第二章生物制药工艺技术基础081009

用埃希氏大肠杆菌生产的天冬酰胺酶是治疗肿瘤的第一个酶 制剂。
2. 放线菌 是最重要的抗生素产生菌，已有的1000多种抗 生素产自放线菌；还利用放线菌生产氨基酸、核苷酸类、
维生素、酶。
3. 真菌 可以利用真菌生产酶、有机酸、氨基酸、核酸、
维生素、促生素、多糖；还可以直接利用真菌本身作为药
物，如灵芝、银耳、冬虫夏草。 4. 酵母菌 可生产维生素、蛋白质、多肽和核酸等。
3. 化学法：
用稀酸、稀碱、浓盐、有机溶剂、表面活性剂处理细胞。
4. 生化法：
A. 自溶法：将新鲜的生物材料存放在一定的pH和适当温度
下，利用组织细胞中自身的酶系将细胞破坏，使细胞内含物 释放出来的方法。自溶的温度，动物材料在0-4℃ ，微生物 在室温下。自溶时，需加少量的防腐剂，甲苯、氯仿，以防 止外界细菌的污染。
第二节 细胞破碎
在提取前先将大块的原料粉碎或绞碎成适度的粒度，
或将细胞破碎，使胞内活性物质充分释放到溶液中，有利
于提取或吸附。 动物脏器组织：常用绞肉机机械法粉碎； 植物肉质组织：常用磨碎法； 微生物：常用自溶、冷热交替、加砂研磨、超声、加压等
处理方法。
1.机械法：组织捣碎机、匀浆器、研钵、球磨机、万能粉碎机、 绞肉机、击碎机、刨片机。
C、超声波处理法：多用于微生物材料，处理的效果与 样品浓度、使用频率有 关。用大肠杆菌制备各种酶
时，常用50~100 mg/L菌体浓度，在1~10KC频率下
处理10~15 min。操作时注意避免溶液中气泡的存在。 D、加压破碎法：加气压或水压，达0.59~34.32 MPa (210~350kgf/cm2)的压力时， 可使90%以上细胞被 压碎。多用于微生物酶制剂的工业制备。
第三节 生物活性物质的提取
一、提取方法
1. 用酸、碱、盐水溶液提取
用于提取各种水溶性、盐溶性的生化物质，这类溶剂提供了 一定的离子强度、pH值及相当的缓冲能力。 某些与细胞结构结合牢固的生物大分子，在提取时采用高浓 度盐溶液（如4mol/L盐酸胍，8 mol/L脲或其他变性剂，这种 方法称“盐解”）。
（四） 植物
药用植物品种繁多，除含有 生物碱、强心苷、黄酮、皂苷、 挥发油、树脂、鞣质等有效药 理成分外，还含有氨基酸、蛋 白质、酶、激素、糖类、脂类、 维生素等生化成分。
如天花粉蛋白、菠萝蛋白酶、
木瓜蛋白酶、凝集素、多糖等。
药用植物中的主要药理成分：
1.生物碱，是生物体中一类含氮有机化合物的总称，它们有类 似碱的性质，能和酸结合成盐。如麻黄碱、吗啡。 2.强心苷，是一类对心肌有兴奋作用，具有强心生理活性的成分， 它们的分子中都有一个C17位被不饱和内酯环所取代的甾体母核。 如洋地黄毒苷。 3.黄酮，系两个芳环通过三碳链相互连结而成的一系列化合物，
* 由于自溶时间较长，不易控制，故制造具有活性的核酸和蛋白质时
比较少用。
B. 溶菌酶处理法：溶菌酶是专一地破坏细菌细胞壁的 酶。多用于微生物。如用噬菌体感染大肠杆菌细胞制造
DNA时，采用pH 8.0的0.1 mol/L Tris-0.01 mol/L EDTA
制成 2 亿个/mL的细胞悬液，然后加 入100μg~1 mg的溶 菌酶，在37 oC保温10 min，细菌胞壁即被破坏。
百种。用肝脏可制备肝注射液、肝水解物、肝细胞生长因子、
造血因子等。 5. 脾脏 位于胃的左后侧, 左侧9-11肋骨内侧的一个长圆形暗 红色器官, 是体内最大的周围淋巴器官、免疫器官，已用于 生产的药物有脾水解物、脾RNA和脾转移因子。
6. 小肠 消化和吸收的主要场所，小肠的长度在成人平均是57米，含有30多种胃肠道激素。
第一节 生物材料与生物活性物质
一、 生物材料的来源
概述：
1. 动、植物、微生物的组织、器官、细胞与代谢产物是生产 生物药物的生物资源； 2. 动植物细胞培养与微生物发酵技术是获得生物制药原料的
重要途径；
3. 基因工程技术、细胞工程技术和酶工程技术是开发生物 制药资源的新途径。
（一） 动物脏器
