第十三章生化药物制造工艺酶类药物课件.ppt
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1、第十三章生化药物制造第十三章生化药物制造工艺酶类药物工艺酶类药物2022-10-1第十三章生化药物制造工艺酶类药物(3)从原料来源是否丰富考虑)从原料来源是否丰富考虑;(4)从简化提纯步骤着手。)从简化提纯步骤着手。(5)如用动物组织动物组织作原料,则此动物宰杀后应立即宰杀后应立即取材取材。从动物或植物动物或植物中提取酶受到原料的限制原料的限制。用微生物发酵法微生物发酵法生产药用酶药用酶,不受季节、气候和地域的限制,生产周期短,产量高,成本低,能大规模生产。第十三章生化药物制造工艺酶类药物(二)微生物酶制剂高产菌株的选育(二)微生物酶制剂高产菌株的选育 菌种是工业发酵生产酶制剂生产酶制剂的重要
2、条件。目前,优良菌种优良菌种的获得有三条途径三条途径:是从自然界分离筛选分离筛选;是用物理或化学方法物理或化学方法处理、诱变诱变;是用基因重组与细胞融合技术基因重组与细胞融合技术。微生物的分离筛选分离筛选是一切工作的基础。第十三章生化药物制造工艺酶类药物(三)微生物酶制剂生产的发酵技术(三)微生物酶制剂生产的发酵技术 有了优良的生产菌株,只是酶生产的先决条件,要有效地进行生产还必须探索菌株产酶的最适培养条最适培养条件件。首先要合理选择培养方法、培养基、培养温度、合理选择培养方法、培养基、培养温度、pH和通气量和通气量等。在工业生产中还要摸索一系列工程和工艺条件,如培养基的灭菌方式、种子培养条件
3、、发酵罐的型式、灭菌方式、种子培养条件、发酵罐的型式、通气条件、搅拌速度、温度和通气条件、搅拌速度、温度和pH调节控制调节控制等。还要研究酶的分离提纯技术分离提纯技术和制备工艺,这些条件的综合结果综合结果将决定酶生产酶生产本身的经济效益。第十三章生化药物制造工艺酶类药物二、酶类药物的提取和纯化二、酶类药物的提取和纯化(一)生物材料的预处理(一)生物材料的预处理 一般应避免剧烈处理避免剧烈处理,但如是结合酶结合酶,则必须进行剧烈处理剧烈处理。1、动物材料的预处理、动物材料的预处理(1)机械处理)机械处理 用绞肉机绞,一般细胞并不破碎细胞并不破碎,而有的酶必须必须细胞破碎细胞破碎后才能有效地提取,
4、因此须采用特殊的匀浆特殊的匀浆才行。第十三章生化药物制造工艺酶类药物 在实验室常用的是玻璃匀浆器和组织捣碎器玻璃匀浆器和组织捣碎器。工业上可用高压匀浆泵高压匀浆泵。(2)反复冻融)反复冻融 由于细胞中冰晶的形成冰晶的形成,及剩下液体中盐浓度的盐浓度的增高增高,能使细胞中颗粒及整个细胞破碎细胞中颗粒及整个细胞破碎,从而使某些使某些酶释放酶释放出来。第十三章生化药物制造工艺酶类药物(3)丙酮粉)丙酮粉 组织经丙酮迅速脱水干燥制成丙酮粉迅速脱水干燥制成丙酮粉,不仅可减减少酶的变性少酶的变性,同时因细胞结构成分的破碎细胞结构成分的破碎使蛋白质与蛋白质与脂质脂质结合的某些化学键打开某些化学键打开,促使某
5、些结合酶释放结合酶释放到溶液中,真空干燥即得丙酮粉丙酮粉。丙酮粉在低温下低温下可保存数年。保存数年。2、微生物的预处理、微生物的预处理 要是酶是胞外酶胞外酶,则可除去菌体除去菌体后后再直接从发酵液中吸附提取酶。但对胞内酶胞内酶则需将菌体细胞破壁将菌体细胞破壁,制成无细胞的悬液无细胞的悬液后再行提取。第十三章生化药物制造工艺酶类药物(1)干燥法)干燥法 干燥方法很多,常见有空气干燥、真空干燥和冷空气干燥、真空干燥和冷冻干燥冻干燥三种。(2)机械法)机械法 常用的方法有研磨法,组织匀浆法,超声波法,研磨法,组织匀浆法,超声波法,高压匀浆法高压匀浆法等。(3)酶法处理)酶法处理 用得最多的是溶菌酶溶
