1、生物工程教研室生物工程教研室劉靜霆劉靜霆第三篇第三篇 重要生物制重要生物制藥制造工藝藥制造工藝生物工程教研室生物工程教研室劉靜霆劉靜霆 本門課程由以下三大部分內(nèi)容組本門課程由以下三大部分內(nèi)容組成成基礎(chǔ)篇：生物制藥工藝基礎(chǔ)基礎(chǔ)篇：生物制藥工藝基礎(chǔ)1技術(shù)篇：技術(shù)篇： 生物分離工程技術(shù)生物分離工程技術(shù)2品種篇：重要生物藥物制造工藝品種篇：重要生物藥物制造工藝3生物藥物的類別生物藥物的類別（一）天然生物藥物（一）天然生物藥物 1.1.微生物藥物微生物藥物 microbil medicine 2.生化藥物（含海洋藥物）生化藥物（含海洋藥物） Biochemical medicine（Marine med

2、icine）（二）生物技術(shù)藥物（新生物制品）（二）生物技術(shù)藥物（新生物制品） 1.DNA1.DNA重組藥物（重組藥物（DNA recombinant medicine）基因工程與蛋白質(zhì)工程藥物基因工程與蛋白質(zhì)工程藥物 2. 2. 基因藥物基因藥物（三）合成或半合成生物藥物（三）合成或半合成生物藥物(書書P11頁頁)生物藥物的類別生物藥物的類別基因工程基因工程(genetic engineering)(genetic engineering)是將不同來源的基因是將不同來源的基因(DNA(DNA分子分子) )，按預(yù)先設(shè)計的藍圖，按預(yù)先設(shè)計的藍圖， 在體外在體外構(gòu)建雜種構(gòu)建雜種DNADNA分子，分子

3、， 然后導(dǎo)入活細胞，然后導(dǎo)入活細胞， 以改變生物原有的遺傳以改變生物原有的遺傳特性、獲得新品種、特性、獲得新品種、 生產(chǎn)新產(chǎn)品。生產(chǎn)新產(chǎn)品。蛋白質(zhì)工程蛋白質(zhì)工程( (protein engineering)protein engineering)是利用基因工程手段，包括基因的定點突變和基因表達對蛋白是利用基因工程手段，包括基因的定點突變和基因表達對蛋白質(zhì)進行改造，以期獲得性質(zhì)和功能更加完善的蛋白質(zhì)分子。質(zhì)進行改造，以期獲得性質(zhì)和功能更加完善的蛋白質(zhì)分子。屏蔽效應(yīng)屏蔽效應(yīng)ABC延長半衰期延長半衰期降低免疫原性降低免疫原性提高溶解度提高溶解度PEGPEG化技術(shù)原理化技術(shù)原理第三章第三章 生化藥物制

4、造工藝生化藥物制造工藝生化藥物的定義、分類、特點生化藥物的定義、分類、特點定義定義：具體運用生物化學(xué)研究方法，具體運用生物化學(xué)研究方法，從生物體中經(jīng)提取、分離、純化等手從生物體中經(jīng)提取、分離、純化等手段獲得的天然存在的生化活性物質(zhì)或段獲得的天然存在的生化活性物質(zhì)或?qū)⑸鲜鲞@些物質(zhì)加以結(jié)構(gòu)改造或人工將上述這些物質(zhì)加以結(jié)構(gòu)改造或人工合成創(chuàng)造出的自然界沒有的新的活性合成創(chuàng)造出的自然界沒有的新的活性物質(zhì)，通稱生化藥物物質(zhì)，通稱生化藥物( (Biochemical medicine)。酶類藥物酶類藥物輔酶類藥物輔酶類藥物核苷酸與核酸類藥物核苷酸與核酸類藥物多肽類藥物多肽類藥物氨基酸類藥物氨基酸類藥物蛋白質(zhì)

5、類藥物蛋白質(zhì)類藥物多糖類藥物多糖類藥物脂類藥物脂類藥物分分 類類特特 點點1 1藥理學(xué)特性：藥理學(xué)特性：1藥理活性高、針對性強藥理活性高、針對性強毒性低、副作用小毒性低、副作用小2療效可靠、營養(yǎng)價值高療效可靠、營養(yǎng)價值高3特特 點點2 2化學(xué)特性：化學(xué)特性：1含量低、雜質(zhì)多、工藝復(fù)雜、含量低、雜質(zhì)多、工藝復(fù)雜、收率低、技術(shù)要求高；收率低、技術(shù)要求高；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生物活性受空間結(jié)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生物活性受空間結(jié)構(gòu)嚴(yán)格限制，穩(wěn)定性差；構(gòu)嚴(yán)格限制，穩(wěn)定性差；2易污染、腐敗易污染、腐敗3特特 點點3 3天然生化藥物是新型生物藥天然生化藥物是新型生物藥物的先導(dǎo)物物的先導(dǎo)物 通過合理藥物設(shè)計，可以得到通過合理藥物

