《生物制药工艺学》课程教学资源（PPT课件）第三章 生物制药工艺技术的发展

第三章生物制药工艺技术的发展

第三章 生物制药工艺技术的发展

第一节生物制药工艺的发展 生物药物类型与品种的发展 (一)生化药物 1.治疗酶与诊断用酶 (1)超氧化物歧化酶(SOD) 抗炎、抗辐射、抗衰老 (2)凝血酶 (3)L一天冬酰胺酶 (4)尿激酶 (5)PEG一腺苷脱氨酶(治疗免疫缺陷症) (6)β一半乳糖苷酶(用于生产无糖牛奶)

第一节 生物制药工艺的发展 一、生物药物类型与品种的发展 （一）生化药物 1.治疗酶与诊断用酶 （1）超氧化物歧化酶（SOD） 抗炎、抗辐射、抗衰老 （2）凝血酶 （3）L－天冬酰胺酶 （4）尿激酶 （5）PEG－腺苷脱氨酶 （治疗免疫缺陷症） （6）β－半乳糖苷酶（用于生产无糖牛奶）

2核苷和核苷酸类药物 (1)叠氮脱氧胸苷(AZT)(治疗爱滋病) (2)丙氧鸟苷(DHPG)(抗病毒) 3.多糖类药物 1)肝素钙与小分子量肝素(抗凝血) (2)透明质酸(化妆品,关节炎) 4蛋白质与多肽类药物 (1)水蛭素(抗凝血,防血栓) (2)转移因子(如牛脾转移因子,胎盘转移因子等,免疫) (3)胸腺制剂(抗肝炎,免疫) (4)肝细胞生长因子(治疗肝炎) 5脂类药物(β一胡萝卜素,EPA,DHA)

2.核苷和核苷酸类药物 （1）叠氮脱氧胸苷（AZT）（治疗爱滋病） (2)丙氧鸟苷（DHPG）（抗病毒） 3.多糖类药物 （1）肝素钙与小分子量肝素 （抗凝血） （2）透明质酸（化妆品，关节炎） 4.蛋白质与多肽类药物 （1）水蛭素（抗凝血，防血栓） （2）转移因子（如牛脾转移因子，胎盘转移因子等，免疫） （3）胸腺制剂（抗肝炎，免疫） （4）肝细胞生长因子（治疗肝炎） 5.脂类药物（β－胡萝卜素，EPA，DHA）

(二)基因工程药物 (1)乙肝疫苗 (2)人白细胞干扰素(IFN) (3)基因工程人胰岛素 (4)人白细胞介素(IL-2) (5)人生长激素(hGH) (6)人组织纤溶酶原激活剂(htPA) (7)人促红细胞生成素(hEPO) (8)细胞集落刺激因子(CSFs) (三)细胞工程产品 主要动物细胞培养产品有:α干扰素,γ千扰素,EPO 2及尿激酶等;植物细胞培养产品:罗汉果,洋地黄, 延胡索,人参,贝母,紫杉,紫草组织培养等。 各种单克隆抗体

（二）基因工程药物 （1）乙肝疫苗 （2）人白细胞干扰素（IFN） （3）基因工程人胰岛素 （4）人白细胞介素（IL－2） （5）人生长激素（hGH） （6）人组织纤溶酶原激活剂（htPA） （7）人促红细胞生成素（hEPO） （8）细胞集落刺激因子（CSFs） （三）细胞工程产品 主要动物细胞培养产品有：α干扰素，γ干扰素，EPO，IL －2及尿激酶等；植物细胞培养产品：罗汉果，洋地黄， 延胡索，人参，贝母，紫杉，紫草组织培养等。 各种单克隆抗体

、生化分离制备技术的发展 (一)生物反应器 生物反应器包括微生物细胞大规模培养的发酵罐和动物细胞大 规模的培养罐及用于固定化酶或固定化细胞进行连续自动化 转化生化物质的各种生物催化反应器 用于微生物细胞培养的生物反应器: 搅拌通气的反应器 气升式反应器 喷射自吸式反应器 用于多糖及脂肪酶发酵生产的离心式生物反应器 用于乳酸发酵的螺旋管式连续发醛 连续培养光合细胞的反应器 动物细胞培养器 用于固定化酶或固定化细胞生物反应器采用固定床和沸腾床

二、生化分离制备技术的发展 （一）生物反应器 生物反应器包括微生物细胞大规模培养的发酵罐和动物细胞大 规模的培养罐及用于固定化酶或固定化细胞进行连续自动化 转化生化物质的各种生物催化反应器。 用于微生物细胞培养的生物反应器： 搅拌通气的反应器 气升式反应器 喷射自吸式反应器 用于多糖及脂肪酶发酵生产的离心式生物反应器 用于乳酸发酵的螺旋管式连续发酵 连续培养光合细胞的反应器 动物细胞培养器 用于固定化酶或固定化细胞生物反应器采用固定床和沸腾床

(二)生物药物下游加工技术 错流超滤,高效液相色谱,亲和色谱,色层层析等。 快速蛋白液相色谱系统。 (三)膜分离技术 超滤技术,已用于酶发酵工业的纯化和浓缩。 三、生物工程技术在生物制药工业中的应用 )酶工程技术 第一代酶—酶制剂 第二代酶一固定化酶 第三代酶—固定化多酶(包含辅因子再生系统)

（二）生物药物下游加工技术 错流超滤，高效液相色谱，亲和色谱，色层层析等。 快速蛋白液相色谱系统。 （三）膜分离技术 超滤技术，已用于酶发酵工业的纯化和浓缩。 三、生物工程技术在生物制药工业中的应用 （一）酶工程技术 第一代酶—酶制剂 第二代酶—固定化酶 第三代酶—固定化多酶（包含辅因子再生系统）

