生物制藥課件十五章

生物制藥課件十五章第一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期日（3）從原料來源是否豐富考慮；（4）從簡化提純步驟著手

（5）如用動(dòng)物組織作原料，則此動(dòng)物宰殺后應(yīng)立即取材。從動(dòng)物或植物中提取酶受到原料的限制，隨著酶應(yīng)用日益廣泛和需求量的增加，工業(yè)生產(chǎn)的重點(diǎn)已逐漸轉(zhuǎn)向微生物。用微生物發(fā)酵法生產(chǎn)藥用酶，不受季節(jié)、氣候和地域的限制，生產(chǎn)周期短，產(chǎn)量高，成本低，能大規(guī)模生產(chǎn)。第二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期日二、微生物酶制劑高產(chǎn)菌株的選育菌種是工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)酶制劑的重要條件。與增加品種、縮短生產(chǎn)周期、改進(jìn)發(fā)酵和提煉工藝條件等密切相關(guān)。優(yōu)良菌種的獲得有三條途徑：①是從自然界分離篩選：②是用物理域化學(xué)方法處理、誘變；③是用基因重組與細(xì)胞融合技術(shù)。因此微生物的分離篩選是一切工作的基礎(chǔ)。第三頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期日三、微生物酶制劑生產(chǎn)的發(fā)酵技術(shù)首先要合理選擇培養(yǎng)方法、培養(yǎng)基、培養(yǎng)溫度、pH和通氣量等。還要研究酶的分離提純技術(shù)和制備工藝。（—）原料利用微生物生產(chǎn)酶制劑的主要原料為碳源和氮源，此外還有無機(jī)鹽、生長因素和產(chǎn)酶促進(jìn)劑等。第四頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期日

如果添加少量某種物質(zhì)就能明顯增加酶的產(chǎn)量時(shí)，這類物質(zhì)通稱為產(chǎn)酶促進(jìn)劑。它們大多屬于酶的誘導(dǎo)物或表面活性劑。1、固體培養(yǎng)法固體培養(yǎng)法亦稱麩曲培養(yǎng)法，該法是利用麩皮或米糠為主要原料，另外視需要添加其它谷糠、豆餅等，加水拌成含水適度的半固態(tài)物料作為培養(yǎng)基。2、液體培養(yǎng)法液體培養(yǎng)法是利用液體培養(yǎng)進(jìn)行微生物的生長繁殖和產(chǎn)酶。根據(jù)通氣（供氧）方法的不同，又分為液體表面培養(yǎng)和液體深層培養(yǎng)兩種。第五頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期日3、影響酶產(chǎn)生的一些因素

菌種的產(chǎn)酶性能是決定發(fā)酵效果的重要因素，但是發(fā)酵工藝條件對產(chǎn)酶的影響也是十分明顯的。（1）溫度一般發(fā)酵溫度比種子培養(yǎng)時(shí)略高些，這樣對產(chǎn)酶有利。（2）pH可用糖或淀粉調(diào)節(jié)，pH低則可用氨來調(diào)節(jié)。第六頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期日（3）通氣（供氧）臨界氧濃度。氧必須是溶解于培養(yǎng)基中的氧。（4）攪拌增加液體湍流速度，減少氣泡周圍液膜厚度。有利于促進(jìn)細(xì)胞的新陳代謝。（5）泡沫和消沫劑由于培養(yǎng)基中蛋白質(zhì)分子排在氣泡表面形成一層吸附膜，聚集成泡沫層之故。（6）添加誘導(dǎo)劑和抑制劑誘導(dǎo)酶誘導(dǎo)酶的合成，誘導(dǎo)酶是該酶作用底物或者是其類似物。抑制劑促進(jìn)酶的形成。加入適量表面活性劑。第七頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期日第二節(jié)酶類藥物的提取和純化一、生物材料的預(yù)處理（一）動(dòng)物材料的預(yù)處理1、機(jī)械處理用絞肉機(jī)絞，一般細(xì)胞并不破碎。有的酶必須細(xì)胞破碎后才能有效地提取，在實(shí)驗(yàn)室常用的是玻璃勻漿器和組織搗碎器。2、反復(fù)凍融