6、設(shè)計，可以得到療效更高，作用更專一，更易為療效更高，作用更專一，更易為機體所接受，副作用與不良反應(yīng)機體所接受，副作用與不良反應(yīng)更小的新藥更小的新藥GLP-1GLP-1的結(jié)構(gòu)改造的結(jié)構(gòu)改造毒蜥毒蜥Exendin-4Exendin-4是自毒蜥唾液中提取的是自毒蜥唾液中提取的一種多肽，研究發(fā)現(xiàn)該多肽與人一種多肽，研究發(fā)現(xiàn)該多肽與人體內(nèi)的體內(nèi)的GLP-1GLP-1在序列上有在序列上有5353的同的同源性，同源性，同GLP-1GLP-1一樣具有促進胰島一樣具有促進胰島素分泌、抑制胰高血糖素分泌及素分泌、抑制胰高血糖素分泌及保護胰島保護胰島細胞等作用。細胞等作用。20052005年年經(jīng)經(jīng)FDAFDA批準(zhǔn)用

7、于二型糖尿病的治療。批準(zhǔn)用于二型糖尿病的治療。ExenatideExenatide是是Exendin-4Exendin-4的人工合的人工合成品。成品。Exenatide8080年代至今年代至今70-8070-80年代年代50-7050-70年代年代有機溶劑分級分離、等電沉淀有機溶劑分級分離、等電沉淀-粗提物粗提物離子交換層析、凝膠層析、超濾等離子交換層析、凝膠層析、超濾等技術(shù)技術(shù)-提高了產(chǎn)品的純度和收率提高了產(chǎn)品的純度和收率多種層析技術(shù)、超速離心等多種層析技術(shù)、超速離心等-高純度的生化藥物高純度的生化藥物植植 物物動動 物物動物臟器血液、分泌物及其它代謝物動物臟器血液、分泌物及其它代謝物微微

8、生生 物物海海 洋洋 生生 物物麻省麻省Transmolecular公司的公司的科學(xué)家將放射性科學(xué)家將放射性I131附著附著于自蝎子毒液中提取的一種于自蝎子毒液中提取的一種多肽制成藥物，研究發(fā)現(xiàn)該多肽制成藥物，研究發(fā)現(xiàn)該藥物具有靶向性，對晚期神藥物具有靶向性，對晚期神經(jīng)膠質(zhì)瘤有較好療效，患者經(jīng)膠質(zhì)瘤有較好療效，患者只需要從外部注射這種化合只需要從外部注射這種化合物，而無需再進行化療或放物，而無需再進行化療或放射治療。該藥物目前仍處于射治療。該藥物目前仍處于臨床研究階段。臨床研究階段。蝎蝎 毒毒 肽肽微微 生生 物物1利用微生物作為工具利用微生物作為工具微生物的代謝物微生物的代謝物 2微生物菌體

9、微生物菌體3海海 洋洋 生生 物物1海藻類：海藻類：已知的海藻有已知的海藻有1 1萬多種萬多種海洋動物類：海洋動物類：腔腸動物類、節(jié)肢腔腸動物類、節(jié)肢 動物類、軟體動物類、魚類、爬動物類、軟體動物類、魚類、爬行動行動 物類、海洋哺乳動物類物類、海洋哺乳動物類2海洋微生物：海洋微生物：3僧袍芋螺僧袍芋螺齊考諾肽齊考諾肽（ziconotideziconotide）最初由僧袍芋螺中提取，最初由僧袍芋螺中提取，現(xiàn)已人工合成，是一種現(xiàn)已人工合成，是一種神經(jīng)細胞鈣通道阻斷劑。神經(jīng)細胞鈣通道阻斷劑。作為一種非阿片類鎮(zhèn)痛作為一種非阿片類鎮(zhèn)痛藥物，用于治療嚴(yán)重的藥物，用于治療嚴(yán)重的慢性神經(jīng)性疼痛，其鞘慢性神經(jīng)性