主要来源是猪、牛、羊和家禽、鱼类等的脏器，包括胰脏、 脑、胃粘膜、肝脏、脾脏、小肠、脑垂体和心脏等。 1. 胰脏 位于胃的后方，横于腹后壁，是动物体内不可替代的 实质性腺体之一。分泌胰岛素和胰高血糖素，调节糖的代谢； 还分泌各种消化酶，如胰蛋白酶、胰淀粉酶、胰脂肪酶。已用 胰脏提取的生物药物有40多种。
第二章 生物制药工艺技术基础
生化制药的六个阶段
1. 原料的选择和预处理 2. 细胞的粉碎 3. 提取：从原料中经溶剂分离有效成分，制成粗品的工 艺过程。 4. 纯化：粗制品经盐析、有机溶剂沉淀、吸附、层析、 透析、超离心 、膜分离、结晶等步骤进行精制的工艺 过程。 5. 浓缩、干燥及保存 6. 制剂：原料药（精制品）经精细加工制成片剂、针 剂、冻干剂、粉剂等供临床应用的各种剂型。
（二） 血液、分泌物和其 他代谢物
以血液为原料可生产多种药 物，如凝血酶、血红蛋白、 SOD、干扰素等。 其他，如尿液、胆汁、蛇毒、 蜂毒也是重要的生物材料。
（三） 海洋生物
海洋生物约占全球生物的一半，估计多达 5 亿种，是开发 新药的重要宝库。 1. 海藻 已从藻类生物中发现、提取了一些抗肿瘤、防治心
同种生物，由于细胞的类型、年龄、分化程度的不同
都会改变活性物质的组成。
如：胸腺激素只能从幼龄动物中提取；绒毛膜促性腺
激素(HCG)只能从孕妇尿中提取。
（二） 生物活性物质存在的特点 1. 生物活性物质在生物体材料中含量较低、杂质含量很高。 例如：胰岛素在胰脏中的含量约为万分之二，胆汁中的 胆红素含量为万分之五至八。 2. 生物材料中的生化组成数量大，种类多，目的物与杂质 的理化性质接近，分离纯化困难。
7.鞣质，又称丹宁，鞣酸，是存在于植物中的一类分子较大
的复杂多元酚类化合物，可与蛋白质结合成不溶于水的沉 淀，故能与生兽皮结合而形成致密、柔顺、不易腐败又难 以透水的皮革，所以称为鞣质。茶叶、柿子中含有丰富的 鞣质。鞣质可用于解毒、抗菌、治疗烧伤（使创面收敛、 干燥、结痂）。
（五） 微生物
微生物资源非常丰富，其代谢产物有1300多种，已大量生 产的才近100种，微生物酶有几千种，已被应用的才几十种， 可见其应用前景广阔。 1. 细菌 常用细菌发酵法生产乳酸（消毒防腐药，用于空气 消毒）、醋酸、丙酮、丁酸，它们在医药工业应用很广。 利用细菌生产氨基酸、有机酸、糖类、核苷酸类、维生素、 酶，发展潜力很大。
2. 脑 脑组织富含脂质，脑组织中脂类占13.5%，蛋白质占810%，脂类物质主要是磷脂、肌醇磷脂、神经磷脂、脑苷脂、
神经节苷脂和胆固醇，还有神经递质和多种神经肽。
3. 胃 其位置、形态因人而ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ，一般在左上腹，瘦长型的人
常为垂直的长胃。为动物的消化器官，主要分泌消化液，如 胃蛋白酶、组织蛋白酶、胶原蛋白酶等。 4. 肝脏 位于右上腹部，是机体内最大的实质性腺体，是机 体的“生化反应器”，含有复杂的酶系。已知的肝脏酶达数
四、 生物材料的准备
（一) 生物材料的选取 选择原则：有效成分含量高，原料新鲜、无污染； 来源丰富、易得；原料产地较近，价格低廉；原料 中杂质含量少，便于分离纯化等。 1. 有效成分的含量 (1)生物品种：催乳素以哺乳动物为材料 (2)合适的组织器官 ：免疫球蛋白以血液为原料
(3)生物的生长期
2. 杂质情况 3. 来源
（六） 开发生物新资源
1. 动植物细胞的大规模培养
2. 应用基因工程技术，生产各种生物活性物质，尤其适
合于在自然界中含量低、活性高的一些微量物质的生产。
二、 生物活性物质的存在方式
（一） 生物活性物质的存在方式与其生物功能 生物活性物质分为“胞内”与“胞外”两种存在部 位。 存在于细胞内的生物活性物质有些游离在胞浆中， 有些结合于质膜或器膜上，或存在于细胞器内。 对于胞内物质的提取要先破碎细胞；对于膜上物质 则要选择适当的溶剂使其从膜上溶解下来。
（二） 生物材料的采集、预处理与保存
采集：必须快速、及时速冻、低温保存。
