现代生物制药工艺学.docx

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现代生物制药工艺学

第一章绪论

一、生物药物的定义

生物药物是指运用生物学、医学、生物化学等的研究成果，利用生物体、生物组织、体液或其他代谢产物，综合应用化学、生物技术、分离纯化工程和药学等学科的原理与方法加工、制成的一类用于预防、治疗和诊断疾病的物质。

四、生物药物的分类

（一）、按照药物的化学本质和化学特性分类

1、氨基酸类药物及其衍生物

2、多肽和蛋白质类药物

3、酶类药物

4、核酸及其降解物和衍生物

5、多糖类药物

6、脂类药物

7、维生素

（二）、按原料来源分类

1、人体组织来源的生物药物

2、动物组织来源的生物药物

3、微生物来源的生物药物

4、植物来源的生物药物

5、海洋生物来源的生物药物

（三）、按功能用途分类

1、治疗药物

2、预防药物

3、诊断药物

4、其他用途

五、我国生物药物面临的问题，如何解决？

新药物研发周期长，研发费用高昂，成功率低，上市后专利有效期短，商业化压力大等。

　创新和变革

第二章生物药物的质量管理和控制

一、生物药物质量检验的程序与方法

1、取样2、鉴别3、检查4、含量测定5、写出检验报告

二、药物的ADME的定义

药物在体内的整个过程通常用ADME表示，A表示吸收，即药物在体内的吸收；D表示分布即药物在体内的分布，；M表示代谢，即药物在体内的代谢转化；E表示排泄，即药物及其代谢产物自体内的排除

三、生物药物常用的定量分析方法

1、酶法2、电泳法（包括自由界面电泳、区带电泳和高效毛细管电泳）

3、理化测定法4、生物检定法

四、什么叫基因工程药物？

GMP、GLP、GCP的定义？

1、采用新的生物技术方法，利用细菌、酵母或哺乳动物细胞作为活性宿主，进行生产的作为治疗、诊断等用途的多肽和蛋白质类药物。

2、GMP—药品生产质量管理规范

GLP—药品非临床研究质量管理规范

GCP—药品临床研究质量管理规范

第三章抗生素的概述

一、抗生素的定义

抗生素是生物再其生命活动过程中产生的（或并用化学、生物或生物化学方法衍生的）、在低微浓度下能选择性地抑制他种生物机能的化学物质。

二、抗生素的分类

1、根据抗生素的生物来源分类

（1）放线菌产生的抗生素

（2）真菌产生的抗生素

（3）细菌产生的抗生素

（4）其他生物（动物、植物、海洋生物等）产生的抗生素

2、根据抗生素的生物合成途径分类

（1）、氨基酸、肽类衍生物

①简单的氨基酸衍生物如环丝氨酸

②寡肽抗生素如青霉素

③多肽类抗生素如多黏菌素

④多肽大环内酯抗生素如放线菌素

⑤含嘌呤和嘧啶碱基的抗生素如曲古霉素

（2）糖类衍生物

①糖苷类抗生素如链霉素

②与大环内酯连接的糖苷抗生素

（3）以乙酸、丙酸为单位的衍生物

①乙酸衍生物如四环类抗生素

②丙酸衍生物如红霉素

③多烯和多炔类抗生素如制酶菌素

3、按化学结构分类

（1）B-内酰胺类抗生素

（2）氨基糖苷类抗生素

（3）大环内酯类抗生素

（4）四环类抗生素

（5）多肽类抗生素

三、抗生素剂量表示法

（1）指定单位（unit）—主要用于初期的抗生素或新抗生素，这些往往是不纯的制品，不能用活性单位来衡量抗生素的作用强度，只能人为地指定其活性单位。

（2）活性质量—仅以分子结构中活性部分的质量计算，只要用于分子结构清楚、构效关系明确的单一组分的纯净制品，如硫酸阿米卡星，其活性成分为阿米卡星碱，即1mg阿米卡星碱等于1000ug阿米卡星单位。

四、抗生素的应用

医疗上、农业上、畜牧业上、食品保藏中、工业上、科学研究中的应用P（38-39）

第四章B-内酰胺类抗生素

一、青霉素的发酵生产

1、工艺要点

（1）生产孢子的制备—将砂土孢子用甘油、葡萄糖和蛋白胨组成的培养基进行斜面培养后，移到大米固体培养基上，与25摄氏度培养7天，孢子成熟后进行真空干燥，低温保存备用

