生物技术制药(天然).ppt
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1、第二章 天然生物材料的提取制药,第一节 生化药物概述,生化药物,定义:生物体分离纯化,用化学合成、微生物合成或现代生物技术制得的用于预防、治疗和诊断疾病的一类生化物质。种类:基本生化成分。特点:A.来自生物体;B.基本生化成分C.高效、低毒、量小生化药品和生物技术药物的关系(P9),生化药物的分类,主要按照其化学本质和化学特性进行分类1.氨基酸及其衍生类药物天然AA,AA混合物,AA衍生物 如N-乙酰半胱氨酸 2.多肽和蛋白质类药物 两类区别:分子量不同 蛋白质类药物:血清蛋白、胰岛素 多肽类:催产素、降解素、胰高血糖素 3.酶类药物 消化酶类、消炎酶类、心脑血管疾病治疗酶、抗肿瘤酶类、氧化还
2、原酶 4.核酸及其降解产物和衍生物 核酸(DNA,RNA)、多聚核苷酸、单核苷酸、核苷、碱基及其衍生物 5氟尿嘧啶等 5.糖类药物 黏多糖为主 6.脂类药物 脂肪、磷脂、固醇等 7.其它生化药物包括维生素及辅酶,5氟尿嘧啶,结构式 分子式 C4H3FN2O2 分子量 130.08 熔 点:278-286C水溶性:12.2 g/L 20CEINECS 登录号:200-085-6规 格 50mg,本品为嘧啶类的氟化物,属于抗代谢抗肿瘤药,能抑制胸腺嘧啶核苷酸合成酶,阻断脱氧嘧啶核苷酸转换成胸腺嘧啶核苷核,干扰DNA合成。对RNA的合成也有一定的抑制作用。临床用于结肠癌、直肠癌、胃癌、乳腺癌、卵巢癌
3、、绒毛膜上皮癌、恶性葡萄胎、头颈部鳞癌、皮肤癌、肝癌、膀胱癌等。,辅酶Q10缘何热起来,研究表明:CoQ10具有多种治疗作用,其中包括促进能量转化为热量、抑止过氧化脂质的产生和抗(肌肉)疲劳。天然CoQ10,它在人类20岁时达到峰值,此后人体合成CoQ10数量开始逐年下降,到40岁时人体CoQ10产生量仅为20岁时的一半,而中年人心脏中CoQ10的含量更大大低于年青人。日本是世界上第一个生产与使用CoQ10的国家 据厂商宣传材料称,女性常服CoQ10美容食品既能保持身材苗条(因为CoQ10能帮助“燃烧”掉体内多余的脂肪),又能使皮肤保持嫩白,防止皱纹产生。这些健康诉求无疑对广大日本女性消费者有
4、极大的吸引力,日本国内CoQ10的产销量因此翻一番。,生化药物的制备一般工艺流程,生 预处理:清洗、加热、调PH、凝聚、絮凝化 固液分离:沉降、离心、过滤药 浓缩:研磨、离心、萃取物 纯化:沉淀、吸附、萃取、高度纯化提 产品定型:过滤、浓缩、干燥、结晶取 五个步骤和 尽量减少操作步骤,提高得率纯化,生化药物在医药工业中的地位,医药产业的重要组成部分,广阔前景思考题:简述生化药物的一般制备工艺?,第二节 氨基酸类药物的生产,蛋白质与氨基酸:Pr AA:动态平衡体系 平衡破坏,代谢紊乱常用生产方法1.蛋白水解提取法 原料(毛发、血粉、废蚕丝)水解(酸、碱、酶水解法)分离纯化 AA2.微生物发酵法
5、C源:糖;N源:氨或尿素 微生物发酵繁殖(细菌、酵母菌)AA,3.化学合成法重要途径原料:羧酸、醛类、卤代烃、酮酸、氨基酸衍生物等化学方应:氨解、水解、缩合、取代、加氢Met,Gly,Thr,Phe,Trp,Ala,Pro等采用此法合成 4.酶合成法酶转化法、2.3的基础上发展建立AA前体+含酶微生物或细胞 酶促反应 AA,AA类药物的常用提取分离方法,1.溶解度和等电点法在水和乙醇等溶剂中溶解度不同 Tyr+Cys?PH=PI,溶解度最小 沉淀析出2.特殊沉淀剂法 操作简便,针对性强但沉淀剂不易去除3.离子交换法原理:在不同电解质溶液中的不同AA带电性质不同离子交换树脂选择性吸附AA ph缓
