《生物分離與純化技術》授課教案

1、?生物別離與純化技術?授課教案第一章緒論教學目的：熟悉生物物質的概念、種類和來源；了解別離純化技術及其根本原理；熟悉別離純化工藝的優(yōu)化、放大和驗證工作；掌握別離純化的特點與一般步驟；了解生物別離純化技術的開展歷史；熟悉生物別離純化技術的開展趨勢.教學重點：生物物質的概念、種類和來源；別離純化工藝的優(yōu)化、放大和驗證工作；別離純化的特點與一般步驟；生物別離純化技術的開展趨勢.教學難點：別離純化技術及其根本原理；別離純化工藝的優(yōu)化、放大和驗證工作.教學課時：4學時教學方法：多媒體教學教學內(nèi)容：第一節(jié)生物別離與純化的概念與原理一、生物物質的概念、種類和來源1 .生物物質：氨基酸及其衍生物類、活性多肽類

2、、蛋白質、酶類、核酸及其降解物、糖、脂類、動物器官或組織制劑、小動物制劑、菌體制劑.2 .生物物質來源：動物器官與組織、植物器官與組織、微生物及其代謝產(chǎn)物、細胞培養(yǎng)產(chǎn)物、血液、分泌物及其代謝物二、生物別離純化概念指從發(fā)酵液、動植物細胞培養(yǎng)液、酶反響液或動植物組織細胞與體液等中分離、純化生物產(chǎn)品的過程.三、生物別離純化技術生物技術上游：基因工程、細胞工程、酶工程、發(fā)酵工程及組織工程；下游：生物產(chǎn)品的回收一一生物別離與純化技術,主要包括離心技術、細胞破碎技術、萃取技術、固相析出技術、色譜技術和膜別離技術等.四、別離純化根本原理有效識別混合物中不同組分間物理、化學和生物學性質的差異,利用能夠識別這些

3、差異的別離介質或擴大這些差異的別離設備來實現(xiàn)組分間的別離或目標產(chǎn)物的純化.原理別離純化技術產(chǎn)物舉例電泳蛋白質、核酸、氨基酸帶電性離子交換色譜氨基酸、后機酸、抗生素、蛋白質、核酸等電點沉淀蛋白質、氨基酸電滲析氨基酸、有機酸、鹽、水化學性離子交換色譜氨基酸、后機酸、抗生素、蛋白質、核酸親和色譜蛋白質、核酸生物功親和色譜蛋白質、核酸能特性疏水色譜蛋白質、核酸原理別離純化技術產(chǎn)物舉例離心菌體、細胞碎片、蛋白質分子大小、超濾蛋白質、多醵、抗生素形狀微濾菌體、細胞透析尿素、鹽、蛋白質電滲析氨基酸、有機酸、鹽、水凝膠色譜鹽、分子大小/、同的蛋白質萃取氨基酸、后機酸、抗生素、蛋白質、香料鹽析蛋白質、核酸溶解度

4、、揮結晶氨基酸、后機酸、抗生素、蛋白質發(fā)性蒸儲乙醇、香精等電點沉淀蛋白質、氨基酸有機溶劑沉淀蛋白質、核酸第二節(jié)別離純化策略一、生物別離純化技術的特點.環(huán)境復雜、別離純化困難2 .含量低、工藝復雜3 .穩(wěn)定性差、操縱要求嚴格4 .目標產(chǎn)物最終的質量要求很高5 .終極產(chǎn)品純度的均一性與化學別離上純度的概念并不完全相同二、別離純化方法選擇的原那么1 .技術路線、工藝流程盡量簡單化；2 .盡可能采用低本錢的材料與設備；3 .將完整工藝流程劃分為不同的工序；4 .注意時效性；5 .采用成熟技術和可靠設備；6 .準備好書面標準操作程序等技術文件；7 .檢測純化過程中產(chǎn)物產(chǎn)量和活性三、別離純化的原材料選擇與

5、成品保存1 .原材料的選擇(1)來源與目標產(chǎn)物含量相關的因素適宜的生物品種適宜的組織器官生物材料的種屬特異性適宜的生長發(fā)育階段適宜的生理狀態(tài)2 .天然生物材料的采后處理天然生物材料需要處理的原因細胞自溶導致目標產(chǎn)物失活或降解；易受微生物污染導致目標產(chǎn)物失活或降解.易受光照、氧氣等的作用導致其分子結構改變.一般植物材料需進行適當?shù)目菰锖笤俦４?動物材料需經(jīng)清洗后速凍、有機溶劑脫水或制成丙酮粉在低溫下保存.3 .成品的保存(1)影響生物產(chǎn)品保存的主要因素空氣溫度水分光線pH保存期(2)蛋白質和酶制品的保存方法低溫下保存制成干粉或結晶保存保存時添加保護劑四、別離純化的準備工作1 .軟件材料的準備2