10、疼痛，其鞘內(nèi)注射劑經(jīng)內(nèi)注射劑經(jīng)FDAFDA批準(zhǔn)于批準(zhǔn)于20052005年上市。年上市。 齊考諾肽（齊考諾肽（ziconotideziconotide）DidemninDidemnin B B是一種由是一種由7 7個氨基酸和個氨基酸和2 2個羧個羧酸組成的帶有分枝的環(huán)縮肽酸組成的帶有分枝的環(huán)縮肽, ,既能抑制既能抑制蛋白質(zhì)的合成蛋白質(zhì)的合成, ,也能抑制也能抑制DNADNA、RNARNA的合的合成成, ,對黑色素瘤對黑色素瘤B16B16細胞周期作用的研究細胞周期作用的研究表明表明, ,它可殺傷各期細胞它可殺傷各期細胞, ,尤以尤以G1G1至至S S期期細胞敏感細胞敏感 ，它可快速完全介導(dǎo)，它可快

11、速完全介導(dǎo)HL-60HL-60細細胞凋亡。目前胞凋亡。目前DideminDidemin B B已能夠人工全已能夠人工全合成合成, ,該藥完成了臨床該藥完成了臨床期實驗期實驗, ,最有希最有希望開發(fā)成治療癌癥的新藥。此外第二代望開發(fā)成治療癌癥的新藥。此外第二代didemninsdidemnins- -脫氫脫氫didemnins B(aplidinedidemnins B(aplidine) )現(xiàn)也已進入臨床實驗。現(xiàn)也已進入臨床實驗。 海鞘來源的抗癌肽海鞘來源的抗癌肽 DidemninDidemnin B B海兔體內(nèi)存在著多種結(jié)構(gòu)獨海兔體內(nèi)存在著多種結(jié)構(gòu)獨特、生理功能各異的次生代特、生理功能各異的

12、次生代謝產(chǎn)物謝產(chǎn)物, ,如萜類、毒素、甾體、如萜類、毒素、甾體、大環(huán)內(nèi)酯及肽類等大環(huán)內(nèi)酯及肽類等, ,其中肽類其中肽類化合物尤為引人注目。其中化合物尤為引人注目。其中 Dolastatin15和和Dolastatin10已已經(jīng)完成全合成經(jīng)完成全合成, ,并正在美國進并正在美國進行行期和期和期臨床試驗期臨床試驗, ,主要主要用于小細胞肺癌、卵巢癌、用于小細胞肺癌、卵巢癌、黑色素瘤和前列腺癌等實體黑色素瘤和前列腺癌等實體瘤的治療。瘤的治療。 海兔來源的抗癌作用肽海兔來源的抗癌作用肽&1 1 氨基酸類藥物氨基酸類藥物&2 2 多肽與蛋白質(zhì)類藥物多肽與蛋白質(zhì)類藥物&3 3 核酸類藥物核酸類藥物&4 4

13、 酶類藥物酶類藥物&5 5 糖類藥物糖類藥物&6 6 脂類藥物脂類藥物1 1 氨基酸類藥物氨基酸類藥物一、氨基酸類的分類一、氨基酸類的分類二、氨基酸類的應(yīng)用二、氨基酸類的應(yīng)用三、氨基酸類藥物的生產(chǎn)方法三、氨基酸類藥物的生產(chǎn)方法四、氨基酸輸液四、氨基酸輸液一、氨基酸類的分類一、氨基酸類的分類1蛋白質(zhì)氨基酸：蛋白質(zhì)氨基酸：編碼氨基酸編碼氨基酸非蛋白氨基酸：非蛋白氨基酸：D D型氨基酸、型氨基酸、- -氨基酸、氨基酸、- -氨基酸等氨基酸等2衍生氨基酸：衍生氨基酸：谷氨酰胺、硫酸甘谷氨酰胺、硫酸甘氨酸、磷葡精氨酸等氨酸、磷葡精氨酸等 31 1 氨基酸類藥物氨基酸類藥物二、氨基酸類的應(yīng)用二、氨基酸類的

14、應(yīng)用1 1、氨基酸的營養(yǎng)價值及與疾病治療關(guān)系、氨基酸的營養(yǎng)價值及與疾病治療關(guān)系2 2、治療消化道疾病、治療消化道疾病3 3、治療肝病、治療肝病4 4、治療腦及神經(jīng)系統(tǒng)疾病、治療腦及神經(jīng)系統(tǒng)疾病5 5、治療腫瘤、治療腫瘤6 6、其他應(yīng)用、其他應(yīng)用三、氨基酸的生產(chǎn)方法三、氨基酸的生產(chǎn)方法蛋白水解法：蛋白水解法：胱氨酸、半胱氨酸胱氨酸、半胱氨酸 化學(xué)合成法：化學(xué)合成法：甘氨酸、蛋氨酸、丙氨酸、甘氨酸、蛋氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸、絲氨酸等苯丙氨酸、絲氨酸等發(fā)酵法：發(fā)酵法：蘇氨酸、異亮氨酸、纈氨酸、精氨酸、蘇氨酸、異亮氨酸、纈氨酸、精氨酸、組氨酸、脯氨酸、鳥氨酸、瓜氨酸、賴氨酸、亮組氨酸、脯氨酸、鳥氨酸、

