 教 案
讲授人
方绪凤
课 时
2学时
序 号
2
课题内容
第二章微生物发酵制药技术
第一节第二节
教学时间
教学方法
课堂讲授
教学课型
理论□√实验□习题□
实践□复习□其它□
教学手段
采用课堂讲授方式进行，以PPT为主，板书为辅
教学目的
1、掌握微生物菌种的选育及保藏，培养基制备及灭菌操作技术
2、了解微生物发酵药物的分类
重点难点
重点：
微生物菌种的选育及保藏、培养基制备及灭菌操作技术
难点：
微生物发酵药物的分类
参考资料
《制药工艺学》，陈平等主编，湖北科学技术出版社，2008
《生物制药工艺学》第二版，吴梧桐主编，中国医药科技出版社，2006
《生物制药工艺学》，陈电容，朱照静主编，人民卫生出版社，2009
《生物合成药物学》，褚志义主编，化学工业出版社，2000
教学
进程
教学
进程
（续）
第一部分：
组织教学和复习上次课主要内容（时间：
5分钟）
情境导入：
抗生素作为微生物发酵的典型实例，首先给学生进行讲解，提问学生为什么可以进行微生物发酵生产抗生素？
微生物发酵制药需要哪些技术？
设计意图：
首先了解学生学习《发酵工程》这门课的程度，然后根据学生掌握的情况重点介绍微生物发酵制药的特点和优势。
第二部分：
学习新内容（时间：
84钟）
第二章微生物发酵制药技术
第一节概述
一、微生物发酵制药的发展简史
第一阶段
1676年制成第一台显微镜——微生物的存在
1857年巴斯德证明了酒精是由活的酵母发酵引起的
1897年毕希纳发现磨碎的酵母仍使糖发酵形成酒精——酶
第二阶段
对发酵技术的认识起始于19世纪末，主要来自于厌氧发酵，如利用酵母菌、乳酸菌生产酒精、乳酸和各种发酵食品。
第三阶段
20世纪40年代初，第二次世界大战爆发，青霉素迅速工业大规摸生产。
深层培养、生产大规模化、多种抗生素、氨基酸、核酸发酵成功。
第四阶段
20世纪50年代，利用代谢调控发酵氨基酸、核酸。
20世纪70年代，利用固定化酶或细胞连续发酵。
20世纪80年代，基因工程、蛋白质工程、细胞融合技术等高新技术应用阶段。
发酵工程制药的特点
发展趋势
利用DNA重组技术和细胞工程技术的发展、新的工程菌和新型微生物的开发
新型的生理活性多肽和蛋白质类药物：
干扰素、白介素促红细胞生成素等；
新型菌体制剂和疫苗。
二、微生物发酵制药研究的内容
利用微生物技术，通过高度工程化的新型综合技术，以利用微生物反应过程为基础，依赖于微生物机体在反应器内的生长繁殖及代谢过程来合成一定产物，通过分离纯化进行提取精制，并最终制剂成型来实现药物产品的生产。
三、微生物发酵药物的来源
微生物菌体发酵、微生物酶发酵、微生物代谢产物发酵、微生物转化发酵
四、微生物发酵药物的分类
按其化学本质和化学特征进行分类：
抗生素类药、氨基酸类药、核苷酸类药、维生素类药、甾体类激素治疗酶及酶抑制剂
第二节制药微生物与产物的生物合成
一、常见的制药用微生物：
细菌、放线菌、真菌
二、制药微生物菌种的选育
生产力：
能在廉价的培养基上迅速生长，所需的代谢产物的产量高，其它类似代谢产物少
操作性：
培养条件简单，发酵易控制，产品易分离
稳定性：
抗噬菌体能力强，菌种纯粹，遗传性状稳定、不易变异退化
安全性：
非病源菌，不产有害生物活性物质或毒素
