第八章_生物制药

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1、第八章 生物制药第一节第一节 生物技术的发展过程及应用领域n先进的工程技术手段：基因工程、酶工程、细胞工程、发酵工程、生化工程n设计改造生物体：获得优良品质的动植物、微生物n加工生物原料：如淀粉、蜂蜜、纤维素等n生产出所需产品：医药、食品、化工等n达到某种目的：疾病预防、治疗、诊断，环境治理改变花色的转基因矮牵牛花改变花色的转基因矮牵牛花转转 基基 因因 甜甜 椒椒转转 基基 因因 西西 红红 柿柿蓝色玫瑰一直是人类美丽的梦想蓝色玫瑰一直是人类美丽的梦想基因工程正在将它变为现实基因工程正在将它变为现实太湖蓝藻治理发展过程按其发展过程按技术特征可分为三个阶段:n 传统生物技术阶段 n 近代生物技

2、术阶段n 现代生物技术阶段传统生物技术阶段传统生物技术阶段公元前几千年到20世纪30年代，主要是酿造技术，当时人们只知道酿造技术，但不知道这些技术的内在原因1680年出现了显微镜，人们才知道有微生物的存在1857年用实验方法证明了酒精发酵与酵母菌有关，并最终确征为酶，到此才揭开了发酵现象的奥秘。该阶段产品：乳酸、酒精、丙酮、丁醇、柠檬酸、淀粉酶特点：过程简单，大多数属于兼气发酵或表面培养，生产设备要求不高，产品化学结构简单，属于初级代谢产物。 近代生物技术阶段近代生物技术阶段n20世纪40年代，第二次世界大战的爆发，急需疗效好、毒副作用小的抗细菌感染药物，出现了青霉素，产量低，产品价格昂贵。n

3、1941年，青霉素可以批量生产，主要与开发了无菌技术、控制技术、补料技术等相关。n随着发酵新技术的出现，又相继发现了链霉素、红霉素、金霉素等药物。该阶段的主要产品：n抗生素、维生素、甾体、氨基酸；n食品工业的工业酶制剂、食用氨基酸、酵母、啤酒；n化工业的酒精、丙酮、丁醇、沼气；n农林业的农药；n环境保护业的生物治理污染。现代生物技术现代生物技术2003年年1953年年1973年年1985年年1990年年1997年年2001年年二、生物工程在医药及工农业生产中的地位n1、生物医药产业n2、生物技术与可持续发展农业n3、生物技术的第三次浪潮-工业生物催化1、生物医药产业n目前60%以上的生物技术成

4、果集中应用于医药工业。n美国是现代生物技术的发源地。n基因工程药物是医药生物技术应用最成功的领域。2、生物技术与可持续发展农业n绿色革命-不仅高产，还需要营养价值高、抗逆、抗病、抗虫，并尽可能减少使用化学农药，减少环境污染。n农业生物技术的发展也带来了巨额的经济效益，仅转基因抗虫棉就累计为农民增收50多亿元。3、生物技术的第三次浪潮-工业生物催化n化学工业的发展面临着巨大的挑战，应用生物催化技术改造、取代传统化工产品是研究的热点。n工业生物技术产业中氨基酸的年销售额已逾100亿元，发酵有机酸以柠檬酸产业为主，其产量占世界总产量的1/3，出口量一直居世界第一。第二节第二节 生物制药的内容n基因工

5、程：核心。n细胞工程：基础。n酶 工 程：条件。n发酵工程：手段。n均可自成体系，构成独立完整的技术，但是又高度相关、相互渗透。传统方法从牛的胰脏传统方法从牛的胰脏中提取中提取每每 1000 1000 磅牛胰脏磅牛胰脏，才能得，才能得到到 10 10 克胰岛素。克胰岛素。通过基因工程方法，通过基因工程方法，用大肠杆菌细胞生用大肠杆菌细胞生产产从从 200 200 升发酵液升发酵液就可得到就可得到 10 10 克胰岛素。克胰岛素。胰岛素胰岛素，是一种，是一种 51 51 个氨基酸残基组成的蛋白质。个氨基酸残基组成的蛋白质。基因工程方法与传统方法比较：基因工程方法与传统方法比较：1、基因工程干扰素

