生物药物的分离纯化

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• 离子交换层析法:粘多糖的聚阴离子能够 很好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。
• 注意从粗多糖中除去蛋白常用的方法有: Sevag法、三氯乙酸法和蛋白酶解法。
• *二乙氨基乙基纤维素
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2. 生物药物的提取
• (1) 生物组织与细胞的破碎 • (2) 生物组织细胞破碎后立即进行提取
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生物组织与细胞的破碎
• 生物药物大部分存在于生物组织或细胞中, 要提高提取率,对生物组织与细胞的破碎 过程是非常重要的。
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常用的破碎方法有5种:
• A. 磨切法,该法属于机械破碎方法,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。
• 提取过程中 • (1)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)。
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• (2)考虑提取溶剂的用量(料液比)及 提取次数、提取时间。
• (3)注意提取的温度、pH、变性剂等 因素。这样才可以保证活性物质提取充 分而且不变性。
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(2)超扩散层析
• 这种层析所用介质是Biosepra公司生产的 Hyper-D。该层析介质的颗粒由刚性框架结 构中填充官能化的软凝胶组成。它兼备了 软凝胶的高上样量和普通刚性介质的高流 速。
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• 这种结构可使层析操作在高流速下进行而 保证高上样量和高分辨率,并且无反压产 生。Hyper-D具有化学隋性。可用酸碱进行 再生和杀菌,可用于纯化免疫球蛋白、白 蛋白、激素、酶、细胞培养或发酵产生的 蛋白质。适用于实验室小试直至工业化大 生产。
• 发酵法主要用于生产单核苷酸。
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5.糖类药物的分离纯化方法
• 由于各种糖类药物的性质和原料来源不同, 没有统一规范的提取和纯化工艺。这里只 介绍多糖和粘多糖的一般分离纯化方法。
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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。
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• 降解法:适用于从组织中提取结合比较牢 固的粘多糖。例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。
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(4) 其他快速分离纯化系统
• ① streamline扩张柱床吸附技术:已广泛
应用于E.coli如包涵体、胞内、细胞膜、
胞外分泌和酵母、动物、杂交瘤细胞、昆 虫细胞等表达的重组蛋白的纯化,也被用 于单抗及天然酶的纯化。
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• ② AKTA explorer快速纯化开拓系统:能 高效地纯化各种蛋白质、肽、寡核苷酸和 核酸等。系统有预编程序,放好样品,按 启动按钮,系统就会完成余下的工作,如 自动取样、制备适当pH缓冲液、选择适当 的柱、再现显示分离流程和检测状况、收 集峰、自动进行数据处理并打印纯化报告。 设置的预编程序可从分析到小试摸索至中 试生产。
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• 亲和层析法主要包括:疏水反应层析、金 属螯合层析、免疫亲和层析、共价亲和层 析、固定化染料亲和层析、特殊基团亲和 层析等。亲和层析技术大量应用于蛋白质 分离和纯化。
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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物,再解离核酸与 蛋白质,然后分离RNA与DNA。
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•谢谢!
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• 它比传统柱快l0~100倍,分析一个样品只 需 要 0.5 ~ 3min 。 日 本 制 药 公 司 Otsuka 使 用 博 大 生 物 技 术 公 司 的 POROS-50 介 质 和 大生产规模系统(autopilot)生产单克隆抗体, 从320L样品中纯化出13g抗体只花了80min, 收率95菌株,经过发酵后,从培养 液中提纯氨基酸。
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• 化学合成与酶促合成法:化学合成法一般 得到的是D/L-型氨基酸,需要对这些异构 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,副产物少和易提纯等。
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• B. 压力法,这类方法有加压与减压两种, 常用的法兰西压釜使用效果良好。
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• C. 反复冻融法,该方法设备简便,活性保 持好,但用时较长。
• D.超声波振荡破碎法,该方法破碎效果较 好,但由于局部发热,对活性有损失。
• E. 自溶法或酶解法,用得较少。
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• 生物组织活性物质的提取要在细胞破碎后 立即进行。
• 也应注意原料的采集地和批次。
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1.2 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,要择时采集并就地除去没有 用的部分,将有用部分保鲜处理;收集微 生物原料时,要及时将菌体细胞与培养液 分开,进行保鲜处理。
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• 原料的保存方法主要有:①冷冻法。该 方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。
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• ③ 快速蛋白液相色谱(FPLC):已用于蛋白 质、多肽、核酸等400余种生物分子的纯化。 利用FPLC发展的纯化流程可直接放大到中 试或大规模生产。
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• ④ biological system:它视为高分辨生 物分子纯化而设计的层析系统。其软件 充分利用了微软视窗操作系统的优良图 形界面,加速了开发和优化生物分子分 离流程的方案。
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高效分离纯化系统的采用
主要是蛋白质分离
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(1)固相化金属亲和层析(IMAC)
