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1、生物技术制药复习资料（Biotechnological Pharmaceutics）第一章 绪论一、概述1.概念：生物药物（生物制药）是泛指包括生物制品在内的生物体的初级和次级代谢产物或生物体的某一组成部分，甚至整个生物体用作诊断和治疗疾病的医药品。|采用现代生物技术人为地创造一些条件，借助某些微生物、植物或动物来生产所需的医药品，叫做生物技术制药。2.技术范畴：基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、生化工程以及后来衍生出来的第二代、第三代的蛋白质工程、抗体工程、糖链工程和海洋生物技术等。3.相关学科：有生物学（含微生物学、分子生物学、遗传学等）、化学、工程学（化学工程、电子工程等）、医学、药
2、学、农学等。但从基础学科来讲，生物学、化学和工程学是其主要的学科。4.应用范围：（1）医药；（2）农业；（3）食品；（4）工业；（5）环境净化；（6）能源。二、生物技术的发展简史1.传统生物技术阶段主要产品：乳酸、酒精、丙酮、丁酸、柠檬酸、淀粉酶。生产的特点：过程简单，大多属兼气发酵或表面培养，生产设备要求不高，产品化学结构简单，属初级代谢产物。2.近代生物技术阶段主要产品：抗生素、维生素、甾体、氨基酸；食品工业的工业酶制剂、食用氨基酸、酵母、啤酒；化工业的酒精、丙酮、丁醇、沼气；农林业的农药；环境保护业的生物治理污染。 生物技术的特点：（1）产品类型多，初级（氨基酸、酶、有机酸）、次级（抗生
3、素）、生物转化（甾体）；（2）生物技术要求高，纯种、无菌、通气，产品质量要求也高；（3）生产设备规模大；（4）技术发展速度快。3.现代生物技术主要产品：胰岛素、干扰素、生长激素等。生物技术的内容包括：（1）重组DNA技术及其它转基因技术（基因工程）；（2）细胞和原生质体融合技术（细胞工程）；（3）酶或细胞的固定化技术（酶工程）；（4）植物脱毒和快速繁殖技术；（5）动物细胞大量培养技术；（6）动物胚胎工程技术；（7）现代发酵技术；（8）现代生物反应工程和分离工程技术；（9）蛋白质工程技术；（10）海洋生物技术。三、医药生物技术的新进展1.基础研究不断深入2.新产品不断出现3.新试剂、新技术不断出
4、现4.新型生物反应器和新分离技术不断出现四、我国的医药生物技术五、医药生物技术的新进展1.利用新发现的人类基因，开发新型药剂。2.新型疫苗的研制。3.基因工程活性肽。4.其他。如疾病早期诊断，PCR，单克隆抗体。第二章 生物药物概论第一节 生物药物的来源、特性、分类与制备一、生物药物的来源1.生物药物是指运用生物学、医学、生物化学等的研究成果，从生物体、生物组织、细胞、体液等，综合利用物理学、化学、生物化学、生物技术和药学等学科的原理和方法制造的一类用于预防、治疗和诊断的制品。2.生物药物的原料来源天然的生物材料：人体、动植物、微生物和各种海洋生物。人工制得的生物原料如基因工程技术制得的微生物
5、或细胞。二、生物药物的特性1.药理学特性（优点）（1）治疗的针对性强。细胞色素C用于治疗组织缺氧所引起的一系列疾病；（2）药理活性高。注射用的纯ATP可以直接供给机体能量；（3）毒副作用小，营养价值高。蛋白质、核酸、糖类、脂类等生物药物本身就直接取自体内；（4）生理副作用常有发生。生物体之间的种属差异及个体差异，用药时会发生免疫反应和过敏反应。2.生产、设备中的特殊性（1）原料中的有效物含量低。激素、酶在体内含量极低；（2）稳定性差。生物药物的分子结构中具有特定的活性部位，该部位有严格的空间结构，一旦结构破坏，生物活性也就随着消失；（3）易腐败。生物药物营养价值高，易染菌、腐败。生产过程中应低
