生物技术制药4.doc

生物技术制药 第一章 绪论1.生物技术制药:采用现代生物技术，借助某些微生物、植物、动物生产药品。2生物技术药物：一般来说，采用DNA重组技术或其他生物新技术研制的蛋白质或核酸类药物。3生物技术包括：基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、生化工程、蛋白质工程、抗体工程等。注：基因工程是生物技术的核心和关键，是主导技术；细胞工程是生物技术的基础；酶工程是生物技术的条件；发酵工程是生物技术获得最终产品的手段。4.生物技术：从广义角度来看，是人类对生物资源（包括微生物、植物、动物）的利用、改造并为人类服务的技术。现代生物技术包括:重组DNA技术细胞和原生质体融合技术酶和细胞的固定化技术植物脱毒和快速繁殖技术动物和植物细胞的大量培养技术动物胚胎工程技术现代微生物发酵技术现代生物反应工程和分离工程技术蛋白质工程技术海洋生物技术4.现代生物技术的发展趋势主要体现在下列几个方面：基因操作技术日新月异，不断完善。新技术、新方法一经产生便迅速地通过商业渠道出售专项技术，并在市场上加以应用。基因工程药物和疫苗的研究和开发突发猛进。新的生物治疗制剂的产业化前景十分光明，21世纪整个医药工业将面临全面的更新改造。转基因植物和动物取得重大突破现代生物技术在农业上的广泛应用将给农业和畜牧业生产带来新的飞跃。阐明生物体基因组及其编码蛋白质的结构与功能是当今生命科学发展的一个主流方向，基因治疗取得重大进展，有可能革新整个疾病的预防和治疗领域。蛋白质工程是基因工程的发展，它将分子生物学、结构生物学、计算机技术结合起来，形成一门高度综合的学科。信息技术的飞跃发展渗透到生命科学领域中，形成形成引人注目、用途广泛的生物信息学。5.新型生物反应器有:（1）气升式生物反应器（2）流化床式生物反应器（3）固定床式生物反应器（4）袋式或膜式生物反应器（5）中空纤维生物反应器一、 生物技术药物分类:(一)1.重组DNA技术制造的多肽、蛋白类药物2.基因药物，包括基因治疗药、基因疫苗、反义药物、核酶3.来自动、植物、微生物的天然药物4.合成与半合成的生物药物(二)按照医学用途分类：1.治疗药物，治疗疾病是生物药物的主要功能。2.诊断药物，具有速度快、灵敏度高、特异性强的特点。3.预防药物，对于许多传染性疾病来说，预防比治疗更重要。二 、生物技术药物的特性1.分子结构复杂2.具有种属特异性3.治疗针对性强，疗效高4.稳定性差5.基因稳定性6.免疫原性7.体内t1/2短8.受体效应9.多效性和网络性效应10.检验的特殊性三.生物技术制药的特征1.高技术2.高投入3.长周期：4.高风险5.高收益四.生物技术在制药中的应用1.基因工程制药：（1）基因工程药物品种的开发；（2）基因工程疫苗；（3）基因工程抗体；（4）基因诊断与基因治疗；（5）应用基因工程技术建立新药的筛选模型；（6）应用基因工程技术改良菌种，产生新的微生物药物；（7）基因工程技术在改进药物生产工艺中的应用；（8）利用转基因动、植物生产蛋白质类药物。2酶工程制药 3细胞工程制药 4发酵工程制药第二章 基因工程制药1.医用活性蛋白和多肽类包括：免役性蛋白，如各种抗原和单克隆抗体。细胞因子，如各种干扰素、白细胞介素、集落刺激生长因子、表皮生长因子及凝血因子。激素，如胰岛素、生长激素、心钠素。酶类，如尿激酶、链激酶、葡激酶、组织型纤维蛋白溶酶原激活剂及超氧化物岐化酶等。2.基因工程技术生产药品的优点1.