第3章利用生讲义物合成原理寻找微生物新药
微生物药物学教学大纲
湖北省高等教育自学考试大纲课程名称：生物制药学课程代码：6711第一部分课程性质与目标一、课程性质与特点生物药物是指由生物体或者生物代谢产生的具有药理活性的产物及其衍生物，生物技术药物指利用现代生物技术制备的药物，生物制药学阐述的内容包括生物药物和生物技术药物的制备，具体内容涵盖上述二者有关的生物合成途径、代谢调控原理、作用机制、生物物种选育以及寻找新药的基本方法和途径等。
因此，生物制药学应用性很强，是一门涉及到有机化学、生物化学、微生物学、分子生物学和药理学等多门学科相互渗透的综合性科学。
二、课程目标与基本要求通过学习，应掌握以下基本内容：1. 绪论2. 生物技术制药概论3. 抗体制药4. 基因工程制药5. 动物细胞工程制药6. 植物细胞工程制药7. 酶工程制药8. 发酵工程制药三、与本专业其他课程的关系生物制药学是生物工程专业和生物科学专业的自考生学位课。
课程教学以讲授为主，授课时间为36-48小时，其先修课程主要为生物化学、微生物学和发酵工艺学第二部分考核内容与考核目标第一章绪论1.1 生物药物的定义、生物制药学及其发展（识记）。
1.2 生物技术制药（识记和理解）。
第二章基因工程制药2.1 基因工程制药基本程序（识记和理解）。
2.2 目的基因的获得（识记和理解）。
2.3 药物基因的表达载体的构建和异源表达（识记和理解）。
2.4 药物基因在各类细胞中的高效表达（识记和理解）。
2.5 基因工程药物的分离纯化（识记和理解）。
第三章动物细胞工程制药（识记）第四章抗体制药4.1鼠源性单克隆抗体的制备（识记和理解）。
4.2 基因工程抗体（识记和理解）。
4.3 抗体工程（识记）。
4.4 抗体诊断制剂（识记和理解）。
4.7 抗体治疗药物（识记和理解）。
第五章植物细胞工程制药（识记）第六章酶工程制药6.1 酶和细胞固定化（识记和理解）。
6.2 固定化酶反应器（识记和理解）。
第七章发酵工程制药（识记）第三部分有关说明与实施要求一、考核的能力层次表述本大纲在考核目标中，按照“识记”、“理解”、“应用”三个能力层次规定其应达到的能力层次要求。
合成生物学在新药开发中的应用
合成生物学在新药开发中的应用新药研发对于保障人类健康至关重要，而寻找和开发合适的治疗药物往往需要长时间和大量资金。
传统的药物研发过程中需要大量的试验和大量的成本支出，但是现代合成生物学的出现，为药物研发带来了新的机遇和挑战。
合成生物学利用细胞和代谢通路重构、合成和操控来创造具有新功能的细胞和化合物，可以提高药物研发的效率和降低成本。
在这篇文章中，我们将探讨合成生物学在新药开发中的应用，并且探索一些成功的例子。
1. 合成生物学的基本概念合成生物学是一种基于工程思维的新型生物学科学，主要研究人工制造和改进生命体系的过程和方法，以及在基因和代谢通路水平上操作和调节细胞以实现部件和功能调整。
合成生物学将传统生物学的方法和技术与生物信息、计算机科学和工程学等领域进行交叉结合，以创造更高效、可控和可预测的细胞和化合物生产系统。
2. 合成生物学已经成为了现代药物研发的一种新常态。
利用合成生物学，可以通过不同的途径改变细胞的代谢通路，从而创造出新的分子和化合物。
相比于传统研发方法，合成生物学可以制造出更具有特异性和效率的化合物，为药物研发带来更大的机遇和挑战。
下面是一些合成生物学在新药开发中的应用案例。
（1）功能更优异的酶在一些药物合成过程中，酶的催化活性和选择性是药效的重要因素。
合成生物学可以通过基因工程技术来开辟、调控和优化酶的活性和特性，使其更加适合一个特定的催化任务。
例如，一些研究表明，合成生物学可以通过针对碳酸酐酶的组合优化来增加基于芳香酸酯的药物产量。
（2）新型药物分子的合成利用合成生物学的方法，研究人员可以利用细胞代谢通路进行多种化学反应，进而制造出新型的药物分子。
例如，利用靶向合成酶代替传统的化学合成方法，研究人员已经制造出了多种新型的抗生素，这些抗生素对有害细菌具有更好的抑制作用，同时对正常微生物的损害更小。
（3）快速筛选药物预备品合成生物学可以快速筛选药物预备品。
通常来说，药物研发需要经过大量的试验才能寻找到有活性的化合物。
03 药学研究
菌粉末等制剂中单剂含量偏离标示量的程度。
（三） 生物利用度
1. 概念： 指测定制剂中主药被吸收入血液的程度和
速度。
2. 测定方法：
体液动力学，如血药浓度法和尿药浓度法， 也包括唾液分析法。
3. 表示方法：
绝对生物利用度：试验制剂的AUC与静脉 注射剂AUC的比值。
2. 物理方法：红外，紫外，层析等。红外为首 选方法。色谱法用比移值，但需对照品比较。
四、纯度
