生物药物概论

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1、第二章 生物药物概论第二章 生物药物概论第一节 生物药物的来源、特性、分类与 制备第二节 人体来源的药物第三节 动物来源的药物第四节 植物来源的药物第五节 海洋生物药物第一节 生物药物的来源、特性、分类与制备蛋白质、酶、核酸、激素、抗体、细胞因 子等与代谢相关的物质都可能成为药物。 一、 来源 生物药物的定义：是指运用微生物学、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 利用微生物学、化学、生物化学、生物技 术、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。生物药物原料以天然的生物材料为主， 包括人体、动物、植物、微生物和各种 海洋生物等。随

2、着生物技术的发展，有 目的人工制得的生物原料成为当前生物 制药原料的重要来源，如用免疫法制得 的动物原料、用基因工程技术制得的微 生物或其他细胞原料等。二、生物药物的特性1、药理学特性 （1）治疗的针对性强 治疗的生理、生化机制 合理，疗效可靠。如细胞色素c为呼吸链的一 个重要成员，用它治疗因组织缺氧所引起的一 系列疾病，效果显著。 （2）药理活性高 生物药物是精制出来的高活 性物质，因此具有高效的药理活性 （3）毒副作用小，营养价值高 （4）生物副作用常有发生 (5)用量少，价值高2、在生产、制备中的特殊性（1）原料中的有效物质含量低：杂质种 类、含量高，提取、纯化工艺复杂。（2）稳定性差：

3、活性部位与空间构象的 理化影响因素（3）易腐败：由于生物药物原料都是营 养价值高的物质，因此对活性及无菌操 作等要求严格二、生物药物的特性（4）注射用药有特殊要求：生物药物由 于易被胃肠道中的酶所分解，所以给药 途径主要是注射用药，因此对药品制剂 的均一性、安全性、稳定性、有效性等 都有严格要求。同时对其理化性质、检 验方法、剂型、剂量、处方、贮存方式 等亦有明确的要求。二、生物药物的特性3、检验上的特殊性由于生物药物具有特殊的生理功能，因 此生物药物不仅要有理化检验指标，更 要有生物活性检验指标。三、生物药物的分类生物药物的分类方法有以下三种：1、按药物的化学本质和化学特性来分；2、按原料来

4、源来分类；3、按生理功能和临床用途来分类1、按药物的化学本质和化学特性来分 ； 生物药物的有效成分多数是比较清楚的， 因此有利于比较一类药物的结构和功能的 关系、分离制备方法的特点和检测方法的 统一等。主要有： （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：酶类按其功能分为 消化酶类、消炎酶类、心脑血管疾病治疗 酶类、抗肿瘤酶类、氧化还原酶类等，一 部分辅酶亦属于核酸类药物。 （4）核酸及其降解物和衍生物类药物；（5）糖类药物：以粘多糖为主；（6）脂类药物：主要有脂肪和脂肪酸类 、磷脂类、胆酸类、固醇类、卟啉类等；（7）细胞生长因子类；（8）生物制品类：从微

5、生物、原虫、动 物或人体材料直接制备或用现代生物技术 、化学方法制成作为预防、治疗、诊断特 定传染病或其他疾病的制剂，统称为生物 制品2、按原料的来源分类按原料来源分类，有利于对不同原料进行综合 利用、开发研究。对于生物技术药物来说，不 同原料来源的生物药物对生物技术的要求有所 不同。分类如下： （1）人体组织来源的生物药物：主要有人血液 制品类、人胎盘制品类、人尿制品类； （2）动物组织来源的生物药物：动物的脏器、 其他小动物制得的药物如蛇毒、蜂毒等。 （3）植物组织来源的生物药物：中草药、有效 成分； （4）微生物来源的药物：抗生素、酶、氨基酸 、维生素等； （5）海洋生物来源的药物；3、

6、按生理功能和用途分类生物药物广泛用作医疗用品，在医学、预防医学 、保健医学等领域都发挥着重要作用，大致分四 类：（1）治疗药物：对疑难杂症如肿瘤、爱滋病、 免疫性疾病、内分泌障碍等具有特殊的作用；（2）预防药物：对传染病的预防；（3）诊断药物：免疫诊断试剂、单克隆抗体诊 断试剂、酶诊断试剂、放射性诊断药物和基因诊 断药物等；某些生物活性物质亦是检测疾病的指 标，如谷草转氨酶等；（4）其它生物医药用品：生物药物在其他方面 应用也很广泛：如生化试剂、保健品、化妆品、 食品、医用材料等。四、生物药物的制备生物药物的提取与分离方法因为原材料、 药物的种类和性质不同而有很大差异。这 里作简要介绍：1、生