冷到-10℃左右，再緩慢溶解至室溫，如此反復(fù)多次。由于細(xì)胞中冰晶的形成，及剩下液體中鹽濃度的增高，能使細(xì)胞中顆粒及整個(gè)細(xì)胞破碎，從而使某些酶釋放出來。第八頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期日3、丙酮粉組織經(jīng)丙酮迅速脫水干燥制成丙酮粉，不僅可減少酶的變性，同時(shí)因細(xì)胞結(jié)構(gòu)成份的破碎使蛋白質(zhì)與脂質(zhì)結(jié)合的某些化學(xué)鍵打開，促使某些結(jié)合酶釋放到溶液中，常用的方法是將組織糜或勻漿懸浮于0.0lmol／L，pH6.5的磷酸緩沖液中，在0℃下一邊攪拌，一邊徐徐倒入10倍體積的-15℃無水丙酮內(nèi)，10分鐘后，離心過濾取其沉淀物，反復(fù)用冷丙酮洗幾次，真空干燥即得丙酮粉。丙酮粉在低溫下可保存數(shù)年。第九頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期日（二）微生物的預(yù)處理要是酶是胞外酶，則可除去菌體后再直接從發(fā)酵液中吸附提取酶。但對胞內(nèi)酶則需將菌體細(xì)胞破壁，制成無細(xì)胞的懸液后再行提取。菌體用生理鹽水洗滌除去培養(yǎng)基后，應(yīng)深凍保存。干燥法，因?yàn)楦稍锍Ｄ軐?dǎo)致細(xì)胞自溶，增加酶的釋放，從而在后處理中破壁不必太劇烈就能達(dá)到預(yù)期目的。

1、干燥法：

①空氣干燥25～30℃

②真空干燥還原劑作保護(hù)劑

③冷凍干燥對較敏感的酶宜用此法。

2、機(jī)械法：常用的方法有研磨法，組織勻漿法，超聲波法，高壓勻漿法等。第十頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期日3、酶法處理用得最多的是溶菌酶，如在37℃，pH8.0下對小球菌進(jìn)行破壁處理，歷時(shí)15分鐘，即可提取核酸酶。也有用脫氧核糖核酸酶處理，操作與溶菌酶同。二、酶的提取1、水溶液法常用稀鹽溶液或緩沖液提取。一般在低溫下操作。在酸性條件下穩(wěn)定的酶要在酸性條件下提取。一般來說，堿性蛋白酶用酸性溶液提取，酸性蛋白酶用堿性溶液提取。第十一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期日

鹽濃度一般以等滲為好，相當(dāng)于0.15mol／LNaCl的離子強(qiáng)度是最適宜于酶的提取。2、有機(jī)溶劑法某些結(jié)合酶如微粒體和線粒體膜的酶，由于和脂質(zhì)牢固結(jié)合，為此必須除去結(jié)合的脂質(zhì)，且不能使酶變性，最常用的有機(jī)溶劑是丁醇。

3、表面活性劑法表面活性劑能與蛋白質(zhì)結(jié)含而分散在溶液中，故可用于提取結(jié)合酶。第十二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期日三、酶制劑的工業(yè)提取法（一）發(fā)酵液的預(yù)處理及過濾微生物發(fā)酵液的分離，過濾，發(fā)酵液中加絮凝劑或凝固劑。絮凝劑有聚丙烯酰胺、右旋糖酐和聚谷氨酸。（二）酶液的脫色活性炭、脫色樹脂。（三）鹽析法用得最多的是（NH4）2SO4，在常溫下不會(huì)造成酶的失活，若分級沉淀應(yīng)用得當(dāng)，雜蛋白雜質(zhì)也較少。第十三頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期日（四）有機(jī)溶劑法

有機(jī)溶劑沉淀蛋白質(zhì)的能力為丙酮＞異丙醇＞乙醇＞甲醇。工業(yè)上通常采用乙醇作為沉淀劑。（五）噴霧干燥直接制備粉末酶制劑噴霧干燥用于干燥菌體，藥用酶常用冷凍干燥。四、酶的純化評價(jià)純化工藝主要看二個(gè)指標(biāo)，一是酶比活，二是總活力回收。

第十四頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期日酶在純化過程中的一些技術(shù)難點(diǎn)：（一）雜質(zhì)的除去酶提取液中，除所需酶外，還含有大量的雜蛋白、多糖、脂類和核酸等。（1）pH和加熱沉淀法

（2）蛋白質(zhì)表面變性法利用蛋白質(zhì)表面變性性質(zhì)的差別，也可除去雜蛋白，加入氯仿和乙醇進(jìn)行震蕩，可以除去雜蛋白。第十五頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期日（3）選擇性變性法