是质量控制的重要方面，直接关系药品的安全性 和有效性。 外观形状、物理常数、杂质、含量等均能表示药 物的纯度。 杂质的检查是衡量纯度的一个非常重要的方面。
（一）杂质检查
1. 杂质来源： 生产过程中引入的，如原料、溶剂等； 贮存过程中产生的，如降解产物、污染物。
（二）理化常数
1. 固体药物 包括熔点，溶解度，吸收系数，晶型，结晶水等。
2. 液体药物 测定沸程，相对密度，粘度，折光率等。
3. 手性药物 测定比旋度。
（三）油水分配系数
概念： 指药物在水相和油相（非水相）达平衡时，药
物在非水相中的浓度和在水相中浓度的比值。
测定方法： 体外测定法，正辛醇-水是良好的模拟系统。 摇瓶法为经典法，色谱法为常用法，也可用同 位素标记法。
3. 要求：
（1）疗 效 好; （2）毒副作用小; （3）性能稳定; （4）生产使用方便。
二、影响剂型设计的因素
1. 临床需要 2. 理化性质 3. 稳 定 性 4. 辅 料
（一）临床需要
1. 根据治疗需要： 重症急患，选择速效剂型和非口服剂型 药物作用需持久延缓，选择丸剂、缓释片剂、
微胶囊剂等； 局部用药，选择栓剂、锭剂等。
生物化学与生物物理学
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生物化学与生物物理学
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目录
第1章 简介 第2章 蛋白质结构与功能 第3章 核酸结构与功能 第4章 生物膜结构与运输 第5章 蛋白质折叠与功能失调 第6章 总结与展望
● 01
第一章 简介
生物化学与生物 物理学
生物化学与生物物理 学是研究生物体内分 子结构、功能和相互 作用的学科。生物化 学主要研究生物分子 的结构和功能，生物 物理学主要研究生物 体系的物理性质和过 程。两者相辅相成， 共同推动生命科学的 发展。
● 06
第六章 总结与展望
生物化学与生物物理学的发展
科技进步对生物化学与生物物理学 01 的影响
生物技术的进步加速了生物化学与生物物理 学的研究，推动了相关领域的发展。
02 多学科融合对生物科学的推动
生物化学与生物物理学与其他学科的交叉融 合推动了新的研究方向的产生，为生物科学 的发展提供了新的视角。 03
01 基因组结构的特点
染色体的组成
02 表观遗传修饰对基因表达的影响
DNA甲基化的机制
03
RNA干扰技术
概念与原理
siRNA的作用机 制
应用领域与 展望
生物医学研究中 的应用
总结回顾
核酸结构与 功能的关系
转录与翻译的关 联
生物信息学 的发展
基因组学与蛋白 质组学的应用
● 04
第四章 生物膜结构与运输
● 05
第五章 蛋白质折叠与功能失 调
蛋白质的折叠
蛋白质折叠是一个动 态的过程，需要经历 多个步骤才能形成正 确的三维结构。在此 过程中，分子伴侣和 折叠酶起着重要作用， 协助蛋白质正确折叠 并避免异常聚集。
定向生物合成
青霉素定向生物合成
青霉素和6－APA分子结构及各种天然青霉素的结构与名称
序号 1
青霉素分子的化学结构
H2N O
H C CH CN
S
CH3
C
CH3 CH COOH
6－APA的化学结构
各种天然青霉素具有的侧链和名称
侧
链
R
学
名
俗
名
HO
CH2
对羟基苄青霉素
其基本原理是由于参与这些反应的生物合成酶的 底物专一性较差，而能使外源添加的某些前体物 质竞争性地掺入到特定产物的分子中去。
定向生物合成与微生物新药的发现
次级代谢产物合成酶的特点： 是一个由一系列酶参与催化的多酶体系。
参与催化反应的酶的底物专一性比初级代 谢合成酶要差。
应用实例
应用非遗传操作定向生物合成的方法能够 制备获得许多新的抗生素，其中目前已进 行工业化生产的有：
N(CH3)2 OH
3
9 10
10a 11
11a
12a 2
12
1
NH2
H
OH O
OH O
O
R5
R6
R76－去甲基四环素来自HHH
(1)
7－氯－6－去甲基四环
H
素
H
Cl
(2)
四环素
H
CH3
H
(3)
5－羟基四环素（土霉素）
OH
CH3
H
(4)
7－氯四环素（金霉素）
H
CH3
Cl
(5)
微生物发酵产生的一些四环素类抗生素
青霉素X
2
CH2
微生物天然产物与新药研发
微生物天然产物与新药研发随着抗生素的广泛使用和滥用，耐药性微生物也愈加困扰着人们的健康。
寻找新的抗菌和抗真菌药物的研究变得尤为紧迫。
微生物天然产物成为新药研发的有力资源，因为它们具有广泛的化学多样性和生物活性。
本文将探讨微生物天然产物的结构多样性和生物活性，以及成功应用在新药研发方面的相关案例。