（2）生产种子的制备

（3）发酵生产

2、影响发酵产率的因素及发酵过程控制

（1）基质浓度的影响

（2）前提的影响及控制

（3）pH值的影响及控制

（4）温度的影响及控制

（5）溶氧的在线控制

（6）补料的影响及控制

（7）铁离子的影响及控制

二、青霉素的提取与精制的方法

1、提取与精制—溶剂萃取法：

发酵液的过滤与预处理、萃取和精制、结晶

第五章大环内酯类抗生素

一、可分为哪三类？

多氧大环内酯、多烯大环内酯、蒽沙大环内酯

二、红霉素的结构

红霉素是由红霉内酯与去氧氨基己糖和红霉糖缩合而成的碱性苷

第六章四环类抗生素

一、四环素的发酵工艺

1、生产菌种：

四环素生产采用合成金霉素的金色链霉菌菌株，通过在特定的培养条件下，控制产生菌的生物合成方向，使其产生95%以上的四环素。

2、种子制备及控制要点

（1）孢子制备—金色链霉菌在保存于繁殖过程中较易发生菌落形态上的变异，虽已纯化，还会出现多种菌落形态。

自然分离流程：

砂土管—母斜面—子斜面—种子罐—发酵罐

（2）种子培养—一般以蛋白胨、花生饼粉、淀粉等为主要成分，与30—32摄氏度，经24—27h培养即可成熟，其标志是：

菌丝形态处第二期末或第三期初；菌落处于代谢旺盛阶段，碳、氮源明显被利用；

二、四环素的提取和精制的方法

1、沉淀法—四环素发酵滤液，调pH=9.0左右，加入一定量的氯化钙，使其形成钙盐沉淀。

2、离子交换法—四环类抗生素在酸性下成一价阳离子；在等电点附近，成偶极离子；在碱性下，成一价阴离子，当碱性增强时，成二价阴离子，因此磺酸型树脂在酸性条件下能吸附四环素：