利用蛋白質(zhì)穩(wěn)定性的不同，除去雜蛋白。甚至可用2.5%三氯乙酸處理。（4）核酸沉淀劑法用核酸酶，將核酸降解成核苷酸，使粘度下降便于離心分離。用核酸沉淀劑如三甲基十六烷基溴化銨、硫酸鏈霉素、聚乙烯亞胺、魚精蛋白和二氯化錳等。（5）將酶與底物結(jié)合酶和底物結(jié)合或競爭性抑制劑結(jié)合后，熱穩(wěn)定性大大提高，這樣就可用加熱法除去雜蛋白。第十六頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期日（二）脫鹽和濃縮1、脫鹽脫鹽方法是透析和凝膠過濾。2、濃縮酶的濃縮方法很多，有冷凍干燥、離子交換、超濾、凝膠吸水、聚乙二醇吸水等。（三）酶的結(jié)晶把酶提純到一定純度以后（通常純度應(yīng)達(dá)50%以上），可使其結(jié)晶，酶的純度經(jīng)常有一定程度的提高。為研究蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)提供X射線衍射樣品。第十七頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期日1、酶的結(jié)晶方法酶的結(jié)晶方法主要是緩慢地改變酶蛋白的溶解度，使其略處于過飽和狀態(tài)。（1）鹽析法

操作要在低溫下進(jìn)行，加鹽，緩沖液pH要接近酶的等電點(diǎn)。多數(shù)酶就可形成結(jié)晶。有時(shí)也可交替置在4℃冰箱中和室溫下來形成結(jié)晶。（2）有機(jī)溶劑法

酶液中滴加有機(jī)溶劑，有時(shí)也能使酶形成結(jié)晶。一般要含少量無機(jī)鹽的情況下，選擇使酶穩(wěn)定的pH，緩慢地滴加有機(jī)溶劑。使用的緩沖液一般不用磷酸鹽，而用氯化物或乙酸鹽。第十八頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期日（3）復(fù)合結(jié)晶法有時(shí)可以利用某些酶與有機(jī)化合物或金屬離子形成復(fù)合物或鹽的性質(zhì)來結(jié)晶。（4）透析平衡法（5）等電點(diǎn)法2、結(jié)晶條件的選擇（1）酶的純度酶的純度越高，結(jié)晶越容易，長成大的單晶可能性也越大。結(jié)晶對酶有明顯的純化作用。（2）酶的濃度（3）溫度結(jié)晶的溫度通常在4℃下或室溫25℃下，低溫條件下酶不僅溶解度低，而且不易變性。第十九頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期日（4）時(shí)間結(jié)晶形成的時(shí)間,數(shù)小時(shí)到幾個(gè)月，有的甚至需要1年或更長時(shí)間。一般來說，較大而性能好的結(jié)晶是在生長慢的情況下得到的。一般希望使微晶的形成快些，然后慢慢地改變沉淀?xiàng)l件，再使微晶慢慢長大。（5）pH

調(diào)整pH可使結(jié)晶長到最佳大小，也可改變晶形。結(jié)晶溶液pH一般選擇在被結(jié)晶酶的等電點(diǎn)附近。（6）金屬離子

許多金屬離子能引起或有助于酶的結(jié)晶，在酶的結(jié)晶過程中常用金屬離子有Ca2+、Zn2＋、Co2＋、Cu2＋、Mg2＋、Mn2＋、Ni2＋等。第二十頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期日（7）晶種

不易結(jié)晶的蛋白質(zhì)和酶，有的需加入微量的晶種才能結(jié)晶，（8）結(jié)晶器皿處理

結(jié)晶用的器皿要充分清洗、烘干。使用前用結(jié)晶母液再?zèng)_洗一次。結(jié)晶的玻璃器皿，可用硅涂料進(jìn)行表面處理，以使表面光滑且不潤濕。這樣可減少晶核數(shù)目，形成大的結(jié)晶。（四）酶分離和純化工作的注意事項(xiàng)1、防止酶蛋白變性2、防止輔因子的流失3、防止酶被蛋白水解酶降解第二十一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期日

第三節(jié)酶類藥物

一、藥用酶類的概述早期酶制劑主要用于治療消化道疾病，燒傷及感染引起的炎癥疾病，現(xiàn)在國內(nèi)外己廣泛應(yīng)用于多種疾病的治療，其制劑品種已超過700余種。（一）促進(jìn)消化酶類

（二）消炎酶類

（三）與纖維蛋白溶解作用有關(guān)的酶類（四）抗腫瘤的酶（五）其它藥用酶第二十二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期日（一）胃蛋白酶（Pepsin，EC3.4.4.1）