微生物天然产物是什么？微生物天然产物是微生物所产生的天然化合物，从分子上来说，它们非常多样化。
在细菌中，微生物天然产物包括多肽和多糖类物质、酰胺和混合酰胺、生长素以及多种毒素和细胞素等。
真菌生产一些重要的抗生素和外泌物，如青霉素类、庆大霉素类、红霉素类、链霉素类、四环素类、氯霉素类等。
此外，海洋生物也生产一些具有重要活性的生物碱和龙脑烷类化合物。
微生物天然产物的生物活性微生物天然产物具有广泛的生物活性，包括抗生物质、抗肿瘤、抗病原体、抗炎、抗生物光合作用和抗氧化等。
其中，生物碱、多肽和多糖类物质主要表现出抗生物质和抗病原体等活性。
龙脑烷类化合物主要表现为抗肿瘤和抗病原体等活性。
海洋微生物是重要的生物活性产生者，它们生产各种生物碱、萜类、多糖等，这些化合物具有很强的生物活性。
微生物天然产物在新药研发中的应用自20世纪50年代后期以来，微生物天然产物在新药研发中发挥了巨大的作用。
在抗生素面临耐药性问题的情况下，微生物天然产物成为新药研发的重要源头。
在过去的几十年里，已有近900种天然产物被用作新药研发，其中仅2017年就有24种天然产物被认证为新药。
一些成功的案例包括：1. 链霉素类药物：链霉素类药物包括链霉素、卡那霉素和布洛芬等，它们是产自放线菌属细菌的微生物天然产物。
链霉素类抗生素已成为治疗许多细菌感染所必需的药物。
2. 维拉帕米类药物：维拉帕米是产自海洋真菌的一种天然产物，是钙通道拮抗剂的代表性药物，可用于治疗心律紊乱和高血压等疾病。
3. 替珂珠单抗：替珂珠单抗是由单克隆抗体改造而来的药物，可用于治疗白血病和其他癌症。
微生物学教程第二版第一章绪论课后习题答案[5篇模版]
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微生物学教程第二版第一章绪论课后习题答案[5篇模版]第一篇：微生物学教程第二版第一章绪论课后习题答案1、什么是微生物？它包括哪些类群？答：微生物是一切肉眼看不见或看不清的微小生物的总称。
它包括属于原核类的细菌（真菌和古生菌）、放线菌、蓝细菌、支原体、衣原体、立克次氏体；属于真核类的真菌（酵母菌、霉菌、覃菌）、原生动物和显微藻类；以及属于非细胞类的病毒和亚病毒（类病毒、拟病毒、朊病毒）。
2、人类迟至19世纪才真正认识微生物，其中主要克服了哪些重大障碍？答：四个重大障碍分别是：个体过于微小、群体外貌不显、中间杂居混生、形态与其作用后果之间很难被人认识。
克服四个障碍的方法：显微镜的发明、灭菌技术的运用、纯种分离和培养技术的建立等。
3、简述微生物学发展史上5个时期的特点和代表人物。
答：（1）史前期——朦胧阶段特点：人们虽然没有看到微生物，但已经不自觉利用有益微生物，防止有害微生物。
（2）初创期——形态描述阶段特点：这一时期微生物学的研究工作主要是对一些微生物进行形态描述。
代表人物：列文虎克（3）奠基期——生理水平研究阶段特点：这一时期的主要工作是查找各种病原微生物，把微生物学的研究水平从形态描述推进到生理学研究水平，建立了系列微生物学的分支学科。
代表人物：巴斯德、科赫（4）发展期——生化水平研究阶段特点：微生物学的研究进入分子水平，微生物学家的研究工作从上一时期的查找病原微生物转移到寻找各种有益微生物的代谢产物。
代表人物：E·Buchner（5）成熟期——分子生物学水平研究阶段特点：微生物学从一门应用学科发展为前沿基础学科，其研究工作进入分子水平，而微生物因其不同于高等动植物的生物学特性而成为分子生物学研究的主要对象，在应用研究方面，向着更自觉，更有效和可认控的方向发展，与遗传工程、细胞工程和酶工程紧密结合，成为新兴生物工程的主角。
4、试述微生物与当代人类实践的重要关系。
答：（1）在微生物与工业发展的关系上，通过食品罐藏防腐，酿造技术的改造，纯种厌氧发酵的建立，液体深层通气搅拌大规模培养技术的创建以及代谢调控发酵技术的发明，使得古老的酿造技术迅速发展成工业发酵新技术；（2）微生物在当代农业生产中具有十分显著的作用，例如，以菌治害虫和以菌治植病的生物防治技术，以菌增肥效和以菌促生长的微生物增产技术，以菌做饲料和以菌当蔬菜的单细胞蛋白和食用菌生产技术以及以菌产沼气等生物能源技术。
药学导论全部习题详解
第一章1.名词解释：Drug/Medicine（药品）:药品系指用于治疗、预防诊断人的疾病，有目的的调解人的生理功能并规定有适应症、功能主治和用法用量的物质Pharmacy/ Pharmaceutical Science (药学) 研究药物的一门学科，揭示药物与人或者药物与药物，或者药物与病原生物体相互作用的科学。
药学也是研究药物的（来源、曾分、性状）（作用机制、用途）（分析鉴定，加工生产，经营使用、以及管理）Pharmacist （药师）受过高等药学教育，活在医疗防御机构、药事机构或制药企业中从事药物制备、调剂。