7、物药物原料的选择、预处理与保存 方法；2、生物药物的提取；3、蛋白质类药物的分离纯化方法；4、核酸类药物的分离纯化；5、糖类药物的分离纯化方法6、脂类药物的分离纯化方法；7、氨基酸类药物的分离纯化方法1、生物药物原料的选择、预处理与保存方法（1）原料选择 选择原则主要为：有效成 分含量高、原料来源丰富，易得；原料中 杂质含量少；原料成本低等；另外植物原 料采收具有季节性、微生物原料要注意微 生物生长的对数期、动物原料有的要注意 动物的年龄与性别。 （2）原料的预处理与保存：动物原料采 集后要立即处理，去除结缔组织、脂肪组 织等，并迅速冷冻贮存。植物原料确定后 ，要择时采集并就地去除不用的的部分

8、， 有用部分保鲜处理，收集微生物时要及时 将菌细胞与培养液分开，进行保鲜处理。原料的保存方法主要有：（1）冷冻法， 该法适用于所有生物原料。常用-40速冻 。（2）有机溶剂脱水法。常用的有机溶 剂是丙酮。该法适用于原料少而价值高、 有机溶剂对活性物质没有破坏作用的原料 ，如脑垂体等。（3）防腐剂保鲜。常用 乙醇、苯酚等。该法适用于液体原料，如 发酵液、提取液等。2、生物药物的提取（1）生物组织和细胞的破碎 常用的破碎 方法一是磨切法，使用的设备有组织捣 碎机、胶体磨、匀浆器、匀质机、球磨 机、乳钵等；二是压力法，有加压和减 压两种；三是反复冻融法，该方法设备 简便，活性保持好，用时较长；四是超

9、 声波振荡破碎法，该法破碎效果较好， 对活性有损失；五是自溶法或酶解法， 用得较少。（2）提取 生物组织与细胞破碎后要立即 进行提取。提取时，首先要根据活性物 质的性质，选择提取试剂。提取试剂主 要有：水、缓冲溶液、盐溶液、乙醇、 其他有机溶剂（如氯仿、丙酮等）。其 次是考虑提取溶剂的用量及提取次数、 提取时间。三是注意提取的温度、pH、 变性剂等因素。3、蛋白质类药物的分离纯化方法所说的蛋白质类药物包括蛋白质、多肽和 酶类等药物。分离纯化方法主要有： （1）沉淀法 蛋白质、酶的初步纯化往往 用沉淀法。其原理是使蛋白质胶体颗粒破 碎，从而沉淀蛋白质。常用的有盐析法、 有机溶剂沉淀法、等电点沉淀

10、法、与靶物 质结合沉淀法（如抗原抗体）等。 （2）按分子大小分离的方法 有超滤法和 透析法（即膜分离法）、凝胶层析法、超 速离心法等。其中膜分离法可用于生物大 分子的浓缩、分级和脱盐。3、蛋白质类药物的分离纯化方法（3）按分子所带电荷进行分离的方法 氨基 酸、多肽、蛋白质、酶均为两性电解质。 根据它们的等电点不同，调节pH值进行交 换、电泳、等电聚焦法等。（4）亲和层析法 大部分生物活性物质都有 其作用的靶物质，如酶与底物（或抑制剂 ）、抗原与抗体、激素与受体等。4、核酸类药物的分离纯化方法核酸类药物生产方法主要有提取法和发酵 法。提取法生产DNA和RNA的主要技术 是，先提取核酸和蛋白质复合

11、物，再解离 核酸与蛋白质，然后分离RNA与DNA。 发酵法主要用于生产单核苷酸。5、糖类药物的分离纯化方法（1）提取方法非降解法适用于从含一种粘多糖的动物 组织中提取粘多糖，提取采用的溶剂是 水或盐溶液。降解法适用于从组织中提取结合比较牢 固的粘多糖。如从软骨中分离提取硫酸 软骨素，就是用碱处理进行降解。又如 用酶处理法可提取与蛋白质结合的多糖（2）分离方法常用的分离方法是沉淀法和离子交换层析法。 乙醇沉淀法是从提取液中沉淀多糖最简易方法 ，也适用于分级分离。45倍体积的乙醇可以使 任何结缔组织中的粘多糖完全沉淀。用季铵化 合物也可沉淀粘多糖。粘多糖的聚阴离子能与 某些阳离子表面活性剂结合成不