RSO3—H++（四环素）=RSO3-*（四环素）++H+

3、四环素纯化方法—为减少成品中差向四环素的含量，可通过四环素与尿素生成复合物而纯化。

第七章氨基糖苷类抗生素

一、氨基糖苷类抗生素的分类（根据氨基环醇与氨基糖的种类与结合方式）

1、链霉弧衍生物组—都含有链霉弧结构的衍生物，如链霉素小组

2、2—去氧链霉胺衍生物组—以2—去氧链霉胺

（二）为母体所衍生的一类抗生素

3、其他氨基环醇衍生物组—①有效霉胺类型②春日糖胺类型③福提霉胺类型

二、链霉素发酵生产工艺

1、发酵工艺及控制要点

（1）过程：

①斜面孢子培养②摇瓶种子培养③种子罐扩大培养④发酵罐培养

（2）控制要点：

①溶氧的影响及控制—灰色链霉菌是一种高密度需氧菌，链霉菌的临界溶氧浓度约为10^-5mol/L，在此值上，细胞的摄氧率大最大限度，也能保证有较高的发酵单位。

②温度的影响及控制—灰色链霉菌对温度敏感，链霉菌发酵温度以28.5摄氏度左右为宜。

③pH值的影响及控制—pH值低于6.0或高于7.5，对链霉菌的生物合成都不利，使用pH值自动控制装置，提高发酵单位。

④中间补料控制—可延长发酵周期、提高产量

第八章现代生物技术在抗生素工业中的应用

一、克隆抗生素生物合成基因的方法

1、阻断变株法

2、突变克隆法

3、直接克隆法

4、克隆抗生素抗性基因法

5、寡核苷酸探针法

6、同源基因杂交法

7、在标准系统中克隆检测单基因产物法

二、提高抗生素产量的方法

1、将产生菌基因随机克隆至原株直接筛选高产菌株

2、增加参与生物合成限速阶段基因的拷贝数

3、强化正调节基因的作用

4、增加抗性基因

三、靶酶与受体的定义

1、靶酶：

作为药物靶点的酶，以酶为靶位来筛选研究新药是一门十分重要的手段。

通过抑制酶活性，修复紊乱的调节机制；或促进酶活性，恢复正常生理现象

2、受体：

指存在于细胞核内的生物大分子，如糖蛋白，脂蛋白和核酸，其结构的某一特定部位能准确地识别并特异结合某些专一性配体。

第九章生化药品概论

一、生化药品的分类

1、氨基酸及其衍生物类药物

2、多肽和蛋白质类药物

3、酶类药物

4、核酸及其降解物和衍生物类药物

5、糖类药物

6、脂类药物

二、生化药物的特点

1、生物原材料的复杂性

2、生化物质种类多，有效成分含量低

3、生物材料的种属特性

4、药物活性与分子空间构象相关

5、对制备技术条件要求高

三、生物材料的预处理——由于生物活性物质大多存在组织细胞中

1、组织与细胞的破碎：

①物理法（如磨切法）②化学法（用稀酸、碱，浓盐，有机溶剂或表面活性剂等方法处理细胞）③生物法（如组织自溶法、酶解法、噬菌体法）

2、细胞器的分离：

均浆破碎细胞，离心分离，获得特定的细胞器，进一步分离产物

3、制备丙酮粉：

使材料脱水，脱脂，使细胞结构松散，增加物质的稳定性

四、生物活性物质的提取方法

1、用酸、碱、盐水溶液提取

2、用表面活性剂提取

3、有机溶剂提取——固—液提取，液—液提取

五、生化物质的分离纯化

（一）生物制药分离纯化的特点：

①生物材料组分非常复杂

②有些化合物在生物材料中含量极微

③生物活性成分离开生物体后易变性失活

④分离方法几乎都在溶液中进行

⑤为了保护目的物的生理活性及结构的完整性，分离方法多采用温和的“多阶式”方法进行

（二）分离纯化的基本原理

①根据分子形状和大小不同进行分离。

如差速离心与超速离心、膜分离与超过滤、凝胶过滤法

②根据分子荷电性质差异进行分离。

如离子交换法、电泳法、等电聚焦法。

③根据分子极性大小及溶解度不同进行分离。

如溶剂提取法、逆流分配法等

第十章氨基酸药物

一、氨基酸的生产方法

1、蛋白水解法

2、化学合成法

3、酶法

4、直接发酵法

5、微生物生物合成法

二、赖氨酸生物合成途径（需要经过二氨基庚二酸（DAP）合成赖氨酸）P144-145

三、赖氨酸发酵工艺及控制要点

（一）发酵工艺条件及其影响因素

①温度②pH的控制③种龄和接种量④供氧对赖氨酸发酵的影响

⑤生物素对赖氨酸生物合成的影响——生物素有促进草酰乙酸生成，增加天冬氨酸的供给，提高赖氨酸产量的作用（P148）

⑥硫酸铵对赖氨酸发酵的影响—当硫酸铵含量大时菌体生长迅速，但赖氨酸产量低

四、赖氨酸的提取和精制的三个阶段

（一）发酵液的预处理—去除菌体和影响提取收率的杂质离子，离心分离法和添加絮凝剂沉淀

（二）赖氨酸的提取

①沉淀法—利用赖氨酸生产难溶性盐而沉淀分离，或使赖氨酸结晶析出

②有机溶剂抽提法

③离子交换树脂吸附法（目前采用法，回收率高，产品纯度高，洗脱剂：

从树脂上氨基酸所采用的洗脱剂有氨水、氨水+氯化铵或氢氧化钠）

④电渗析法

（三）赖氨酸的的精制

1、浓缩与除氨—经过离子交换提取的赖氨酸洗脱液，体积较大，赖氨酸含量低

2、赖氨酸盐酸盐的结晶与分离

3、赖氨酸盐酸盐的重结晶与干燥

第十一章多肽与蛋白质类药物

一、基本概念

多肽类生化药物：

是以多肽激素和多肽细胞生长调节因子为主的一大类内源性活性成分

二、多肽药物的制备

（一）降钙素—由甲状腺内的滤泡旁细胞（C细胞）分泌的一种调节血钙浓度的多肽激素

①功能及作用：

抑制破骨细胞活力，阻止钙从骨中释出，降低血钙的功能

②生产工艺（p159）

三、主要蛋白质类药物的制备

（一）白蛋白制备工艺过程及控制要点

①络合

②解离

③分离

④超滤

⑤热处理

⑥澄清和除菌

⑦分装

（二）人血丙种球蛋白制备工艺及控制要点

（三）干扰素

1、定义：

由诱生剂诱导有关细胞所产生的一类高活性、多功能的诱生蛋白质。

2、生物学功能及用途：

①抑制病毒等细胞内微生物的增殖②抗细胞增殖③通过作用于巨噬细胞、NK细胞、T淋巴细胞、B淋巴细胞而进行免疫调节④改变细胞表面的状态，使负电荷增加，组织相容性抗原表达增加⑤增加细胞对双链DNA的敏感性