检定和生产，并经卫生部审核通过的高级药学人才Licensed Pharmacist （执业药师）通过执业药师资格考试的药物工作者Clinical Pharmacist （临床药师）是以系统临床药学专业知识为基础，熟悉药物性能与应用，了解疾病治疗要求和特点，参与药物治疗方案制定、实施与评价的临床专业技术人员。
Drug therapy/Pharmacotherapy （药物治疗）应用药物对疾病进行治疗Rational administration of drug（合理用药）以安全有效经济适当为原则对药品的使用2.问答题：药品有哪些特殊性？既有效又有毒、具有特殊的用途、特殊时效性、特殊消费方式、特殊质量要求的学科。
(专属性、两重性、质量重要性、限时性)药学学科的任务？研制新药、生产供应药品、保证合理用药、科学监管药品、培养药师、药学科学家、企业家药学包含哪些二级学科？药物化学、生药学、药理学、药剂学、药物分析学、微生物与生物制药药学工作的意义？社会地位、经济地位、自然科学地位（p18） 合理用药的内涵（指标）？安全有效经济适当第二章药化复习思考题1. 名词解释：先导化合物:又称原型物是通过各种途径、方法、手段得到某种具有生物活性的化学结构2. 简述药物的分类化学合成药、天然药、生物技术药3. 药物化学的任务是什么？①研究药物的化学结构与理化性质的定性、定量关系籍以讨论其合成、结构改造及其稳定性，以及毒理作用、生物转化关系、生物效应，为临床提供理论依据。
定向生物合成
青霉素定向生物合成
青霉素和6－APA分子结构及各种天然青霉素的结构与名称
序号 1
青霉素分子的化学结构
H2N O
H C CH CN
S
CH3
C
CH3 CH COOH
6－APA的化学结构
各种天然青霉素具有的侧链和名称
侧
链
R
学
名
俗
名
HO
CH2
对羟基苄青霉素
突变生物合成原理
——阻断突变株的类型
营养缺陷型突变株：
由于编码菌体生长之必须的酶的基因发生了突 变，而使菌体不能生长，导致不能合成次级代 谢产物。因此，这类突变株也可以称为初级代 谢阻断突变株。
独需型突变株：
这种突变株的生长和初级代谢正常，但由于编 码次级代谢产物合成的某一基因发生突变，而 使丧失了合成次级代谢产物的能力。这是突变 生物合成所需要的突变株。
杂交生物合成与微生物新药的发现
葡萄糖
1×CH3COOH 6×CH3CH2COOH
Me
N Me
HO
O Me
HO
Desosamine
Me
Me OH
HO
O
Me
Me
Me
Picronolide
O
2×CH3COOH 5×CH3CH2COH CH3CH2CH2COOH
S.fradia KA－427
Me
NO.261
天然产物 化学 修饰
(1) 诱变处理 (2) 基因操作
(1)
(2)
阻 断 或 非 阻 杂合
断菌株
工程菌
前体物质
微生物或修饰 生物转化与 组合生物转化
微生物在药物研发与创新中的应用与前景展望
微生物在药物研发与创新中的应用与前景展望在药物研发领域中，微生物以其独特的生物学特性和多样的代谢能力，为新药物的发现与开发提供了广阔的空间。
微生物包括细菌、真菌、古菌等，它们在合成新化合物、产生药物代谢产物、发挥抗菌和抗病毒作用等方面发挥着重要作用。
本文将探讨微生物在药物研发与创新中的应用，并展望其未来发展前景。
一、微生物的生物制药应用1、药品合成：微生物可以通过其代谢途径合成多种具有生物活性的产物，如抗生素、酶制剂、激素等。
例如，青霉素和链霉素是由青霉菌和链霉菌生产的；利用基因工程技术可以通过转基因菌株大规模合成重要药物，如丙肝酸、维生素C等。
2、产物提取：微生物的代谢产物中存在许多次生代谢产物，它们在生物学活性和临床应用方面具有潜在的价值。
通过培养筛选、提取和纯化等技术，可以从微生物中获得一系列天然产物，如抗生素、抗肿瘤物质等。
3、工业酶制剂：微生物酶具有高效、高选择性和广泛的反应底物适应性等特点，被广泛应用于制药、食品加工、生物化学等领域。
例如，葡萄糖氧化酶、蛋白酶等通过微生物发酵生产，成为现代生物工程技术中的重要工具。
二、微生物在药物创新中的应用1、抗感染药物：微生物自身具有很强的生物竞争能力，针对微生物感染性疾病的治疗是微生物研发药物的一个重要领域。
例如，利用微生物所产生的抗生素来对抗细菌感染，这已经成为治疗临床感染性疾病的重要手段。
2、抗肿瘤药物：微生物代谢产物中存在许多具有抗肿瘤活性的化合物，这些化合物对肿瘤细胞具有选择性杀伤作用。
通过分离、纯化和结构改造等技术，可以开发出一系列的抗肿瘤药物，如紫杉醇等。