6、菌酶,也有用脱氧核糖核酸酶处脱氧核糖核酸酶处理理,操作与溶菌酶同。第十三章生化药物制造工艺酶类药物(二)酶的提取(二)酶的提取 一般在提取前,应通过调查研究,文献检索,详调查研究,文献检索,详细了解欲提取酶的性质细了解欲提取酶的性质。提取方法主要有水溶液法,有机溶剂法和表面活水溶液法,有机溶剂法和表面活性剂性剂法三种。第十三章生化药物制造工艺酶类药物1、水溶液法、水溶液法 常用稀盐溶液或缓冲液提取稀盐溶液或缓冲液提取。为了防止提取过程中酶活力降低,一般在低温下操作低温下操作。第十三章生化药物制造工艺酶类药物2、有机溶剂法、有机溶剂法 某些结合酶结合酶如微粒体和线粒体膜的酶微粒体和线粒体膜的酶,
7、由于和脂质牢固结合,用水溶液很难提取,为此必须除去结合除去结合的脂质的脂质,且不能使酶变性酶变性。最常用的有机溶剂是丁醇丁醇。丁醇具有下述性能:丁醇具有下述性能:亲脂性强亲脂性强,特别是亲磷脂的能力;兼具亲水性兼具亲水性,在0在水中的溶解度为10.5;在脂与水分子间脂与水分子间能起类似去垢剂的桥梁作用类似去垢剂的桥梁作用。第十三章生化药物制造工艺酶类药物3、表面活性剂法、表面活性剂法 表面活性剂分子具有亲水性的或疏水性亲水性的或疏水性的原子基团。表面活性剂能与蛋白质结合表面活性剂能与蛋白质结合而分散在溶液中,故可用于提取结合酶提取结合酶,但此法用得较少。(三)酶制剂的工业提取法(三)酶制剂的工
8、业提取法 工业生产的酶有二种剂型二种剂型液体制剂和粉剂液体制剂和粉剂1、发酵液的预处理及过滤、发酵液的预处理及过滤 现在处理方法处理方法是,在发酵液中加絮凝剂或凝固剂絮凝剂或凝固剂。微生物发酵液的分离,过滤,常采用的设备是转鼓式真空吸滤机、离心沉降分离机和板框压滤机真空吸滤机、离心沉降分离机和板框压滤机。第十三章生化药物制造工艺酶类药物2、酶液的脱色、酶液的脱色 工业上廉价的脱色剂是活性炭活性炭,用量通常为0115。目前工业上大规模使用脱色树脂脱色树脂国内生产的几种脱色树脂脱色树脂,效果都较好。3、盐析法、盐析法 盐析法的优点优点是在常温下常温下不会造成酶的失活,若分级沉淀应用分级沉淀应用得当
9、,杂蛋白杂质也较少,适用于多种多种酶沉淀酶沉淀。第十三章生化药物制造工艺酶类药物4、有机溶剂法、有机溶剂法 用有机溶剂沉淀蛋白质及用分级沉淀法分级沉淀法纯化蛋白质。工业上通常采用乙醇作为沉淀剂乙醇作为沉淀剂。5、喷雾干燥直接制各粉末酶制剂、喷雾干燥直接制各粉末酶制剂 喷雾干燥喷雾干燥有很大局限性,尤其药用酶制剂都很难过温度这一关温度这一关。喷雾干燥喷雾干燥用于菌体干燥菌体干燥,而药用酶常用冷冻干燥药用酶常用冷冻干燥。除上述方法外,工业上提取酶制剂提取酶制剂的方法还有丹丹宁沉淀法宁沉淀法、白土活性氧化铝吸附法、白土活性氧化铝吸附法、pH或加热沉淀或加热沉淀法、蛋白质表面变性法法、蛋白质表面变性法