6、温、无菌；（4）注射用药有特殊要求。均一性、安全性、稳定性、有效性。3.检验上的特殊性由于生物药物具有生理功能，故生物药物不仅要有理化检验指标，更要有生理活性检验指标。三、生物药物的分类1.（生物制药的研究内容）按生物工程学科范围分为四类分类：（1）发酵工程制药；（2）基因工程制药：（3）细胞工程制药；（4）酶工程制药。2.按药物的结构分类：（1）氨基酸及其衍生物类药物；（2）多肽和蛋白质类药物；（3）酶和辅酶类药物；（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；（7）细胞生长因子；（8）生物制品类。3.按来源分类：（1）人体组织来源。疗效好、无副作用、来源有限。（2）动
7、物组织来源。动物脏器，来源丰富、价格低廉、可以批量生产。（3）植物组织来源。中草药，酶、蛋白质、核酸。（4）微生物来源。抗生素、氨基酸、维生素、酶。（5）海洋生物来源。动植物、微生物。4.按生理功能和用途分类：（1）治疗药物。肿瘤、艾滋病、心脑血管疾病等。（2）预防药物。传染性强的疾病，疫苗、菌苗、类毒素。（3）诊断药物。速度快、灵敏度高、特异性强。免疫诊断、酶诊断、基因诊断试剂。（4）其它。生化试剂、保健品、化妆品、食品、医用材料。四、生物药物的制备过程1.生物药物原料的选择、预处理与保存方法（1）原料选择原则有效成分含量高，原料新鲜，来源丰富、易得，产地较近，原料中杂质含量少，成本低。 （
8、原料 粗提 精提）生物技术 单元操作（2）预处理与保存预处理：就地采集后去除结缔组织、脂肪组织等不用的成分，将有用成分保鲜处理，收集微生物原料时，要及时将菌体与培养液分开，进行保鲜处理。保存方法：冷冻法，适用于所有生物材料，-40；有机溶剂脱水法，丙酮，适用于原料少、价值高，有机溶剂对原料生物活性无影响；防腐剂保鲜，常用乙醇、苯酚等，适用于液体原料，如发酵液、提取液。第二节 人体来源的药物一、人体来源药物的特点与研究意义1.人体来源的药物的特点（1）安全性好。不易产生副反应。（2）效价高、疗效可靠。质量好、效价高。（3）稳定性好。冻干制剂10度以下可保存2年以上。3.研究意义（1）资源的有限性
9、；（2）意义。3.蛋白质类药物分离提取方法（1）沉淀法（盐析、有机溶剂、等电点）；（2）按分子大小分离（超滤、透析、层析、离心）；（3）电荷（离子交换、层析、电泳、等电聚焦）；（4）亲和层析法（酶与底物、抗原与抗体）。二、人体来源药物的种类和用途1.人血液成分制品（1）红细胞制剂；（2）白细胞浓缩液；（3）血小板制剂；（4）新鲜冰冻血浆（FFP）。2.血浆的综合利用（1）传输蛋白质；（2）免疫球蛋白；（3）凝血系统蛋白；（4）补体系统蛋白；（5）蛋白酶抑制物类。3.人体液细胞中的活性物质体液细胞包括红细胞、白细胞、淋巴细胞、血小板、成纤维细胞等。活性物质主要是干扰素、白介素-2、超氧化物歧化酶
10、等。4.人类来源的其他原料的利用5.细胞因子6.人体激素激素是调节机体正常发育和活动的重要物质，是由一类动物体内腺体细胞和非腺体组织细胞所分泌的化学信息分子。激素主要有：蛋白质激素、多肽激素、氨基酸衍生物激素、脂类激素。激素在体内含量很低，研究目的不是用生物体来提取，而是用于指导用其他原料进行生产和如何正确使用激素药物进行治疗。现在的生产方法有：用动物提取，半合成法，基因工程法。第三节 动物来源的药物三、动物来源药物的种类与用途1.动物多肽与蛋白质类药物（1）动物多肽药物的重要性与种类重要性：脑垂体所分泌的多肽激素，药效显著，且毒副作用小，通过对这些活性物质的结构和功能的研究，有助于我们设计和