15、瓜氨酸、賴氨酸、亮氨酸等氨酸等酶法：酶法：丙氨酸、天冬氨酸、色氨酸等丙氨酸、天冬氨酸、色氨酸等水解法水解法制備制備 L-L-胱氨酸（胱氨酸（L-CystineL-Cystine，L-CysL-Cys）（1 1）L-L-胱氨酸的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)胱氨酸的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)1 1 氨基酸類藥物氨基酸類藥物（2 2）工藝路線）工藝路線 1 1 氨基酸類藥物氨基酸類藥物（3 3）檢驗：）檢驗：六角形或六角柱形白色結(jié)晶六角形或六角柱形白色結(jié)晶（4 4）作用與用途：）作用與用途：用于治療輻射損傷、用于治療輻射損傷、重金屬中毒、慢性肝炎、牛皮癬重金屬中毒、慢性肝炎、牛皮癬（5 5）注意事項）注意事項 控制控制水解程度是提高

16、收率的關(guān)鍵之一。水解程度是提高收率的關(guān)鍵之一。 被活性碳吸附的胱氨酸要進行回收；被活性碳吸附的胱氨酸要進行回收；中和過程中的體積要掌握適當(dāng)。中和過程中的體積要掌握適當(dāng)。1 1 氨基酸類藥物氨基酸類藥物3、發(fā)酵法、發(fā)酵法（1）發(fā)酵的原理）發(fā)酵的原理1 1 氨基酸類藥物氨基酸類藥物（2 2）發(fā)酵法的基本過程：）發(fā)酵法的基本過程： 培養(yǎng)基配制與滅菌處理培養(yǎng)基配制與滅菌處理 菌種誘變與選育菌種誘變與選育 菌種培養(yǎng)、滅菌及接種發(fā)酵菌種培養(yǎng)、滅菌及接種發(fā)酵 產(chǎn)品提取產(chǎn)品提取 分離純化分離純化（3 3）發(fā)酵法發(fā)酵法制備制備L-L-賴氨酸（賴氨酸（L-LysineL-Lysine，L-L-LysLys） L-

17、L-賴氨酸的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)賴氨酸的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)1 1 氨基酸類藥物氨基酸類藥物 工藝路線工藝路線1 1 氨基酸類藥物氨基酸類藥物檢驗：檢驗：白色或類白色結(jié)晶粉末白色或類白色結(jié)晶粉末作用與用途：作用與用途：為必需氨基酸為必需氨基酸工藝討論工藝討論u影響產(chǎn)酸率的因素影響產(chǎn)酸率的因素u新新732732樹脂的處理樹脂的處理u樹脂的再生樹脂的再生u采用電滲析法純化濃縮采用電滲析法純化濃縮lyslys，可明顯提，可明顯提高回收率高回收率微生物，植物細胞，微生物，植物細胞，動物細胞動物細胞化學(xué)合成，生物合成，化學(xué)合成，生物合成，天然存在天然存在底底 物物( () )生物反應(yīng)器生物反應(yīng)器含含L-AAL-AA反應(yīng)液反

18、應(yīng)液酶轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)酶轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)L-AAL-AA流程流程結(jié) 構(gòu)分子量等電點性 質(zhì)溶解性L-AspL-Ala L-Asp和和L-Ala的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)HOOCCHNH2COOHCH2CHNH2COOHH3C133.1089.092.772.776.0酸性氨酸性氨基酸基酸中性氨中性氨基酸基酸溶于水和溶于水和鹽酸，不鹽酸，不溶于乙醇溶于乙醇和乙醚和乙醚在水中有一在水中有一定溶解性，定溶解性，不溶于丙酮不溶于丙酮及乙醚及乙醚HOOCCHCOOHCHHOOCCHNH2COOHCH2CHNH2COOHH3C+CO2天冬氨天冬氨酸酶酸酶L-AspL-Asp脫羧酶脫羧酶酶轉(zhuǎn)化反應(yīng)酶轉(zhuǎn)化反應(yīng)工藝路線工藝路線固定化固定化