6、冲液洗脱,4.AA的结晶和干燥,结晶的原理:PH=PI,低温结晶析出干燥:常压干燥、减压干燥、喷雾干燥、冷冻干燥。,典型AA类药物的生理活性,Leu:亮氨酸,必需AA,玉米麸、血粉含量最多Leu对维持糖和脂肪的代谢均有重要作用治疗幼儿特发性高血糖多食粗粮长寿的原因Lys:赖氨酸 大米、玉米少,”第一缺乏AA”广泛存在动物蛋白质中(鸡蛋)缺乏会引起发育不良、食欲不振、牙齿发育不良、贫血等症状营养剂使用治疗脑病铝盐可治疗胃溃疡护肝等,AA类药物的检测,AA不同,检测法不同一般:甲酸+冰醋酸 滴定本节重点:AA类药物的常用提取分离方法?,第三节 多肽和蛋白类药物的生产,什么是活性多肽?活性多肽是人体
7、内的一种物质,它在人体内发挥着巨大而神奇的作用,它能促进细胞的分裂,调整细胞的新陈代谢,确保基因的表达和复制,保证细胞内蛋白质合成的数量、质量和速度处在正常状态,提高蛋白质的合理利用率。进而控制人体的生长和发育,衰老与疾病。活性多肽,是人体细胞调理的总工程师。生长因子胸腺肽 大豆多肽通常由10100氨基酸分子脱水缩合而成的化合物叫多肽,它们的分子量低于10,000Da(Dalton,道尔顿),能透过半透膜,不被三氯乙酸及硫酸铵所沉淀。生产方法:生化提取法、微生物发酵法和基因工程产品:胰岛素、干扰素、白细胞介素、生长素,生化提取法,一、材料选择 来源丰富、含量高、成本低影响因素:种属影响、解剖学
8、部位 二、材料的预处理体液或细胞外成分 直接提取细胞内成分 细胞破碎 提纯,常用的细胞破碎方法,1.机械法 捣碎机、匀浆机、研钵等 2.物理法 a.反复冻融法:-20-15凝固,缓慢融化,颗粒破坏 b.急热骤冷法:90加热数分钟 冰水 c.超声波处理:机械振动,适用微生物材料 d.加压破碎法:气压或水压 发酵工业,常用的细胞破碎方法,3.化学法和酶法有机溶剂法:0以下的粉碎材料+510倍丙酮 蛋白与脂类分开自溶法:耗时较长,实验室用酶解法:细菌、植物、藻类等含细胞壁的材料表面活性剂处理:细胞膜对表面活性剂的不稳定性,三、多肽和蛋白质药物的提取,溶解度:蛋白质和多肽分子中非极性疏水基团和极性亲水
9、基团的比例1.水溶液提取(最常用)影响因素:a.盐浓度 等渗盐溶液:0.0020.005mol/L磷酸盐缓冲液;0.15mol/LNacl溶液 脱氧核糖蛋白 1mol/LNacl溶液 b.pH 偏离等电点的一侧 c.T 低温(5)操作 耐受性较高的可 提温 有利于分离纯化2.有机溶剂提取 适用于一些与脂质结合比较牢固或者非极性基团较多的蛋白质;不溶或者难溶于水,稀酸、稀碱、稀盐中(正丁醇、乙醇),四、多肽和蛋白类药物的纯化,蛋白、非蛋白分开纯化 不同的蛋白质分开纯化方法:1.利用溶解度不同:盐析法、有机溶剂法、等电点沉淀法、加热变性法2.利用分子结构和大小不同:凝胶色谱法和超滤法3.利用电离性
10、质不同:电泳法(基团带电)4.利用生物功能专一性:蛋白质的底物结合特异性如抗原与抗体、激素与受体的结合(不溶性配基、亲和柱),凝胶色谱法-分子筛效益,一个含有各种分子的样品溶液缓慢地流经凝胶色谱柱时,各分子在柱内同时进行着两种不同的运动:垂直向下的移动和无定向的扩散运动。大分子物质由于直径较大,不易进入凝胶颗粒的微孔,而只能分布颗粒之间,所以在洗脱时向下移动的速度较快。小分子物质除了可在凝胶颗粒间隙中扩散外,还可以进入凝胶颗粒的微孔中,即进入凝胶相内,在向下移动的过程中,从一个凝胶内扩散到颗粒间隙后再进入另一凝胶颗粒,如此不断地进入和扩散,小分子物质的下移速度落后于大分子物质,从而使样品中分子
11、大的先流出色谱柱,中等分子的后流出,分子最小的最后流出,这种现象叫分子筛效应。具有多孔的凝胶就是分子筛,超滤原理,超滤原理也是一种膜分离过程原理,超滤利用一种压力活性膜,在外界推动力(压力)作用下截留水中胶体、颗粒和分子量相对较高的物质,而水和小的溶质颗粒透过膜的分离过程。通过膜表面的微孔筛选可截留分子量为3x100001x10000的物质。当被处理水借助于外界压力的作用以一定的流速通过膜表面时,水分子和分子量小于300500的溶质透过膜,而大于膜孔的微粒、大分子等由于筛分作用被截留,从而使水得到净化。也就是说,当水通过超滤膜后,可将水中含有的大部分胶体硅除去,同时可去除大量的有机物等,提取法