3、新型药物发现：微生物在地球上广泛分布，并且具有巨大的遗传多样性。
研究人员通过对微生物进行筛选和探索，可以发现新的药物候选化合物。
例如，利用微生物进行天然产物的高通量筛选，发现了大量具有潜在药用价值的分子。
三、前景展望随着科技的发展和对微生物了解的加深，微生物在药物研发与创新中的应用前景十分广阔。
微生物药物
核苷类： 阿糖腺苷、嘌呤霉素、多氧菌素、日光霉 素；
抗生素品种从化学结构类别包括（续）：
聚醚类：盐霉素、莫能霉素；（兽药） 蒽环类： 柔红霉素、阿克拉霉素； 醌类： 丝裂霉素C； 甾体类： 羧链孢酸； 安莎类： 利福霉素； 其他： 灰黄霉素、新生霉素、林可霉素、磷霉素、 氯霉素、赤霉素、有效霉素（井岗霉素）。
按照作用机制分类 抑制细胞壁合成的抗生素 影响细胞膜功能的抗生素 抑制病原菌蛋白质合成的抗生素，如四环素 抑制核酸合成的抗生素如丝裂霉素C
——抑制细菌细胞壁的合成 ——
N-乙酰胞壁酸前体 磷霉素→ N-乙酰胞壁酸
-内酰胺类 环丝氨酸↗ 消旋酶 ↓ 万古霉素 杆菌肽 粘肽合成酶 ↘ 合成酶 ↓ N-乙酰胞壁酸 直链十肽 ↓ 粘肽
β-内酰胺类抗生素基本结构
H H 4 H H 4 H H 5 R S RCOHN 5 S CH RCOHN RCOHN 5 4 3 6 3 S 6 7 6 3 8 7 N 3 7 N N 2 2 CH3 O CH A O 1 2 O 1 1 2 COOH COOH Carbapenems Cephalosporins Penicillins
五肽复合物 胞浆内
脂载体 二糖复合物
胞浆膜
细胞膜外
——影响胞浆膜通透性——
氨基苷类抗菌药 → 通过离子吸附作用
多肽类抗菌药
→ 与G- 菌胞浆膜磷脂结合
多烯类抗真菌药 → 与真菌胞浆膜固醇类物质结合 咪唑类抗真菌药 → 抑制真菌胞浆膜麦角固醇合成
—— 抑制核酸合成 ——
喹诺酮类
抑制DNA回旋酶→ 复制受阻 → DNA合成↓ 利福平 抑制依赖DNA的RNA多聚酶→转录受阻 →mRNA↓
传 统 抗 生 素 的 发 展
寻找微生物新药的主要途径和方法
寻找微生物新药的主要途径和方法1. 探索自然资源：寻找微生物新药的一种常见途径是探索自然资源，如海洋、土壤、植物和动物等不同生态环境中的微生物。
2. 核酸测序技术：通过应用先进的核酸测序技术，可以对微生物样本中的基因组进行广泛的分析，以寻找具有潜在药物活性的基因。
3. 培养集合策略：利用增加培养集合的方法，可以使微生物获得更多的基因表达机会，从而较大概率地发现具有生物活性的化合物。
4. 质谱分析技术：质谱分析技术能够对微生物代谢物进行准确的分析，从而发现潜在的新药化合物。
5. 合成技术：通过合成特定结构和功能的化合物，可以利用微生物来合成新型药物。
6. 数字筛选方法：利用计算机模型和算法对大规模化合物进行筛选，从而找到可能具有新药活性的化合物。
7. 生物多样性库筛选：构建和筛选大规模的生物多样性库，以寻找微生物中潜在的新药。
8. 代谢物工程：通过改变微生物的代谢途径或引入新的基因，可以增加微生物产生新药的潜力。
9. 高通量筛选：利用高通量筛选技术，对大量微生物样本进行快速筛选，以找到具有药物活性的微生物。
10. 提取纯化技术：利用不同分离纯化技术，提纯微生物样本中的化合物，并对其活性进行评估。
11. 抗感染活性筛选：对微生物样本进行抗感染活性筛选，以发现针对病原微生物的新药。
12. 抑制生物膜形成筛选：筛选微生物样本中的化合物，以寻找具有抑制生物膜形成能力的新药。
13. 免疫调节活性筛选：对微生物样本中的化合物进行免疫调节活性筛选，以发现具有调节免疫系统功能的新药。
14. 活性靶点筛选：通过对微生物样本中的化合物进行活性靶点筛选，以发现新药的作用机制。
15. 抗肿瘤活性筛选：对微生物样本中的化合物进行抗肿瘤活性筛选，以发现具有抗癌活性的新药。
16. 目标化合物设计：根据已知的药物作用机制和结构信息，设计新的化合物以具有更好的药物活性。
17. 化合物库筛选：利用已有的化合物库进行筛选，以发现微生物样本中具有相似结构或活性的化合物。
合成生物学在新药开发中的作用
合成生物学在新药开发中的作用合成生物学是一门跨学科领域，它将生物学、化学、工程学和信息科学等多个学科融合在一起，旨在设计和构建新型的生物系统和功能。
近年来，合成生物学对新药开发起到了重要作用。
在新药研究和开发过程中，合成生物学的应用为科学家们提供了创新的工具和方法，加速了新药的发现和研发过程，并为治疗一系列疾病提供了新的突破口。
首先，合成生物学在新药开发中充当了重要的基础研究工具。
合成生物学通过建立人工合成的基因组、细胞和微生物等生物系统，为研究基因功能、尤其是与疾病相关的基因功能提供了一种新的途径。