三、制药微生物菌种的保藏
目的：
保证菌种经过较长时间后仍保持生活能力，防止被杂菌污染，形态特征和生理形状尽可能不发生变异。
菌种保藏三要素
典型菌种的优良纯种的休眠体；
创造有利于种子休眠的环境（低温、干燥、缺氧、避光、缺少营养）；
尽可能采用多种不同的手段保藏同一菌株。
课堂小结：
制药用微生物将会通过图片形式详细给学生做个讲解，并且加以总结。
第三部分：
布置作业、说清楚作业的要求（时间：
1分钟）
1、什么是自然育种和诱变育种？
2、菌种保藏的方法有哪些？
3、何谓菌种退化？
如何检查菌种退化？
教学后记
湖北生物科技职业学院
课 时 教 案
讲授人
方绪凤
课 时
2学时
序 号
3
课题内容
第二章微生物发酵制药技术
第三节
教学时间
教学方法
课堂讲授
教学课型
理论□√实验□习题□
实践□复习□其它□
教学手段
采用课堂讲授方式进行，以PPT为主，板书为辅
教学目的
1、熟悉微生物代谢产物的生物合成
2、了解发酵工艺条件的确定
重点难点
重点：
微生物代谢产物的生物合成
难点：
发酵工艺条件的确定
参考资料
《制药工艺学》，陈平等主编，湖北科学技术出版社，2008
《生物制药工艺学》第二版，吴梧桐主编，中国医药科技出版社，2006
《生物制药工艺学》，陈电容，朱照静主编，人民卫生出版社，2009
《生物合成药物学》，褚志义主编，化学工业出版社，2000
教学
进程
教学
进程
（续）
第一部分：
组织教学和复习上次课主要内容（时间：
5分钟）
课堂提问：
什么是自然育种和诱变育种？
菌种保藏的方法有哪些？
第二部分：
学习新内容（时间：
84钟）
情境导入：
上节课详细介绍了微生物发酵制药的发展历史，研究内容，以及微生物发酵药物的来源制药等内容，这节课讲继续讲解微生物与产物的生物合成、发酵工艺条件的确定以及发酵工程制药的过程与控制，学生可能在《发酵工程》这门课中有所学习，故通过提问一些相关问题来了解学生掌握的情况。
设计意图：
首先了解学生学习《发酵工程》这门课的程度，然后根据学生掌握的情况重点介绍微生物发酵制药的工艺过程与控制。
第二章微生物发酵制药技术
四、微生物代谢产物的生物合成
（一）微生物合成的初级代谢产物
（二）微生物次级代谢产物的生物合成次级
1、微生物合成的次级代谢产物的基本特征
（1）次级代谢产物具有种特异性
（2）分批发酵时产生菌生长周期有三个时期
（3）次级代谢产物不少是结构相似的混合物
（4）次级代谢产物的合成受多基因控制
（三）微生物生物合成的主要调节机制
1、初级代谢产物生物合成中的主要调控机制
2、次级代谢产物生物合成中的主要调控机制
第三节发酵工艺条件的确定
一、培养基及其制备
（一）培养基的成分
（二）培养基的种类与选择
（三）影响培养基质量的因素
二、灭菌操作技术
（一）灭菌原理和灭菌操作
（二）无菌检查与染菌的处理
三、微生物发酵的三种主要操作方式
分批发酵、补料分批发酵、连续发酵
四、发酵过程中的主要参数及控制
（一）发酵过程的主要控制参数
（二）基质对发酵的影响及补料的控制
（三）温度对发酵的影响及其控制
（四）pH对发酵的影响及其控制
（五）溶氧对发酵的影响及其控制
（六）二氧化碳的影响及其控制
（七）泡沫的影响及其控制
（八）发酵终点的确定