12、的生产实例,胃膜素胸腺素胰岛素一般了解,多肽和蛋白类药物的检测,含量测定生化基础内容a.凯氏定氮法(经典)N%(protein)=16%1gN=6.25g protein特点:准确可靠,但不可含有非蛋白质的含氮物b.紫外分光光度法:酪氨酸、色氨酸含共轭双键 287nm最大吸收峰特点:操作简便、快捷 但仅可用于Tyr,Trp,误差较大,受核酸干扰 经验公式:PR%(mg/ml)=1.45A280-0.74A260C Folin-酚试剂法:显色反应 灵敏度高,纯度测定,A.电泳均一性的测定聚丙烯酰胺凝胶电泳(10-910-12g)B.高速离心法 受离心管长度的影响 C.可结晶性:适用于具有结晶能力
13、的蛋白质 D.蛋白质功能及免疫抗原性测定 如有抗原性,则不能作为生化药物使用,思考题,蛋白类药物的提取分离和纯化方法有哪些?各有什么特点?,第四节 核酸类药物的生产,一、分类第一类:具有天然结构的核酸类物质:DNA,RNA,肌苷,ATP,辅酶A,脱氧核苷酸、肌苷酸、GTP、CTP、腺嘌呤等。主要应用于代谢障碍性疾病。第二类:天然碱基、核苷、核苷酸的类似物或聚合物:治疗病毒、肿瘤、艾滋病的重要药物;干扰素和免疫抑制剂;大部分由一类通过半合成生产。,核酸类药物的生产方法,(一)DNA和RNA的生产方法 原料:生长旺盛的组织;如胰脏、脾、胸腺等。细胞数目多 1.DNA的提取与纯化技术(略)2.DNA
14、的含量测定 定磷法和定糖法 3.RNA的生产技术:培养酵母菌体提取RNA 4.RNA的含量测定:定磷法和定糖法,定磷法和定糖法,定磷法 DNA浓硫酸消化 正磷酸+钼酸 磷钼酸 钼蓝 吸光度(660nm)与含磷量正比定糖法DNA盐酸水解 糖醛+地衣酚 鲜绿色 670nm吸收值,(二)核苷酸、核苷及碱基类药物的生产技术,1.生产方法 酶解法:酵母菌提取RNA 酶解 核苷酸 半合成法:微生物发酵+化学合成 直接发酵法:营养缺陷型菌株 发酵法 2.核苷酸、核苷含量的测定 紫外分光光度法:吸光度 含量,营养缺陷型的选育,营养缺陷型是指通过诱变而产生的缺乏合成某些营养物质如氨基酸、维生素和碱基等的能力,必
15、须在其基本培养基中加入相应的营养成分才能正常生长的变异株。与营养缺陷型对应的是野生型。,营养缺陷型的用途,营养缺陷型在生产上和科学研究上用途很大。目前生产氨基酸、核苷酸的菌种都是各种类型的缺陷型。要研究代谢途径,育种技术都必须有营养缺陷型的菌株为材料。,筛选营养缺陷型的步骤,诱变淘汰野生型检出缺陷型确定生长谱,第五节 酶类药物的生产,酶的化学本质:蛋白质酶制剂:早期用于治疗消化道疾病、烧伤及感染引起的炎症;现广泛使用一、药用酶的分类及应用 1.消化酶类:治疗消化紊乱或促进消化 多酶片、胃蛋白酶、胰酶 2.消炎酶类:蛋白酶 临床上用于外伤、术后等伴有水肿的炎症,能促进渗出液再吸收,达到消炎目的
16、P30,3.与治疗心脑血管疾病有关的酶类 凝血系统 相互拮抗、动态平衡 抗凝血系统平衡破坏 心血栓、脑血栓链激酶、尿激酶、蚓激酶:溶解或者预防血栓形成,4.抗肿瘤的酶类 L-天冬酰胺酶:分解L-天冬酰胺,抑制肿瘤细胞增殖,正常细胞可自身合成丝氨酸蛋白酶、酪氨酸氧化酶等 5.其他药用酶解毒作用、治疗过敏、扩散剂、降血压、抗氧化(SOD)、抗辐射,超氧化物歧化酶Superoxide Dismutase,SOD,机体细胞抵御氧化伤害最重要的一种酶主要功能:清除体内多余自由基,延缓衰老;提高抗病能力,抗疲劳,抗肿瘤,SOD(超氧化物歧化酶)是一种源于生命体的活性物质。大宝SOD蜜即含有此一活性物质,并
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