• IMAC是近十年来发展起来的一种亲和层析 技术。其原理是利用蛋白质分子中的咪唑基 和巯基与一些金属元素(Cu2+、Zn2+等)配位 结合,使蛋白质得到分离纯化。该法比传统 的凝胶过滤一离子交换法简单、省时,适于 实验室规模纯化。
• 生物药物生产原料的选择原则主要是:(1) 有效成分含量高,原料新鲜;(2)原料来源 丰富,易得,原料产地较近;(3)原料中杂 质含量少;(4)原料成本低等。但是,同时 具备这4种有利因素的原料不多,生产研究 者可酌情选择,但第一条是最重要的。
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• 原料的选择还要注意如下事项:植物原料 要注意植物生长的季节性,选择最佳采集 时间;微生物原料要注意微生物生长的对 数期长短;动物原料有的要注意动物的类 别、年龄与性别。
氨基酸的分离方法:
• 沉淀法 • 吸附法 • 离子交换法
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• 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沉淀分离。 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,使亮氨酸游离 出来。
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(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:常用吸附剂有硅胶、氧化
铝等。它是通过极性和离子键力等把各 种化合物结合到固体吸附剂上。一般是 采用极性逐渐增大的洗脱液来进行,非 极性组分先流出,极性组分后流出。
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• 离 子 交 换 层 析 法 : 脂质分子的存在有非 解离和酸式解离 两 种 状 态 。 根 据 它 们 在 一定pH条件下的解离情况,选择适当的 离 子 交 换 剂 可 将 它 们 提 纯 。 如 TEAE- 纤 维素*对分离脂肪酸和胆汁酸等特别有效。
• 三乙氨基乙基纤维素
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7. 氨基酸类药物的分离纯化方法
• 氨基酸的生产方法: • 蛋白质水解法 • 发酵法 • 化学合成与酶促合成法
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• 蛋白质水解法:水解法有酸水解、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。碱水解法 易产生消旋作用,较少应用。酶水解法 水解不够完全。
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(2) 分离方法
• 常用的分离纯化多糖的方法是乙醇沉淀法 和离子交换层析法。
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• 乙醇沉淀法是从提取液中沉淀多糖的最简易 方法,也适用于分级分离。用4~5倍体积的 乙醇可以使任何结缔组织中的粘多糖完全沉 淀。
• 季铵化合物也可用于沉淀粘多糖,其原理是 粘多糖的聚阴离子能与某些阳离子表面活性 剂结合成不溶于水的盐,如十六烷基三甲基 铵(CTA)等。
第二讲 生物药物的分离纯化
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主要讲授内容
• 1.生物药物原料的选择、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方法
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• 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
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1.1 生物药物原料的选择
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利用蛋白质带电性质行分离的方法有: • 离子交换柱层析法; • 电泳法; • 等电聚焦法。
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(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,它们之间有特异的亲合作用, 利用该性质设计的特异层析分离技术称为 亲和层析。亲和层析分离专一性强,操作 简便,是当前应用很广泛的分离方法之一。
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(2) 按分子大小分离的方法
• 这类方法有超滤法和透析法(即膜分离方法)、 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物质的浓缩、分级和 脱盐。
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(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。它们具有等电点,在离开等电点的pH 时便会带正或负电荷。例如某蛋白质等电 点为7.0,当溶液pH为4.0时,分子则带有 正电荷。由于具有该性质,利用带电性质 进行分离是极其有效的方法。
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3. 蛋白质类药物的分离纯化方法
• 蛋白质类药物主要包括蛋白质、多肽和酶 类等药物。它们的分离纯化方法有:
• (1) 沉淀法 • (2) 按分子大小分离的方法 • (3) 按分子所带电荷进行分离的方法 • (4) 亲和层析法
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(1) 沉淀法
• 蛋白质、酶的初步纯化往往用沉淀法。该 法的原理是使蛋白质胶体颗粒破坏,从而 沉淀蛋白质。常用的有盐析法、有机溶剂 沉淀法、等电点沉淀法、与靶物质结合沉 淀法(如抗体一抗原)等。
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(3) 灌注层析
• 1987年由Regnier等人发明的灌注填料技 术使快速分离纯化生物大分子得以实现。 1989年与之相配套的灌注系统 (BioCAD workstation)问世,给微生物制药领域的 科学家提供了强有力的工具,给生物制药 业带来了突破性的进展。
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• 它所采用的POROUS介质以苯乙烯基二乙 烯基苯的聚合物构成,为双模式孔结构, 在 介 质 上 有 80 ~ 150nm 的 扩 散 孔 和 600 ~ 800nm的贯穿孔。它允许液体对流到分离 介质的内表面,从而大大加快了分离速度。 灌注层析系统可有效、快速地纯化各种蛋 白质、多肽、核酸等生物大分子。
• 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 用活性炭对其吸附的原理。
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• 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 解离状态是不相同的,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。
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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 或蛋白质分子的疏水区相结合的。因此, 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。
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