胃蛋白酶廣泛存在于哺乳類動(dòng)物的胃液中，藥用胃蛋白酶系從豬、牛、羊等家畜的胃粘膜中提取。1、組成（結(jié)構(gòu)）、性質(zhì)藥用胃蛋白酶是胃液中多種蛋白水解酶的混合物，含有胃蛋白酶、組織蛋白酶、膠原酶等，為粗制的酶制劑。水溶液呈酸性，難溶于乙醇、氯仿等有機(jī)溶劑。

pI為pH1.0，最適pH1.5～2.0?？扇苡?0％乙醇和pH4的20％乙醇中。胃蛋白酶能水解大多數(shù)天然蛋白質(zhì)底物。第二十三頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期日2、生產(chǎn)工藝（1）工藝路線：

胃蛋白酶原鹽酸催化激活成胃蛋白酶。常用的脫脂劑有乙醚、氯仿、四氯化碳。第二十四頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期日（2）工藝過程：（3）胃膜素和胃蛋白酶聯(lián)產(chǎn)工藝：向經(jīng)消化、提取、脫脂、分層、濃縮及60％丙酮沉淀分離胃膜素的母液中，邊攪拌邊加冷丙酮，至比重為0.91，即有淡黃色胃蛋白酶沉出，靜放過夜，去上清液，沉淀真空干燥，即得胃蛋白酶。（4）結(jié)晶胃蛋白酶的制備：藥用胃蛋白酶原粉，溶于20％酒精中，加H2SO4調(diào)pH3.0，5℃靜置20h后過濾，加硫酸鎂至飽和，進(jìn)行鹽析。鹽析物再在pH3.8～4.0的乙醇中溶解，過濾，濾液用硫酸調(diào)pH至1.8～2.0，即析出針狀胃蛋白酶。沉淀再溶于20%pH4的乙醇中，過濾，濾液用硫酸調(diào)pH至1.8，在20℃放置，可得板狀或針狀結(jié)晶。第二十五頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期日（二）胰蛋白酶胰蛋白酶是從牛、羊胰臟提取、結(jié)晶的凍干制劑。易溶于水，不溶于氯仿、乙醇、乙醚等有機(jī)溶劑。在pH1.8時(shí)，短時(shí)煮沸幾乎不失活；在堿溶液中加熱則變性沉淀，Ca2+有保護(hù)和激活作用，胰蛋白酶的pI為10.1。牛胰蛋白酶在腸激酶或自身催化下，釋放出6肽，變成有活性的胰蛋白酶。胰蛋白酶分子量24000，由223個(gè)氨基酸殘基組成。

胰蛋白酶專一作用于由堿性氨基酸精氨酸及亮氨酸羧基所組成的肽鍵。酶本身很容易自溶。第二十六頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期日2、生產(chǎn)工藝（1）工藝路線：第二十七頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期日（三）糜蛋白酶（Chymotrypsin，EC3.4.4.5）胰蛋白酶可激活糜蛋白酶原成α-糜蛋白酶。2、生產(chǎn)工藝（1）工藝路線：（2）工藝過程：

酶原加少量胰蛋白酶，pH7.6第二十八頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期日（四）尿激酶（Urokinase，EC3.4.99.26）尿激酶，是一種堿性蛋白酶。由腎臟產(chǎn)生，主要存在于人及哺乳動(dòng)物的尿中。人尿平均含量5～6國際單位／m1。1、組成（結(jié)構(gòu)）性質(zhì)（1）尿激酶有多種分子量形式。尿中的尿胃蛋白酶原，在酸性條件下可以激活生成尿胃蛋白酶，把天然尿激酶降解成為尿激酶。（2）尿激酶是專一性很強(qiáng)的蛋白水解酶，血纖維蛋白溶酶原是它唯一的天然蛋白質(zhì)底物，它作用于精氨酸-纈氨酸鍵使纖溶酶原轉(zhuǎn)為纖溶酶。尿激酶也具有酯酶活力。第二十九頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期日（3）尿激酶的pI為pH8～9，主要部分在pH8.6左右。溶液狀態(tài)不穩(wěn)定，凍干狀態(tài)可穩(wěn)定數(shù)年。加入1％EDTA、人血白蛋白或明膠可防止酶的表面變性作用。2、生產(chǎn)工藝（1）工藝路線：第三十頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期日（2）工藝過程：硅藻土吸附，0.02％氨水加0.1mol／L氯化鈉洗脫。QAE—Sephadex層析柱去熱原、色素。CM—C濃縮。

第三十一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期日（五）細(xì)胞色素C（CytochromeC）細(xì)胞色素C存在于自然界中一切生物細(xì)胞里，其含量與組織的活動(dòng)強(qiáng)度成正比。以哺乳動(dòng)物的心肌、鳥類的胸肌和昆蟲的翼肌含量最多，肝、腎次之，皮膚和肺中最少。