（四）胰岛素

1、生产工艺

2、工艺过程及控制要点

①提取—

②碱化、酸化—

③减压浓缩—

④去脂、盐析—

⑤精制—

⑥结晶—

⑦回收—

第十二章核酸类药物

一、核酸类药物的生产方法

1、酶解法：

先用糖质原料、亚硫酸纸浆废液或其他原料发酵生产酵母，再从酵母菌体中提取核糖核酸。

2、半合成法：

即微生物发酵和化学合成并用的方法。

3、直接发酵法：

根据生产菌的特点，采用营养缺陷型株或营养缺陷型兼结构类似物抗性菌株，通过控制适当的发酵条件，打破菌体对核酸类似物的代谢调控控制，使之发酵生产大量的目的核苷或核苷酸。

二、聚肌胞甘酸（聚肌胞）的生产P193

1、聚肌胞定义及功能：

是干扰素诱导物，有广谱抗病毒活性，抗病毒，抗肿瘤，增强淋巴细胞免疫功能和抑制核酸代谢，注入人体诱导产生干扰素。

2、生产工艺流程：

底物预处理——酶促反应——分离——等物质的量polyI和polyC混合

第十三章酶类药物

一、酶的纯化

1、评价指标：

①酶比活②总活力回收率

2、技术难题：

（1）杂质的除去：

（除杂蛋白、多糖、脂类和核酸）①调pH值和加热沉淀法②蛋白质表面变性法③选择性变性法④降解或沉淀核酸法⑤利用结合底物保护法除去杂蛋白

（2）脱盐：

（用于酶的提纯以及酶的性质研究）①透析②凝胶过滤

（3）浓缩：

①冷冻干燥法②离子交换法③超滤法④凝胶吸水法

（4）酶的结晶：

①盐析法②有机溶剂法③复合结晶法④透析平衡法⑤等电点法

二、影响酶产量的因素

1、温度2、发酵的pH值3、通气和搅拌（加快氧的溶解速率）

4、泡沫和消沫剂（由于泡沫会阻碍CO2的排出）

5、添加诱导剂和抑制剂

三、尿激酶

1、定义：

是一种碱性蛋白酶，由肾脏产生，主要存在于人及哺乳动物的尿中

2、工艺流程：

收尿—沉淀处理—硅藻土吸附—洗脱—除热原和色素—CM—C浓缩—透析除盐

3、质量控制：

成品尿激酶为无色澄清液或白色冻干粉末，每毫克蛋白的活力不得低于12*10^4IU,活力测定方法（①气泡上升法②平板法

第十四章糖类药物

一、糖类药物的生理活性

1、调节免疫功能

2、抗感染作用

3、促进细胞DNA、蛋白质合成可促进细胞增殖和生长

4、抗辐射损失作用

5、抗凝血作用

6、降血脂、抗动脉粥样硬化作用

二、多糖的提取

1、提取方法

（1）稀碱液提取——主要用于难溶于冷水、热水、可溶于稀碱的多糖。

（2）热水提取——适用于难溶于冷水和乙醇，易溶于热水的多糖。

（3）黏多糖的提取——多数可用水或盐溶液直接提取，但大部分黏多糖与蛋白质结合于细胞中，需用酶解法或碱解法裂解糖—蛋白间的结合键

第十五章脂类药物

一、前列腺素E2（PGE2）

1、定义：

是前列腺素的一种，其在体内可由花生四烯酸经PG合成酶转化而成。

2、工艺流程:

酶的制备——酶的转化——粗品PG制备——分离PGE2——纯化PGE2

3、质量标准

（1）鉴别——为无色或微黄色无菌澄清透明醇溶液……

（2）检查——含银量不得超过0.02%

（3）含量测定——每0.5mL内含2mgPGE2,其含量应不低于标示量的85%

二、胆固醇

1、定义：

属固醇类药物之一，为甾体化合物

2、生产工艺：

提取——浓缩与溶解——结晶与水解——重结晶

第十六章维生素及辅酶类药物

一、概述

1、基本概念：

是维持机体正常代谢机能的一类化学结构不同的小分子有机化物

2、特点：

①维生素不能供给能量，也不是组织细胞的结构成分，而是一种活性物质，对机体代谢起调节和整合作用

②维生素需求量很少

③绝大多数维生素是通过辅酶或辅基的形式参与体内酶促反应体系

④人体内缺乏维生素时，会发生一类特殊的疾病，称“维生素缺乏症”