预处理： 1、动物组织先要剔除结缔组织、脂肪组织等非活性部 分；植物种子去壳除脂；微生物要进行菌体与发酵液分 离等基本操作。便于贮存和运输。 2、冷冻法预处理：有些材料要冷冻保存或低温保存， 以便抑制微生物和酶的作用。 3、有机溶剂除去部分水分：用丙酮或乙醇进行脱水和 脱脂，有利于贮存。 保存方法：有速冻、冻干、或浸存于丙酮与甘油中。
废水处理、食品添加剂、减肥。 4.软体动物 包括螺、蚌类和乌贼等，已从其中提取出一些 具有抗病毒、抗肿瘤、抗菌、降血脂、止血、平喘作用的 多糖、多肽、毒素等。 5.棘皮动物 包括海星、海胆、海参，关于海胆的研究很多， 已提取到不少药物，还发现了在化工方面的应用。
6.鱼类 可制造多种药物，最常用的是鱼肝油。 7.爬行动物 海生爬行动物有海蛇、海龟等，海蛇毒液含 有多种酶类。 8.海洋哺乳动物 从鲸鱼、海豚，可以提取多种药物。
（二） 生物分子间的作用力 生物分子间主要是通过一些非共价键，如氢键、盐
键、金属键、范德华力、疏水键、碱基堆积力所维系，
其键能较弱； 生物大分子的空间高级结构也是由非共价键结合的， 因此分离时应十分小心，确保立体结构不受破坏。 通常在十分温和条件下操作。
三、生物活性物质的存在特点
（一）生物材料组成的复杂性 不同生物含有不同种类的活性物质。
2. 用表面活性剂提取
表面活性剂分子兼有亲水与疏水基团，在分布于水 - 油 界面时有分散、乳化和增溶作用。 表面活性剂可分为阴离子型、阳离子型、中性与非离子 型。 离子型表面活性剂作用强，但易引起蛋白质等生物大分 子的变性； 非离子型表面活性剂变性作用小，适合于用水、盐系统 无法提取的蛋白质或酶的提取。 阴离子表面活性剂SDS可以破坏核酸与蛋白质的离子键 合，对核酸酶又有一定抑制作用，因此常用于核酸的提取。
7. 脑垂体 悬垂于脑的底部，体积很小，总重量不到1克，但结
构复杂，包括腺垂体和神经垂体两部分，分泌的激素种类多，
作用广泛，并能调节其他内分泌腺的活动。
8.心脏 位于胸腔内，膈肌的上方，二肺之间，是一个厚壁的
肌性有腔器官，具有节律性的收缩能力。心脏含有丰富的糖元、
激素和酶类，用心脏为原料生产的药物主要有细胞色素C、辅 酶Q10和心血通注射液。
大多数具有颜色，在植物体内大部分与糖结合成苷。
银杏中含银杏素、异银杏素、白果素等都是黄酮类，它们具有 解痉、降压、扩张冠状血管等药理作用。
4.皂苷，是一类比较复杂的化合物，它们的水溶液振摇时能 产生大量持久的蜂窝状泡沫，与肥皂相似，故名皂苷。它 们有减低液体表面张力的作用，可以乳化油脂，用做去垢 剂。人参中含皂苷总量约4%。 5.挥发油，是具香味和挥发性、可随水蒸气蒸馏的易流动的 油状液体。它们多数具有多方面的药理作用，如解表、发 汗、驱风、镇痛、杀虫、抗菌。薄荷、茴香、樟木、桂皮 都含有挥发油。 6.树脂，常与挥发油、树胶、有机酸等混合存在，与挥发油 共存的称油树脂，与树胶共存的称胶树脂，与芳香族酸共 存的称香树脂。药用的如松香、乳香、没药、安息香等 .
* 由于自溶时间较长，不易控制，故制造具有活性的核酸和蛋白质时
比较少用。
4. 生化法：
A. 自溶法：将新鲜的生物材料存放在一定的pH和适当温度
下，利用组织细胞中自身的酶系将细胞破坏，使细胞内含物 释放出来的方法。自溶的温度，动物材料在0-4℃ ，微生物 在室温下。自溶时，需加少量的防腐剂，甲苯、氯仿，以防 止外界细菌的污染。
血管疾病、治疗慢性气管炎、驱虫、抗放射线物质等。
2. 腔肠动物 属于原始多细胞动物，已应用的不多，已提取
的有前列腺素类、萜类抗菌物质、抗癌物质。
3.节肢动物 其中的某些甲壳动物（包括虾、蟹）可供药用， 从中提取的甲壳素可用于甲亢、肿瘤、肝炎、肾炎和糖尿
病等的辅助治疗，另外在食品工业上有重要用途，如用于
动物组织多在冰冻状态绞碎、溶浆。
2.物理法 A、反复冻融法：把待破碎的样品冷至-20℃-15℃ ，使 之凝固，然后缓慢的溶解，如此反复操作，大部分动物 细胞及细胞内的颗粒可以破碎。
B、冷热交替法：将材料投入沸水中，在90℃左右维持数
分钟，立即置于冰浴中，使之迅速冷却，绝大部分细胞
被破坏。此法多用于细菌或病毒中提取蛋白和核酸。