通过利用合成生物学工具，科学家们可以对疾病相关的基因进行精确的修饰和调控，从而研究其在疾病发展中的影响和作用机制。
这为新药的发现和研发提供了更深入的理论和实验基础。
其次，合成生物学可以用于通过合成新的药物代谢途径来生产药物。
在传统的药物开发中，化学合成是主要的方法之一。
然而，合成药物的复杂性和成本，限制了许多潜在药物候选的研究和开发。
通过合成生物学的方法，科学家们可以利用微生物或其他工程生物合成特定的天然产物或新型药物。
这种方法克服了传统方法中的许多限制，不仅能够降低药物开发的成本，还可以提高合成药物的产量和纯度。
此外，合成生物学还可以用于开发新型的药物递送系统。
药物递送是指将药物有效地输送到目标组织或器官，实现治疗的最大效果。
传统的药物递送系统往往受到药物的生物可用性、组织的限制以及患者的因素等因素的影响，导致药物的疗效不佳。
借助合成生物学的方法，科学家们可以设计和构建精确的药物递送系统，使药物更加准确地送达到目标位置。
通过合成生物学的手段，可以改变药物的释放速率、改善生物利用度，提高药物的疗效。
最后，合成生物学还可以用于开发抗微生物药物。
随着抗生素滥用导致药物抗性的增加，寻找新型抗微生物药物成为当务之急。
合成生物学的方法可以通过设计和合成抗菌和抗病毒药物，以对抗多药耐药菌株和病毒株。
合成生物学在抗微生物药物研发中的应用，为战胜由于传统抗生素使用不当而引起的微生物耐药问题提供了新的途径。
药学微生物学教学大纲（修改）
药学微生物学教学大纲（修改）课程代码：50127630《微生物学》教学大纲（Microbiology）（适用于药学专业学生）基础医学与法医学院微生物学教研室2008.9一、课程基本信息课程名称：《微生物学》Microbiology课程号：50127630课程类别：类级平台科学时：34学时学分：2二、教学目的及要求1、本大纲所规定的内容，都是本科生在学习过程中必须掌握（下划实线部分）、熟悉（下划虚线部分）和了解（未划线部分）的微生物学的基础理论、基本知识、基本技能。
这些内容主要通过课堂讲授的形式传授给学生。
课程考核方法为理论考核。
2、本大纲供药学类专业学生使用。
三、教材本大纲适用教材为《微生物学与免疫学》，沈关心主编，人民卫生出版社出版，第五版，2004.3。
四、参考书《微生物学与免疫学》，李明远主编，人民卫生出版社出版，第四版，2000.3。
概论（1学时）一、微生物与微生物学微生物概述：微生物的概念，微生物的分类：微生物在细胞水平的分类（1）非细胞型微生物：病毒；（2）原核细胞型微生物：细菌、放线菌、螺旋体、支原体、衣原体、立克次氏体；（3）真核细胞型微生物：真菌。
微生物在自然界的分布以及与人类的关系。
微生物学概念。
二、微生物学发展简史（1）微生物学的经验时期；（2）实验微生物学时期；（3）现代微生物学时期三、微生物学发展趋势第一章细菌学概论第一节细菌的形态与结构与分类（3学时）1、细菌的大小，细菌的形态与排列：球、杆、螺（弧菌、螺菌）。
2、细菌的基本结构：细胞壁（cell wall）：主要化学成分是肽聚糖，细胞壁性质与功能。
G+菌细胞壁的主要成分：肽聚糖、磷壁酸。
G-菌细胞壁的主要成分：肽聚糖、外膜：脂蛋白、脂质双层、脂多糖（脂类A、核心多糖、特异性多糖）。
作用于细菌细胞壁的抗生素及酶。
细胞壁缺陷性细菌细胞膜（cell membrane）：结构、功能、中介体（拟线粒体）。
细胞质（cytoplasm）：核蛋白体(ribosome)、胞质颗粒核质（nuclear material）、质粒（plasmid）3、细菌的特殊结构：荚膜（capsule）、芽胞（spore）、鞭毛（flagellum）、菌毛（pilus）第二节细菌的营养与生长繁殖（1学时）细菌的化学组成。
遗传工程和人工合成生物学
人类与生物的融合
人类与生物 之间的接近
生物技术发展推 动
人体与智能 生物的融合
生命科学与人工 智能结合
生物医学的 进步
治疗方法不断提 升
绿色生物制造的 崛起
绿色生物燃料得到广 泛应用，为减少碳排 放贡献力量。绿色生 物材料生产推动环保 产业发展，环保型生 产方式逐渐被广泛采 用，推动了可持续发 展的进程。
Hale Waihona Puke 生物信息学数据分析和模拟 的关键工具
生物制造
生物工厂的发展 和应用
合成生物学
构建新的生物系 统和生命形式
伦理和法律问题
01 隐私和安全
个人基因信息保护和技术安全性
02 知识产权
生物材料和技术的知识产权保护
03 社会影响
技术应用对社会的长期影响
生物经济的影响
创新发展
生物技术的应用不断拓展 创新领域 生物产业链的延伸和发展
生命伦理
尊重生命
平衡生命尊严和 科技发展