1酶的固定化方法 酶的固定化方法有下述4种:吸附法,包埋法,共价键结 合法,交联法 EEEE EEEE E E EE E E E E EE 吸附法共价结合法交联法 包埋法

1.酶的固定化方法 酶的固定化方法有下述4种：吸附法，包埋法，共价键结 合法，交联法 E E E E E E E E E E E E E E E E E E E 吸附法 共价结合法 交联法 包埋法

(1)吸附法 吸附法分为物理吸附法与离子吸附法。用物理吸附法制 成固定化酶,酶活力损失很少,但吸着在载体上的酶, 易于脱落,使用价值少。 离子吸附法是将酶与含有离子交换剂的水不溶性载体结 合,酶吸附于载体上较为牢固,在工业上用途颇广。 离子吸附法常用的载体有 1)阴离子树脂,如 DEDA-C, ECTEOLA纤维素,TEAE 纤维素,DEAE一葡聚糖凝胶, Amberlite CG-50,IRC 50,IR-120,IR一200, Dowex-50等。 例:DEAE- Sephadex a-25吸附氨基酰化酶 (2)包埋法 包埋法系将酶包埋于凝胶或高分子聚合物网格内,网格

（1）吸附法 吸附法分为物理吸附法与离子吸附法。用物理吸附法制 成固定化酶，酶活力损失很少，但吸着在载体上的酶， 易于脱落，使用价值少。 离子吸附法是将酶与含有离子交换剂的水不溶性载体结 合，酶吸附于载体上较为牢固，在工业上用途颇广。 离子吸附法常用的载体有： 1)阴离子树脂，如DEDA-C, ECTEOLA-纤维素，TEAE－ 纤维素，DEAE－葡聚糖凝胶，Amberlite CG－50, IRC －50, IR－120, IR－200, Dowex－50等。 例：DEAE－Sephadex A-25 吸附氨基酰化酶 （2）包埋法 包埋法系将酶包埋于凝胶或高分子聚合物网格内，网格

可以防止酶的渗出,底物仍能渗入网格内与酶相接触。 包埋法的优点是酶分子本身不参与水不溶性网格的形 成,许多酶都可用此法固定化。其操作简单,酶分子 只是被保埋起来,而未受到化学反应,因此固定化酶 表现活力较高。 常用的报埋剂有聚丙烯酰胺,卡拉胶,淀粉凝胶,三醋 酸纤维素,海藻酸,胶原,血纤维,大豆蛋白等。 例:卡拉胶保埋细胞生产苹果酸 (3)共价键结合法 共价键结合法是通过化学反应使酶与聚合物载体共价偶 联。酶与载体共价结合的功能团包括氨基,羧基,酚 羟基,巯基,羟基,咪唑基。 常用共价键结合法有:重氮化法,烷基化和芳基化法, 戊二醛结合反应法,钛螯合法,硫醇一二硫化物的互 换反应等。固定化糖化酶

可以防止酶的渗出，底物仍能渗入网格内与酶相接触。 包埋法的优点是酶分子本身不参与水不溶性网格的形 成，许多酶都可用此法固定化。其操作简单，酶分子 只是被保埋起来，而未受到化学反应，因此固定化酶 表现活力较高。 常用的报埋剂有聚丙烯酰胺，卡拉胶，淀粉凝胶，三醋 酸纤维素，海藻酸，胶原，血纤维，大豆蛋白等。 例：卡拉胶保埋细胞生产苹果酸 （3）共价键结合法 共价键结合法是通过化学反应使酶与聚合物载体共价偶 联。酶与载体共价结合的功能团包括氨基，羧基，酚 羟基，巯基，羟基，咪唑基。 常用共价键结合法有：重氮化法，烷基化和芳基化法， 戊二醛结合反应法，钛螯合法，硫醇－二硫化物的互 换反应等。 固定化糖化酶

(4)肽键结合法 该法主要将含羧基的水不溶性载体变成酰基叠氮,异氰酸 盐,卤化物等衍生物,再使这些衍生物与酶的游离氨基进行反 应,形成肽键。 (5)交联法 交联法是使用双功能或多功能试剂与酶分子之间进行分子 间的交联反应的固定化方法。由于酶蛋白的功能基团,如氨基 酚基,巯基,和咪唑基,参与交联反应,因此可能影响酶的活 性中心结构,而使酶活力显著失活。交联剂有多种,主要为戊 醛 在固定化酶的基础上,固定化细胞技术得到迅速发展,其 实际应用速度已超过固定化酶。固定化细胞具有更多的优点, 它省去酶的分离操作。在细胞内,酶稳定性较高,进行固定化 时,活力丧失较少,且能利用天然存在的多酶体系,制造成本 更低。但是反应产物与底物必须容易透过细胞膜

（4）肽键结合法 该法主要将含羧基的水不溶性载体变成酰基叠氮，异氰酸 盐，卤化物等衍生物，再使这些衍生物与酶的游离氨基进行反 应，形成肽键。 （5）交联法 交联法是使用双功能或多功能试剂与酶分子之间进行分子 间的交联反应的固定化方法。由于酶蛋白的功能基团，如氨基， 酚基，巯基，和咪唑基，参与交联反应，因此可能影响酶的活 性中心结构，而使酶活力显著失活。交联剂有多种，主要为戊 二醛。 在固定化酶的基础上，固定化细胞技术得到迅速发展，其 实际应用速度已超过固定化酶。固定化细胞具有更多的优点， 它省去酶的分离操作。在细胞内，酶稳定性较高，进行固定化 时，活力丧失较少，且能利用天然存在的多酶体系，制造成本 更低。但是反应产物与底物必须容易透过细胞膜