1、組成（結(jié)構(gòu)）、性質(zhì)

細(xì)胞色素C是含鐵卟啉的結(jié)合蛋白質(zhì)，鐵卟啉環(huán)與蛋白質(zhì)部分比例為1∶1。豬心細(xì)胞色素C分子量12200。pI為pH10.2～10.8。第三十二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期日

細(xì)胞色素C對干燥、熱和酸都較穩(wěn)定。氧化型呈水溶液深紅色，在飽和硫酸銨中可溶解。

還原型水溶液呈桃紅色，溶解度較小。2、生產(chǎn)工藝（1）工藝路線：第三十三頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期日人造沸石pH7.5吸附，蒸餾水和氯化鈉溶液反復(fù)洗滌，25％硫酸銨溶液洗脫。20％三氯醋酸沉淀細(xì)胞色素C，AmberliteIRC－50（NH4＋）樹脂柱吸附。第三十四頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期日（六）溶菌酶（Lysozyme）

溶菌酶，又稱胞壁質(zhì)酶或N-乙酰胞壁質(zhì)聚糖水解酶。它廣泛存在于鳥類和家禽的蛋清、哺乳動(dòng)物的淚、唾液、血漿、尿、乳汁、白細(xì)胞和組織（如肝、腎）細(xì)胞內(nèi)，其中以蛋清含量最豐富。溶菌酶是一種具有殺菌作用的天然抗感染物質(zhì)，具有抗菌、抗病毒、抗炎癥。1、組成（結(jié)構(gòu)）和性質(zhì)溶菌酶是一堿性球蛋白，分子中堿性氨基酸、酰氨殘基及芳香族氨基酸（如色氨酸）比例很高。第三十五頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期日

溶菌酶能催化粘多糖或甲殼素中的N-乙酰胞壁酸和N-乙酰氨基葡萄糖之間的β-1，4糖苷鍵。溶菌酶是一種罕見的穩(wěn)定蛋白質(zhì)。在pH5.5加熱4h后，酶變得更活潑。低濃度的Mn（10-7mol／L）在中性和堿性條件下能使酶免受熱的失活作用。第三十六頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期日2、生產(chǎn)工藝（1）工藝路線第三十七頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期日（七）L-天門冬酰胺酶（L-asparaginase）1、組成（結(jié)構(gòu)）、性質(zhì)

L-天門冬酰胺酶是酰胺基水解酶，是從大腸桿菌菌體中提取分離的酶類藥物，用于治療白血病。性狀呈白色粉末狀，微有濕性，溶于水，不溶于丙酮、氯仿、乙醚及甲醇。最適pH8.5，最適溫度37℃。

L-天門冬酰胺酶的產(chǎn)生菌是霉菌和細(xì)菌，故可作制造酶的原料。第三十八頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期日2、生產(chǎn)工藝（1）工藝路線：第三十九頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期日（八）激肽釋放酶（Kallikrein）

激肽釋放酶是一種蛋白酶。哺乳動(dòng)物的激肽釋放酶有兩大類：血液激肽釋放酶和組織激肽釋放酶。藥用激肽釋放酶又稱血管舒緩素，主要來自頜下腺或胰腺。第四十頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期日

豬胰激肽釋放酶是一種糖蛋白，含有唾液酸，在腺體中以酶原形式存在。唾液酸的除去并不影響酶的活性。（1）專一性激肽釋放酶是一種內(nèi)切蛋白水解酶，當(dāng)它作用于蛋白質(zhì)底物激肽原后釋放出激肽。激肽釋放酶只作用于天然激肽原。（2）穩(wěn)定性一般說，激肽釋放酶的純度越高，穩(wěn)定性越差。在水溶液中不穩(wěn)定，但在pH8.0的水或緩沖液中，可在冷凍狀態(tài)下保存相當(dāng)長時(shí)間不失活。

第四十一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期日2、生產(chǎn)工藝（1）工藝路線：（2）工藝過程：冷丙酮33％、70％，用丙酮、乙醚脫脂、脫水。40%、60%冷丙酮分級沉淀。弱酸性陽樹脂AmberliteCG－50（鈉型）第四十二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期日（九）超氧化物歧化酶（SuperoxidedismutaseSOD）超氧化物歧化酶是一種重要的氧自由基清除劑，作為藥用酶在美國、德國、澳大利亞等國有產(chǎn)品，此酶屬金屬酶，它催化的化學(xué)反應(yīng)是：

由于SOD能專一清除超氧陰離