伦理冲突
伦理价值的碰撞
伦理操守
道德规范的引导
知情同意
信息透明
确保参与者了解 实验细节
知情同意书
明确阐述实验目 的和风险
自主选择
保障参与者的知 情权
道德责任
研究目的
明确研究目标 避免伦理冲突
实验规范
遵守伦理规范 谨慎处理研究过程
社会责任
承担社会责任 促进科学发展和人类福祉
遗传工程和人工合成生物学
汇报人：XX
2024年X月
第1章 简介 第2章 遗传工程技术 第3章 人工合成生物学应用 第4章 未来发展趋势 第5章 伦理和法律问题 第6章 总结
目录
● 01
第3章 药物的化学结构与生物活性的关系(1,2节)
药物的解离度对活性的影响最经典的例子是 巴比妥药物，下表列出巴比妥类药物在体 液（pH7.4）中分子型(未解离形式)的百分 率。
巴比妥酸和苯巴比妥酸为强酸，在体液 （pH7.4）中，几乎百分之百的解离，不能 透过血脑屏障，所以无活性。苯巴比妥、 海索比妥等巴比妥类药物为弱酸，在 体液 （pH7.4）中，有近50%或更多以分子型存 在，能透过血脑屏障，到达中枢，因此具 有活性。海索比妥有近90以分子型存在， 透膜快所以显效最快。
③等效构象，又称构象的等效性，是指药物没有相同的 骨架，但有相同的药效团，并有相同的药理作用和最广 义的相似构象。
第二节 定量构效关系
(Quantitative Structure Activity Relationships)
• 选择一定的数学模式，应用药物分子的物 理化学参数、结构参数和拓扑参数表示分 子的结构特征，对药物分子的化学结构与 其生物活性间关系进行定量分析，找出结 构与活性间的量变规律，或得到构效关系 的数学方程，并根据信息进一步对药物的 化学结构进行优化。
下例为苯甲酸酯类局麻药分子与受体通过 形成离子键，偶极-偶极相互作用，范德华 力，相互作用形成复合物的模型。
当苯甲酸酯类局麻药分子中苯环的对位引入供电 子基团例如氨基时，通过共轭效应能使酯
羰基的极性增加，使药物与受体的结合 更牢固，局麻作用较强。当苯甲酸酯类 局麻药分子中苯环的对位引入吸电子基 团例如硝基时，则使羰基的极性减小， 与受体的结合力减弱，导致局麻作用降 低。
1．药物必须以一定的浓度 到达作用部位。此因素与药 物在体内的转运（吸收、分 布、排泄）密切相关。药物 的转运与药物的理化性质和 结构为基础，转运过程中药 物被代谢使药物活化或失活
2．在作用部位，药物 与受体相互作用形成复 合物并产生效应。这依 赖药物特定的化学结构 及药物与受体间的空间 互补性、药物与受体的 化学键合性质。 以上 两因素均与药物的化学 结构密切相关。
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各种天然青霉素具有的侧链和名称
序号
侧
链
R
学
名
俗
名
1
HO
CH 2
对羟基苄青霉素
青霉素X
2
CH2
苄青霉素
青霉素G
3
H 3 C C 2 C H C H C H 2H 戊烯[2]青霉素
青霉素F
4
H 3 C (C 2 ) 3H C 2H
戊青霉素
青霉素二氢F
5
H 3 C (C 2 ) 5H C 2H
庚青霉素
青霉素K
天然中间物 天然产物
化学 修饰
(1) 诱变处理 (2) 基因操作
(1)
(2)
阻断或非 杂合工 阻断菌株 程菌
前体物质
微生物或 酶转化
天然产物 衍生物
天然产物 天然产物 天然产物 天然产物
衍生物
类似物 类似物 类似物
化学 修饰
定向与杂交生物转 化与 组合生物转化
定向与杂交 生物合成
突变生物 合成
组合生物 合成
微生物药物生物合成 与微生物新药发现的基本途径
通过非基因定向改变的方法包括：定向生 物合成、杂交生物合成、突变生物合成， 以及生物转化与组合生物转化；
基因定向改变，即为组合生物合成。
第一节 生物合成途径的非基因定向改变
与微生物新药的发现
一、非遗传操作的定向生物合成 与微生物新药的发现
已有的研究表明，在抗生素等次级代谢产物生 物合成中酶－底物的特异性足以使结构相关的 代谢产物在其发酵液中积累；
H 2N (C2)3 HN (C2)3 H N2H
C3H
*H 2N (C2)H 3 NHCH
H 2 N (C 2 )3H NH CH(C 2 )2HN2H
C3 H
C3H
H 2N C2 H
H 2 N (2 C ) 3 N H ( H 2 C ) 3O HH
C2 HN2 H
H 2 N (C 2 ) 3N H ( H C 2 ) 3O H 3C H2N H (C2)H 3 NH
即在微生物培养过程中，外源添加的某一 化学物质，通过微生物的代谢，能够将其 整体地或部分地整合到某一特定的次级代 谢产物的分子中去的化合物，如苯乙酸或 苯乙酰胺及苯氧乙酸等）。