12、溶于水的盐， 如CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)等离子交换层析法。粘多糖的聚阴离子能够很快 地被阴离子交换剂吸附和分离，如Dowex I-X2 离子交换树脂、DEAE-离子交换纤维素等。洗 脱可用NaCl溶液进行梯度洗脱。6、脂类药物的分离纯化方法（1）提取方法： 脂类自然状态下是以结 合形式存在的。非极性脂是与其他脂质 分子或蛋白分子的疏水区相结合的。提 取脂质药物就是要选择适当的溶剂来破 坏这种结合键，将脂质溶解出来。常用 的溶剂有组合溶剂，醇是其中的主要成 分，此外还有氯仿、甲醇、水等。（2）纯化方法 沉淀法：由于不同脂质在丙酮中溶解度不同， 故常用它进行沉淀； 吸附层析法：常用吸附剂有

13、硅胶、氧化铝等。 它是通过极性和离子力等把各种化合物结合到 固体吸附剂上。洗脱一般用极性逐渐增大的洗 脱液来进行，非极性的先流出； 离子交换层析法：脂质分子的存在有非解离、 两性离子和酸式解离三种状态，根据它们在一 定pH条件下解离情况，选择适当的离子交换剂 可将它们提纯，如TEAE-纤维素(三乙氨基乙基 纤维素 ) 对分离脂肪酸和胆汁酸等特别有效。7、氨基酸类药物的分离纯化方法(1) 氨基酸的生产方法蛋白质水解法：酸水解、碱水解和酶水解 三种。用盐酸水解为常用方法，其优点是 水解迅速完全，产物全部是L-型氨基酸， 缺点是色氨酸全部被破坏，丝氨酸等部分 被破坏；碱水解较容易产生消旋作用，较 少

14、应用。酶水解法水解不够完全。发酵法：发酵法主要是选育特异产生某种 氨基酸的菌株，经过发酵后，从培养液中 提纯氨基酸。化学合成与酶促合成法：化学合成法一 般得到的是DL-型氨基酸，尚需要对异构 体拆分；酶促合成法也是酶工程在医药 工业上应用的一个内容，优点是技术工 艺简单，转化率高，副产物少，容易提 纯等。（2）氨基酸的分离方法常用的氨基酸分离提纯方法有沉淀法、吸 附法和离子交换法。 沉淀法；根据形成沉淀的原理不同分为两 种：一种是依据不同氨基酸在水中或其他 溶剂中的溶解度差异进行分离。另一是用 特殊试剂沉淀某种氨基酸，如用邻二甲苯- 4-磺酸与亮氨酸形成不溶性盐沉淀，再用 氨水分解，使亮氨酸游

15、离出来。 吸附法；这是利用吸附剂根据氨基酸吸附 力的差异进行氨基酸分离的方法。苯丙氨 酸、酪氨酸、色氨酸的分离就是利用活性 碳对其吸附的原理离子交换法：氨基酸是两性电解质，在 一定pH条件下，不同氨基酸带电性质及 解离状态是不同的，因此在离子交换剂 上被吸附的强度不同。常用的离子交换 剂为强酸型阳离子交换树脂，洗脱主要 用pH梯度洗脱。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二、人体来源药物的种类与用途三、人体来源药物的制备实例四、人体药物的研究前景一、人体来源药物的特点与研究意义1、人体来源的生物药物特点 （1）安全性好：需要保证来源于健康人 （2）效价高，疗效可靠；因为纯度高

16、 （3）稳定性好：可以加工成冻干试剂， 10以下可保存2年以上，利于运输、贮 存和使用 2、研究意义 （1）资源的有限性：人体来源是有限的 （2）意义：从药学角度研究清楚人体来 源的结构和功能，对于使用现代生物技术 生产药物具有重大意义，如胰岛素的生产 。二、人体来源药物的种类与用途1、人血液制品：全血制品、血液成分制 品、血浆成分制品和体液细胞内成分制品 等。血液成分制品包括红细胞、白细胞、 血小板和血浆。这类成分主要通过离心、 过滤技术获得。(1) 红细胞制剂：凡在需要提高血液携氧 能力和补充血红蛋白，而又不需要补充维 持血容量的场合，均可输用“压积红细胞” 等红细胞制剂。压积红细胞、少含白细胞 的压积红细胞、冰冻贮藏红细胞。（2）白细胞浓缩液：输注白细胞疗法，一般 在肿瘤病人经细胞药物治疗后，处于骨髓细胞 抑制期间遭受感染且各种抗菌素治疗无效情况 下采用，疗效显著。 白