二、维生素及辅酶类药物的一般生产方法

1、化学合成法——根据已知维生素的化学结构，采用有机化学合成原理和方法，制造维生素

2、发酵法——即人工培养微生物方法生产各种维生素

3、直接从生物材料中提取——主要从生物组织中，采用缓冲液抽提、有机溶剂萃取等，如：

从猪心中提取辅酶Q10

三、维生素C

1、定义：

又名抗坏血酸，化学名称为L-2,3,5,6-四羟基-2-己烯酸-y-内酯，是细胞氧化-还原反应中的催化剂

2、两步发酵法生产工艺流程

（1）工艺流程

（2）控制要点：

（山梨糖的制备是关键的一步）

①山梨醇发酵菌种

②发酵条件——（温度为26-30摄氏度，最适pH值为4.4-6.8.）

四、辅酶I

1、定义：

又称NAD+,为烟酰胺腺嘌呤二核苷酸，是脱氢酶的辅酶，在生物氧化过程中作为氢的受体或供体，其传递氢的作用。

2、生产工艺：

3、工艺过程及控制要点

①细胞破壁、提取——

②吸附、洗脱——

③中和、吸附——

④洗脱、吸附、洗脱——

⑤沉淀、干燥——

第十七章甾类激素药物

一、甾类激素药物的分类

肾上腺皮质激素、性激素、蛋白同化激素

二、微生物转化的特点和类型

1、特点;

①可减少化学合成步骤，简化生产设备，缩短生产周期。

②可提高产物得率和质量

③可进行化学法难以进行的反应

④微生物产生的酶系种类最多

⑤可改善工人的劳动条件，避免或减少使用强酸、强碱或有毒物质

2、类型：

氧化反应、还原反应、水解反应

第十八章生物制品

一、基本概念

1、生物制品：

（广义）生物制品是指应用普通的或以基因工程、细胞工程、蛋白质工程、发酵工程等生物技术获得的微生物、细胞及各种动物和人源的组织和液体等生物材料制备的，用于人类疾病预防、治疗和诊断的药品。

生物制品不同于一般医用药品，它是通过刺激机体免疫系统,产生免疫物质（如抗体）才发挥其功效，在人体内出现体液免疫、细胞免疫或细胞介导免疫。

2、亚单位疫苗：

利用病原体的某一部分通过基因工程克隆而制的疫苗

3、活体重组疫苗：

通过基因克隆的方法，对非致病性微生物进行改造，使之携带并表达某种特定病原体的抗原决定簇基因，产生免疫原性或通过基因工程的方法修饰或删除致病性微生物的毒性基因，使之保持免疫原性所制成的疫苗

4、核酸疫苗：

把外源基因克隆到真核质粒表达载体上，然后将重组的质粒DNA直接注射到动物体内，使外源基因在生物体内表达，产生的抗原激活机体的免疫系统。

5、免疫佐剂及其效应：

指与抗原同时或预先运用，能增强机体对抗原的免疫应答能力，或改变免疫应答的物质。

6、基因治疗：

将具有正常功能的基因转移到病人体内并发挥功能，纠正病人体内所缺乏的蛋白质或赋予机体新的抗病功能。

二、生物制品的免疫学基础

1、机体的抗感染系统：

分为先天性免疫和获得性免疫

2、人工免疫：

（1）人工自动免疫——是给机体输入抗原物质，使免疫系统因抗原刺激而产生类似感染时所发生的免疫过程，从而产生特异性免疫，这种免疫力出现较慢。

（2）人工被动免疫——输入免疫血清（含特异性抗体），使机体获得一定免疫力，以达到防治某些疾病的目的

三、蛋白质含量的测定

①凯氏定氮法②双缩脲法③酚试剂法④紫外吸收法

四、类毒素和抗生素的单位测定

1、絮状单位（L1）测定：

能和一个单位抗毒素首先发生絮状沉淀反应的类毒素，即一个絮状单位。

常用以表示类毒素或毒素的效价

2、结合单位（BU）测定：

能与0.01单位抗毒素中和的最小类毒素量称为一个结合单位。

常用以表示破伤风类毒素的效价

3、抗毒素单位测定：

目前国际上都用“国际单位”（IU）代表抗毒素的效价。

当与一个L+量的毒素作用后，再注射动物，能使动物在一定时间内死去或呈现一定反应所以需要的最小抗毒素量，即为一个抗毒素国际单位

五、单克隆抗体生产工艺及特点

1、工艺流程：

2、特点：

特异性高，亲和力强，效价高，血清交叉反应少的优点。