6、.硬件材料的準備五、別離純化的根本步驟發(fā)理液“成處理一物腿分惠一加耨金一評加化調(diào)pH值離心分賽研磨紫戰(zhàn)過幫恤-1胞外產(chǎn)物11n贏破司一一|細胞碎片別離|一|初樂純化離心別離萃取過浪淀的取清庭強萃超層析無菌過濾離子交換超胞吸附冷凍枯燥電泳噴霧干球結晶六、別離純化技術的綜合運用與工藝放大一種合格產(chǎn)品要運用多種別離設備和技術進行純化,原由于：在每個工序中根據(jù)現(xiàn)有設備條件和目標產(chǎn)物的性質、規(guī)格、用途不同可采用多種別離純化手段；每種別離純化操作本身各項影響加工效果的因素都直接影響別離純化的效果和本錢；各工序間具有復雜的相互影響作用.1 .建立在制品、半制品成品上的檢測方法是工藝優(yōu)化的前提2 .明確優(yōu)化工

7、藝的評判標準,處理好收率、純度、經(jīng)濟性之間的平衡應將處理體積大、加工本錢低的工序盡量前置,而價格昂貴、精制工序易放在工藝流程的后段.隨產(chǎn)物純度的提升,對工藝流程下游加工所用的設備、試劑的要求亦提圖0七、別離純化的中試放大1 .中試放大具備的條件確定并系統(tǒng)鑒定了生物材料的資源目標產(chǎn)物的收率穩(wěn)定即重復性好,質量可靠工藝路線和操作條件已經(jīng)確定,并且已經(jīng)建立了原料、半制品、產(chǎn)品的的分析檢測方法已經(jīng)進行過物料平衡預算,并且建立了主廢的處理和監(jiān)測方法確立了中試規(guī)模及所需原材料的規(guī)格和數(shù)量建立了教完善的平安生產(chǎn)預警舉措和方法2 .中試放大中力求解決及注意的問題(1)進一步確定生產(chǎn)中所需原輔料的規(guī)格和來源(2

8、)進一步確定生產(chǎn)設備的選型與設備材料的質量(3)進一步確定別離純化操作的條件限度(4)研究和建立原輔材料、中間體及產(chǎn)品質量的分析方法和手段3 .中試放大的方法經(jīng)驗放大法、相似放大法、數(shù)學模型放大法、步步為營法、一竿子插到底法4 .中試放大的關鍵環(huán)節(jié)工藝路線及各工序操作步驟設備材質與型號的選擇原輔材料、中間體的質量標準操作條件物料衡算平安生產(chǎn)與土廢防治原輔材料、中間體及產(chǎn)品的理化和生物學測定消耗定額、原料本錢、操作工時與生產(chǎn)周期等的計算八、生物藥品生產(chǎn)工藝的驗證1 .驗證的概念證實任何程序、生產(chǎn)過程、設備、物料、活動或系統(tǒng)確實能到達預期結果的有文件明的一系列活動.2 .藥品生產(chǎn)驗證的主要內(nèi)容設備

9、與廠房和公用設施驗證、工藝驗證、清潔驗證、分析方法驗證、計算機驗證3 .生產(chǎn)工藝驗證關鍵工藝步驟的驗證關鍵工藝參數(shù)的驗證工藝一致性驗證第三節(jié)生物別離純化技術的開展一、生物別離純化技術的開展歷史1 .古代釀造業(yè)包括釀酒、制醬油卜醋、酸奶和干酪等,都是家庭作坊式的,產(chǎn)物根本不經(jīng)過后處理而直接使用.2 .原始別離純化時期第一代生物技術產(chǎn)品主要指19世紀60年代到20世紀40年代青霉素等抗生素出現(xiàn)之前的生物技術產(chǎn)業(yè).3 .傳統(tǒng)別離純化方法推廣使用時期傳統(tǒng)第二代生物技術產(chǎn)品以青霉素產(chǎn)品的出現(xiàn)為代表.這一時期的特點是產(chǎn)品類型多,分子結構較為復雜,對別離純化提出了更高要求.這期間引進吸收了大量的近代化學工業(yè)的別離技術,據(jù)報道有80%的化工單元操作技術被引進生物工業(yè).4 .快速開展時期第三代生物技術產(chǎn)品一般認為以20世紀70年代末崛起的DNA重組技術及細胞融合技術為代表.如乙肝疫苗、干擾素等一批