11、研制新型药物。（2）动物蛋白类药物2.动物酶与辅酶类药物种类：促消化酶类（胃酶可口服，蛋白酶，胰酶）；消炎酶类（溶菌酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶等可提高毛细血管通透性，消退浮肿）；治疗心血管疾病（纤溶酶、尿激酶、凝血酶）；抗肿瘤的酶（天冬氨酰酶、谷氨酰胺酶、半胱氨酸酶、组氨酸酶）。3.动物核酸类药物4.动物糖类药物5.动物脂类药物：脂肪酸及其衍生物、磷脂类、胆酸类、卟啉和衍生物。第四节 植物来源的药物一、糖类单糖、多糖、寡糖。二、脂类、类脂、固醇及其衍生物三、蛋白质、多肽及其活性物质四、化合物特别小分子化合物及其衍生物。是近几年来研究最为活跃的领域。 实例：超氧化物歧化酶的制备、精油、南瓜多糖等。第
12、五节 海洋生物药物一、取得重要进展的领域（1）海洋生物抗癌活性物质；（2）海洋生物抗菌活性物质；（3）海洋生物抗心血管疾病活性物质；（4）海洋生物抗放射性活性物质及酶类；（5）海洋前列腺素；（6）海洋保健品、螺旋藻；（7）海洋医用生物材料。鲎试剂、河豚毒素试剂、甲壳素、珊瑚。二、我国发展海洋药物的主攻方向1.海洋生物活性物质的研究2.大力促进海洋生物技术在开发海洋药物上的应用3.开发新的海洋中成药和新剂型4.充分利用海洋资源，开发海洋保健品5.开发新的海洋医用生物材料第三章 生物技术制药单元操作与药物生产的质量控制第一节 生物技术制药单元操作一、概述生物药物的提取和纯化可分为5个主要步骤：预处
13、理、固液分离、浓缩、纯化和产品定型（干燥，制丸，挤压，造粒，制片），每一步骤都可采用各种单元操作。在提取纯化过程中，要尽可能减少操作步骤，因为每一操作步骤都不可避免带来损失。操作步骤多，总收率就会下降。二、提取纯化的工艺论证工艺验证，就是通过系统的方法得到关于生产工艺的书面材料，证明并保证生产过程能始终如一地生产出特定的高质量的产品。工艺验证的范围：厂房设施、工程仪表、机械设施、生产环境、工艺条件、计算机软件、介质、原材料、半成品、成品、操作人员素质和测试方法等。以上各个部分都要有验证材料或试验数据，根据这些材料和数据写出验证报告。当工艺的某一部分有较大变动时（如大修、工艺条件变化），要进行重
14、新验证，即再验证。再验证是针对某一部分的行动，而不是整个工艺过程的验证，因而比较简单、快速、易行。 验证的实施过程包括以下步骤：提出验证要求，组织验证小组，制定验证方案，实施验证试验，写出验证报告，再验证等。三、原料选择、预处理与固液分离技术（一）原料选择的基本准则1.在大量的信息资料和实践经验的基础上，选择目标原料；2.选择有效成分含量高的新鲜材料；3.来源丰富易得；4.制造工艺简单易行；利用不同蛋白质在不同浓度的有机溶剂中的溶解度差异而分离目的蛋白质的方法。蛋白质的沉淀与溶解，与溶剂的介电常数有关。降低溶液的介电常数，使其溶解度变小，同时，还破坏蛋白质的水化膜而使蛋白质沉淀析出。有机沉淀法
15、应注意的问题：（1）控制工艺过程的温度：整个操作规程应在低温下进行，而且最好是同一温度。（2）防止溶剂局部温度过高：加入有机溶剂时搅拌要均匀，速度要适当，避免局部浓度过高，引起沉淀物的破坏、变性或失活。（3）及时处理沉淀物：沉淀物经过滤或离心后，要立即用水或缓冲液溶解，降低有机溶剂的浓度。（4）pH的选择：在待沉淀蛋白质的pI附近（，蛋白质在pI时的溶解度最小）。（5）有机溶剂是酶和蛋白质的变性因素，尤其是对敏感酶类。3.等电点沉淀法利用蛋白质在等电点时的溶解度最低，而各种蛋白质又具有不同的等电点的特性进行分离的工艺过程。4.水溶性非离子型聚合物沉淀法在一定的pH值下，盐浓度越高，所需PEG时浓度越低，溶液的pH越接近目的物的等电点，沉淀所需PEG的浓度越低。五、萃取（一）双水相萃取双水相体系的形成是两种天然或合成的亲水性聚合物水溶液相互混合，由于较强的斥力或空间位阻，相互之间无法渗透，在一定条件下，即可形成双水相体系。双水相萃取的技术特征：（1）体系有生物亲和性。（2）体系能进行萃取性的生物转化。（3）体系能与细胞相结合，操作既节省萃取设备和时间，又避免了胞内酶的损失。（4）亲和萃取可大大提高分配系数和萃取专一性。（5）