6、干扰素用于治疗肝炎等病毒感染性疾病，有良好疗效。用于治疗肝炎等病毒感染性疾病，有良好疗效。从人血中分离纯化从人血中分离纯化治疗一个肝炎病人的费用高治疗一个肝炎病人的费用高达二三万美元达二三万美元用基因工程技术生产干扰素用基因工程技术生产干扰素治疗一个肝炎病人大约只需治疗一个肝炎病人大约只需二三百美元二三百美元1 1 升发酵液中所得的干扰素相当于过去从升发酵液中所得的干扰素相当于过去从10001000升人血升人血中所得。生产成本也大为降低。中所得。生产成本也大为降低。2、发酵工程n利用微生物的生长代谢活动来生产各种有用物质的工程技术。发酵工程的内容发酵工程的内容医药、轻工、食品、农业、环保、能源

7、等行业医药、轻工、食品、农业、环保、能源等行业基因工程药物、疫苗及抗体产品基因工程药物、疫苗及抗体产品基因工程菌发酵基因工程菌发酵抗生素、生物制药、氨基酸、核苷酸、抗生素、生物制药、氨基酸、核苷酸、有机酸、饲料添加剂、微生态制剂、有机酸、饲料添加剂、微生态制剂、生物农药、生物肥料等生物农药、生物肥料等n大型发酵罐搅拌装置动物细胞反应器3、细胞工程n应用细胞生物学和分子生物学的方法，以细胞为基本单位，在体外条件下进行培养、繁殖，或人为地使细胞某些生物学特性按照人们的意愿发生改变，从而达到改良生物品种和创造新品种，加速繁殖动植物个体，或获得某种有用物质的过程。 细胞的不同研究水平 基因基因细胞核细

8、胞核细胞细胞（原生质体）（原生质体）组织组织生物体生物体染色体染色体植物细胞的全能性细胞培养技术示意图细胞培养技术示意图 动物细胞培养多莉多莉克隆猴克隆猴体外培养:1992年在多孔状结构高分子材料上培养出软骨细胞，并形成新的软骨组织。活体培养:老鼠背上培养出人耳形状的软骨。组织培养4、酶工程n酶是由生物体产生的具有催化剂活性的蛋白质。n催化特性：n 高效率比非催化高1081020倍比非酶催化高1071013倍n 高度专一性n 反应条件温和酶的生产、提取和分离纯化酶工程的内容酶工程的内容制成酶制剂直接利用制成固定化酶后利用用于治疗疾病用于加工和生产一些产品用于化验诊断和水质监控用于生物工程其他分

9、支领域酶制剂生产酶制剂的应用应用应用糖糖 尿尿 试试 纸纸葡萄糖氧化酶，过氧化氢酶，无色化合物固定化酶膜，变化器酶酶 传传 感感 器器固定化技术固定化技术拆分拆分DL-氨基酸氨基酸乙酰乙酰 -DL Ala L Ala +乙酸乙酸+乙酰乙酰 -D Ala氨基酰化酶法：氨基酰化酶法： 利用利用氨基酰化酶氨基酰化酶专一水解专一水解N-酰基酰基-L-氨基酸氨基酸酰酰胺键的特性，将胺键的特性，将L-氨基酸酰化物水解成氨基酸酰化物水解成L-氨基酸，氨基酸，而未被水解的而未被水解的D-氨基酸酰化物和氨基酸酰化物和L-氨基酸分离后，氨基酸分离后，经过水解就可以得到经过水解就可以得到D-氨基酸。氨基酸。 泵泵储

10、罐反应产物离心机离心机消消旋旋反反应应器器固定化酶柱子晶体 L-AlaL-Ala A-D-AlaA-L-Ala A-D-Ala二、生物药品现状和发展前景二、生物药品现状和发展前景什么是生物药物？什么是生物药物？n生物药物是生物药物是利用生物体、生物组织或其成分利用生物体、生物组织或其成分，综合应用生物学和药学的原理与方法进行加工、综合应用生物学和药学的原理与方法进行加工、制造而成的一大类预防、诊断、治疗制品。制造而成的一大类预防、诊断、治疗制品。n主要包括主要包括生化药品与生物制品及其相关的生物生化药品与生物制品及其相关的生物医药产品。医药产品。人类防病、治病的三大药源人类防病、治病的三大药源