10、等。第十三章生化药物制造工艺酶类药物(四)酶的纯化(四)酶的纯化 酶的纯化。评价主要看二个指标,一是酶比活,酶比活,二是总活力回收二是总活力回收。本节重点讨论酶在纯化过程中遇到的一些技术难技术难点。点。1、杂质的除去、杂质的除去 酶提取液中,除所需酶外,还含有大量的杂蛋白、杂蛋白、多糖、脂类和核酸多糖、脂类和核酸等。第十三章生化药物制造工艺酶类药物(1)pH和加热沉淀法和加热沉淀法 利用蛋白质酸碱变性性质蛋白质酸碱变性性质的差别可以通过调调pH和和等电点等电点除去某些杂蛋白,也可利用不同蛋白质对热稳定的差异,使杂蛋白变性杂蛋白变性而沉淀。(2)蛋白质表面变性法)蛋白质表面变性法 利用蛋白质表面
11、变性性质的差别,也可除去杂蛋白。例如:加入三氯甲烷和乙醇三氯甲烷和乙醇进行震荡,可以除去除去杂蛋白杂蛋白。(3)选择性变性法)选择性变性法 利用蛋白质稳定性蛋白质稳定性的不同,除去杂蛋白。甚至可用25三氯乙酸三氯乙酸处理,这时其他杂蛋白都变性杂蛋白都变性而沉淀。第十三章生化药物制造工艺酶类药物(4)核酸沉淀剂法)核酸沉淀剂法 在用微生物制备酶时,常含有较多的核酸,为此,可用核酸酶核酸酶,将核酸降解成核苷酸核酸降解成核苷酸。也可用一些核酸沉淀剂核酸沉淀剂如二甲基十六烷基溴化铵二甲基十六烷基溴化铵、硫酸链霉素、聚乙烯亚胺、鱼精蛋白和二氯化锰硫酸链霉素、聚乙烯亚胺、鱼精蛋白和二氯化锰等:(5)将酶与
12、底物结合)将酶与底物结合,酶和底物结合或竞争性抑制剂结合后结合后,稳定性大大提高,这样就可用加热法除去杂蛋白加热法除去杂蛋白。第十三章生化药物制造工艺酶类药物2、脱盐和浓缩、脱盐和浓缩(1)脱盐)脱盐 酶的提纯以及酶的性质研究中,常常需要脱盐。最常用的脱盐方法是透析和凝胶过滤透析和凝胶过滤。(2)浓缩)浓缩 酶的浓缩方法很多,有冷冻干燥、离子交冷冻干燥、离子交换、超滤、凝胶吸水、聚乙二醇吸水换、超滤、凝胶吸水、聚乙二醇吸水等。第十三章生化药物制造工艺酶类药物3、酶的结晶、酶的结晶 把酶提纯到一定纯度以后(通常纯度应达纯度应达50以以上上),可使其结晶,但伴随着结晶的形成,酶的纯度酶的纯度经常有
13、一定程度的提高提高。酶的结晶既是提纯的结果,也是提纯的手段提纯的手段,此外,为研究蛋白质空间结构提供提供射线衍射样品射线衍射样品,也是酶的结晶的重要目标重要目标之一。第十三章生化药物制造工艺酶类药物(1)酶的结晶方法)酶的结晶方法 酶的结晶方法主要是缓慢地改变酶蛋白的溶解度,使其略处于过饱和状态略处于过饱和状态。改变酶溶解度改变酶溶解度的方法很多,一般新样品新样品往往要使用几种方法几种方法才能得到结晶。第十三章生化药物制造工艺酶类药物 盐析法。盐析法。在适当的pH、温度温度等条件下,保持酶的稳定,慢慢改变盐浓度改变盐浓度进行结晶。结晶时采用的盐有硫酸铵、柠檬酸钠、乙酸钠、硫酸铵、柠檬酸钠、乙酸
14、钠、硫酸镁和甲酸钠硫酸镁和甲酸钠等。第十三章生化药物制造工艺酶类药物 有机溶剂法有机溶剂法。酶液中滴加有机溶剂,有时也能使酶形成结晶。结晶用的有机溶剂有:乙醇、丙醇、丁醇、乙腈、乙醇、丙醇、丁醇、乙腈、异丙醇、二恶烷、二甲亚砜、二氧杂环己烷异丙醇、二恶烷、二甲亚砜、二氧杂环己烷等。用有机溶剂法易引起酶失活易引起酶失活。复合结晶法复合结晶法。有时可以利用某些酶某些酶与有机化合物或金属离子有机化合物或金属离子形成复合物或盐复合物或盐的性质来结晶。透析平衡法。透析平衡法。对一定的盐溶液或有机溶剂盐溶液或有机溶剂进行透析平衡,这时酶液可缓慢地达到过饱和缓慢地达到过饱和而析出结晶。第十三章生化药物制造工
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