（九）异常发酵的处理
●教师活动：
引导学生举出实际例子，并通过单个实例延伸出微生物发酵制药的工艺技术，及总结特点。
课堂小结：
微生物发酵制药需要的工艺条件及其控制方法
●学习方法体会：
1、学习灭菌操作技术时，必须知道灭菌的方法主要包括化学灭菌、辐射灭菌、热灭菌、过滤除菌等四种，同时要清楚各种灭菌方法的适用范围。
2、要理解发酵过程中主要控制参数是如何影响发酵过程，同时还要利用这些参数控制对工艺进行优化。
第三部分：
布置作业、说清楚作业的要求（时间：
1分钟）
1、发酵过程中的主要参数如何控制？
2、异常发酵有哪几种现象？
如何处理？
3、影响培养基质量的因素
4、染菌如何防治？
教学后记
湖北生物科技职业学院
课 时 教 案
讲授人
方绪凤
课 时
2学时
序 号
4
课题内容
第三章基因工程制药技术
第一节第二节
教学时间
教学方法
课堂讲授
教学课型
理论□√实验□习题□
实践□复习□其它□
教学手段
采用课堂讲授方式进行，以PPT为主，板书为辅
教学目的
1、掌握基因工程制药的基本概念
2、掌握基因工程制药的基本生产过程和方法
重点难点
重点：
基因工程制药的过程
难点：
基因工程菌株的培养、基因工程菌发酵条件及分离纯化技术方法
参考资料
《制药工艺学》，陈平等主编，湖北科学技术出版社，2008
《生物制药工艺学》第二版，吴梧桐主编，中国医药科技出版社，2006
《生物制药工艺学》，陈电容，朱照静主编，人民卫生出版社，2009
《生物合成药物学》，褚志义主编，化学工业出版社，2000
教学
进程
教学
进程
（续）
第一部分：
组织教学和复习上次课主要内容（时间：
5分钟）
情境导入：
干扰素的生产
什么是干扰素？
传统方法：
从人血液中的白细胞内提取
每300L血液才能提取1mg
基因工程：
将干扰素基因转移到大肠杆菌中，每千克培养液可提取20-40mg
设计意图：
通过干扰素的实例开始介绍基因工程制药的特点。
首先培养学生对基因工程的兴趣，从实际生活出发，由浅入深，从实际应用到理论学习。
第二部分：
学习新内容（时间：
84钟）
第三章基因工程制药技术
第一节概述
一、基因工程制药
传统制药存在的问题：
A、材料来源困难或制造技术问题而无法付诸应用；
B、从动物脏器中提取出来，也因造价太高，或因来源困难而供不应求；
C、由于免疫抗原等缘故，使它们在使用上受到限制。
基因工程技术生产药品的优点
a.可大量生产过去难以获得的生理活性多肽和蛋白质，为临床使用提供有效的保障；
b.可以提供足够数量的生理活性物质，以便对其生理生化和结构进行深入的研究，从而扩大这些物质的应用范围；
c.利用基因工程技术可以发现、挖掘更多的内源性生理活性物质；
d.内源性生理活性物质在作为药物使用时存在的不足之处，可以通过基因工程和蛋白质工程进行改造；
e.利用基因工程技术可获得新型化合物，扩大药物筛选来源。
基因工程药物的分类
1.按结构著称的不同,可分为蛋白多肽类药物、基因工程疫苗和核酸类药物;
2.按作用方式可将基因工程药物分为基因水平作用药物、转录水平药物、蛋白质水平药物;
3.按基因工程药物作用机理也可分为三类，其一,蛋白或多肽药品;其二,基因工程疫苗;其三,反义核酸、核酶和RNAi.