非遗传操作的定向生物合成
这种在发酵过程中通过添加某种特定的前体物质， 使微生物的生物合成朝着将这些前体物质掺入到 产物分子的某一特定部位而产生过量的含有这种 前体的产物的方法，即为非遗传操作的定向生物 合成。
但由于生物合成酶的底物专一性较低（宽泛 性），其野生型菌株或阻断突变株的发酵过程 中添加一些已知结构类似物作为前体物质，可 以产生含有与这种已知结构类似的新衍生物；
这种获得新次级代谢产物的途径，可以被称之 为非遗传操作的定向生物合成 (directed biosynthesis)。
前体（precursor）
OH
CH3
H
(4)
7－氯四环素（金霉素）
H
CH3
Cl
(5)
微生物发酵产生的一些四环素类抗生素
四环类抗生素的定向生物合成
在生产金霉素时需添加氯化物作为前体， 而当生产四环素时，则必须要在发酵培养 基中添加氯离子抑制剂，如溴化物或M-促 进剂等，从而抑制金霉素的合成而得到四 环素产物。 另外，用金色链霉菌在发酵的金霉素过程 中添加适量的甲基化反应抑制剂如磺胺嘧 啶钠，能够获得去甲基金霉素。
非基因改变定向生物合成的研究进展
尽管近年来基因改变的定向生物合成发展 很快，但利用非遗传操作定向生物合成原 理寻找新的生理活性物质的研究还在不少 实验室继续进行，特别是对一些肽类如环 孢菌素A、aureobasidins及糖肽类如替考 拉宁产生菌的定向生物合成研究取得了很
二、添加外源酶抑制剂的杂交生物合成 与微生物新药的发现
* PEP的末端胺基
四环类抗生素的定向生物合成
R7 HO
R6H R5 H
N(CH3)2
H
OH
7
6
8
6a
5 5a
4 4a 3
9 10
10a 11
11a 12a 2
12
1
NH2
H
OH O OH O O
R5
R6
R7
6－去甲基四环素
H
H
H
(1)
7－氯－6－去甲基四环素
H
H
Cl
(2)
四环素
H
CH3
H
(3)
5－羟基四环素（土霉素）
H2N CH2 CH NH2
.
CH3
H 2 N(C 2 ) 3N HC H 3H
H 2 N(C 2 )3H N(3 )2 CH
H 2 N (C 2 )3 HN(3 )C 2 X -H
H2N (C2H)3 N H2N (C2 H )3 N
H2N (C2H)3 N O H2N (C2H)2 N NH
H 2 N (C 2 ) 3N H ( H C 2 ) 3N H 3 ) 2 (H C 2 N (H C 2 )3 HNH C2H
青霉素G和V； 培罗霉素； 四环素和金霉素等。
青霉素定向生物合成
青霉素和6－APA分子结构及各种天然青霉素的结构与名称
O H
S CH 3
R CNH CCH C
CH 3 O C N CH COOH
青霉素分子的化学结构
H2N O
H
S
CH3
C CH C
CH3 C N CH COOH
6－APA的化学结构
其基本原理是由于参与这些反应的生物合成酶的 底物专一性较差，而能使外源添加的某些前体物 质竞争性地掺入到特定产物的分子中去。
定向生物合成与微生物新药的发现
次级代谢产物合成酶的特点： 是一个由一系列酶参与催化的多酶体系。
参与催化反应的酶的底物专一性比初级代 谢合向生物合成的方法能够 制备获得许多新的抗生素，其中目前已进 行工业化生产的有：
6
H 2 C C C H 2S H C 2H丙烯巯甲基青霉素 青霉素O
7
苯氧甲基青霉素
青霉素V
O CH 3
8
HOO CC H(C2)H 2 C2 H 4－氨基－4－羧基 青霉素N
丁基青霉素
N2 H
培罗霉素定向生物合成 .
培罗霉素定向生物合成 ——可结合进入BLM的末端胺基部分的非天然胺基化合物
H 2 NC 2C H 2H N 2H
杂交生物合成（hybrid biosynthesis）似乎可以 理解为是一种“强化”的非遗传定向生物合成，如 在苦霉素产生菌发酵过程中添加聚乙酰途径中β-酮 酯酰基合成酶抑制剂—线兰菌素(cerulenin)，使 其失去合成苦霉素大环内酯苷元(picronolide)的 能力而只能合成糖基。同时在发酵过程中添加泰乐 菌素大环内酯苷元(protylonolide)，使其与苦霉 素生产菌产生的糖基结合，得到一种被称之为 M4365G1的杂合抗生素(hybrid antibiotic)。
精品jing
第3章利用生物合成原理寻找微生物 新药
根据微生物药物的生物合成原理 发现微生物新药的方法和途径
通过非基因定向改变、基因定向改变，以 及组合生物催化的技术，或是改变原有微 生物药物的生物合成途径，或是对原有的 微生物药物（或先导化合物和中间体）进 行生物催化，以发现微生物新药 .
产生菌