4.激素和多肽类
二、基因工程制药的发展
三、我国基因工程药物的现状
起步较晚，基础较差。
α1b型基因工程干扰素是由我国自行研制开发的具有国际先进水平的生物高科技成果，于1997年通过Ⅲ期临床，并获得国家一类新药证书，成为“863”计划生物技术领域第一个实现产业化的基因工程药物。
目前我国已批准15种基因工程药物和疫苗上市，在研究开发中的也有10余种。
第二节重组DNA技术的基本过程
一、概述基因操作的过程示意图：
分切接转筛表
二、目的基因的获得
（一）从基因文库中获取目的基因
（二）PCR（三）化学合成法
三、载体及其改造
①作用：
将外源基因送入受体细胞
②特点：
③举例：
质粒、噬菌体和动植物病毒
四、体外DNA重组
●教师活动：
向学生提问目的DNA与载体的连接策略有哪些？
连接策略：
1.粘端DNA间的连接
1）同一限制性内切酶切割位点连接
2）不同限制性内切酶切割位点连接
2.平端DNA间的连接
1）同聚物加尾连接
2）人工接头连接
五、重组DNA的转化
●教师活动：
问题：
重组DNA常用的转化方法有哪两种？
六、重组体的筛选鉴定与目的基因的表达
筛选与鉴定的方法
1、抗抗生素基因
2、酶活性
3、限制性内切酶酶切图谱分析：
外源片段通过特定的酶切位点插入到载体上，因此，可以通过这些限制性酶酶切重组质粒，电泳分析插入片段长度是否正确。
4、核酸杂交
5、免疫反应
6、PCR
7、DNA序列分析
目的基因的表达
利用基因操作技术克隆目的基因，使其在一个适宜的体系中高效表达，最终获得有价值的蛋白质产品，这一过程包括目的基因的复制、表达及其表达产物的加工、分离纯化和检测等。
目的DNA受体菌的表达是基因操作技术中最后也是十分关键的一步。
目的DNA能否高效表达，除与表达载体自身特点及诱导条件（如温度、pH和诱导物等）有关外，还取决于受体细胞容许目的DNA表达的多个层次。
课堂小结：
基因工程的主要步骤：
分、切、接、转、筛、表
第三部分：
布置作业、说清楚作业的要求（时间：
1分钟）
1.简述重组DNA技术的基本原理，如何获得目的基因？
2.常见的基因载体有哪些？
如何构建基因重组体？
3.DNA重组体主要有哪几种表达系统？
各有什么特点？
教学后记
湖北生物科技职业学院
课 时 教 案
讲授人
方绪凤
课 时
2学时
序 号
5
课题内容
第三章基因工程制药技术
第三节第四节
教学时间
教学方法
课堂讲授
教学课型
理论□√实验□习题□
实践□复习□其它□
教学手段
采用课堂讲授方式进行，以PPT为主，板书为辅
教学目的
1、了解基因工程中常用的工具酶、载体和表达体系
2、掌握基因工程制药的生产，能够理论联系实际
重点难点
重点：
基因工程制药的生产
难点：
基因的获得、载体的选择、目的基因和载体的连接等技术
参考资料
《制药工艺学》，陈平等主编，湖北科学技术出版社，2008
《生物制药工艺学》第二版，吴梧桐主编，中国医药科技出版社，2006
《生物制药工艺学》，陈电容，朱照静主编，人民卫生出版社，2009
《生物合成药物学》，褚志义主编，化学工业出版社，2000
教学
进程
教学
进程
（续）
第一部分：
组织教学和复习上次课主要内容（时间：
5分钟）
复习提问：
1、基因工程菌的构建过程？
2、基因工程制药的基本过程？
第二部分：
学习新内容（时间：
84钟）
情境导入：
基因工程药物常分为四类：
激素和多肽类、酶、重组疫苗及单克隆抗体。
留心生活中接触到的基因工程产品，分析其所属类型、应用，进一步了解其生产方法，生产过程并将其系统化，加深印象。
设计意图：
将抽象的理论知识联系实际，使学生增加学习兴趣，并能解决实际问题。
第三节基因工程工具酶和载体
一、基因工程的常用酶
（一）限制性内切酶
（二）连接酶
（三）其他基因工程工具酶
二、常用的克隆载体
（一）概述
（二）克隆载体
三、基因工程中常用的表达系统
（一）原核表达体系
1、大肠埃希菌表达系统
2、芽孢杆菌
3、链霉菌
（二）真核生物表达体系
1、酵母表达体系
2、昆虫细胞表达体系
3、哺乳动物细胞表达体系
4、植物细胞表达系统
（三）转基因植物
（四）转基因动物
●教师活动：
学习目的基因的获得、载体的选择、目的基因和载体的连接等方法时，在此基础上了解重组载体转入宿主细胞、重组子的筛选、目的基因在宿主细胞中的表达、基因工程药物的分离纯化方法。
第四节基因工程药物的生产
一、基因工程菌株的培养
（一）培养基的组成
（二）培养温度
（三）培养方式
二、基因工程菌的发酵条件
（一）培养基
（二）接种量
（三）温度
（四）溶解氧
实例分析：
HBsAg重组酵母Pichiapastoris的高密度培养
三、基因工程药物的分离纯化
（一）影响基因工程产物分离纯化工艺的主要因素
（二）主要的分离技术
（三）纯化方法
四、各种产物表达形式采用的分离纯化方法
（一）细胞内不溶性表达产物---包涵体
（二）分泌型表达产物
（三）大肠埃希菌细胞内可溶性表达产物
（四）大肠埃希菌细胞周质表达蛋白
五、基因工程药物的质量控制
●教师活动：
学习基因工程药品的生产工艺这一主线时，适当扩大学习内容范围，重点掌握基本技能操作。
课堂小结：
第三部分：
布置作业、说清楚作业的要求（时间：
1分钟）
1、简述影响基因工程菌发酵的因素。
2、简述基因工程药物的分离、纯化方法。
3、结合本章基因工程药物探讨分析艾滋病基因工程疫苗的制备思路。
教学后记
湖北生物科技职业学院
课 时 教 案
讲授人
方绪凤
课 时
2学时
序 号
6
课题内容
第四章细胞工程制药技术
第一节第二节
教学时间
教学方法
课堂讲授
教学课型
理论□√实验□习题□
实践□复习□其它□
教学手段
采用课堂讲授方式进行，以PPT为主，板书为辅
教学目的
1、掌握原生质体的制备和促进细胞、原生质体融合的方法及影响
2、熟悉杂交瘤技术、单克隆抗体特点
重点难点
重点：
原生质体的制备和促进细胞、原生质体融合的方法及影响
难点：
杂交瘤技术、单克隆抗体特点
参考资料
《制药工艺学》，陈平等主编，湖北科学技术出版社，2008
《生物制药工艺学》第二版，吴梧桐主编，中国医药科技出版社，2006
《生物制药工艺学》，陈电容，朱照静主编，人民卫生出版社，2009
《生物合成药物学》，褚志义主编，化学工业出版社，2000
教学
进程
教学
进程
（续）
第一部分：
组织教学和复习上次课主要内容（时间：
5分钟）
情境导入：
通过图片展开介绍细胞工程制药技术的建立和发展及相关实验室设备与生物反应器类型。
设计意图：
让学生通过学习为有计划、大规模地培养生物组织和细胞以及获得生物及其产品奠定基础。
第二部分：
学习新内容（时间：
84钟）
第一节概述
细胞工程的概念：
所涉及的主要技术有：
动植物组织和细胞培养技术、细胞融合技术、细胞器移植技术和细胞重组技术、体外受精技术、染色体工程技术、DNA重组技术
第二节细胞融合技术
一、细胞融合技术的建立和发展
（一）细胞融合（cellfusion），又称体细胞杂交（somatichybridiazation），是指两个或更多个相同或不同细胞通过膜融合形成单个细胞的过程。
（二）细胞融合研究进展
●教师活动：
以时间为轴介绍细胞融合研究发展的过程
细胞融合的意义
二、动物细胞融合和体细胞杂交
（一）促进细胞融合的方法
1、仙台病毒法
2、聚乙二醇（PEG）法
3、电融合法
（二）杂交瘤技术
概念：
只针对某一抗原决定簇的抗体分子称为单克隆抗体。
单克隆抗体技术的核心是用骨髓瘤细胞（myelomacell）与经特定抗源免疫刺激的B淋巴细胞（antigenstimulatedBlymphobl
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