利用基因工程技术可大量生产过去难以获得的生理活性蛋白和多肽（如胰岛素、干扰素、细胞因子等），为临床使用建立有效的保障。2.可以提供足够数量的生理活性物质，以便对其生理、生化和结构进行深入的研究，从而扩大这些物质的应用范围。3.利用基因工程可以发现挖掘更多的内源性生理活性物质。4.内源生理活性物质在作为药物使用时，存在不足之处，可以通过基因工程和蛋白质工程进行改造。5.利用基因工程技术可获得新型化合物，扩大药物筛选来源。第二节 基因工程药物生产的过程基因工程技术是将重组对象的目的基因插入载体，拼接后转入新的宿主细胞，构建成工程菌 (或细胞），实现遗传物质的重新组合，并使目的基因在工程菌内进行复制和表达的技术。3.基因工程药物制药的主要程序（步骤）目的基因的克隆构建DAN重组体DAN重组体转入宿主菌构建工程菌工程菌发酵表达产物的分离纯化产品的检验等4.基因工程药物制药的主要程序获得目的基因组建重组质粒构建工程菌（或细胞）培养工程菌 产物分离纯化除菌过滤半成品检定成品检定包装5.克隆真核基因常用方法：逆转录法和化学合成法。其包括的犯法如下：1、 逆转录法 ：逆转录法就是先分离纯化目的基因的 mRNA，再反转录成 cDNA，然后进行 cDNA 的克隆表达。 mRNA的纯化 cDNA第一链的合成 cDNA第二链的合成 cDNA的克隆 将重组体导入宿主细胞： cDNA文库的鉴定：抗性基因失活法、噬菌斑颜色改变法 目的cDNA克隆的分离和鉴定：核酸探针杂交法、免疫反应鉴定法 二、化学合成法 ：较小的蛋白质或多肽的编码基因可以用化学合成法合成。必须知道目的基因的核苷酸顺序或目的蛋白质的氨基酸顺序。再按相应的密码子推导出DNA的核甘酸序列。用化学法合成目的基因DNA不同部位的两条链的寡核苷酸短片段，再退火成为两端形成粘性末端的DNA双链片段，然后将这些双链片段按正确的次序进行退火使连接成较长的DNA片段，再用连接酶连接成完整的基因。6.人工化学合成基因的限制有： 不能合成太长的基因 目前 DNA 合成仪所合成的寡核苷酸片段仅为 5060 bp，因此只适用于克隆小分子肽的基因。遗传密码的简并使选择密码子困难，用氨基酸顺序推测核苷酸序列，得到的结果可能与天然基因不完全一致，易造成中性突变。费用高。7.基因筛选的新方法（1）.编码序列富集法（2）.岛屿获救PCR法（3）.动物杂交法（4）.功能克隆法（5）.构建cDNA文库（6）.差异显示技术的应用(7)、对已发现基因的改造应用基因修饰技术和点突变技术提高目的基因表达产物的稳定性、t1/2、提高表达量，降低毒性或免疫原性。8.基因表达是指结构基因在生物体中的转录、翻译以及所有加工过程。9.因高效表达研究是指外源基因在某种细胞中的表达活动，即剪切下外源基因片段，拼接到另一个基因表达体系中，使其能获得原生物活性又可高产的表达产物。最佳的基因表达体系：;目的基因的表达产量高;表达产物稳定;生物活性高和表达产物容易分离纯化一、宿主细胞的选择适合目的基因表达的宿主细胞应满足以下要求:1.容易获得较高浓度的细胞；2.能利用易得廉价原料；3.不致病、不产生内毒素；4.发热量低、需氧低、适当的发酵温度和细胞形态；5容易进行代谢调控；6.容易进行DNA重组技术操作；7.产物的产量、产率高，产物容易提取纯化。二工程菌的缩主细胞分为两大类：第一类为原核细胞：常用有大肠杆菌、枯草芽胞杆菌、链霉菌等；第二类为真核细胞：常用有酵母、丝状真菌、哺乳动物细胞等。三、大肠杆菌中的基因表达（1）载体 ：是基因工程的目的和基本手段，是选用合适的载体把供体DNA（外源基因）运载到受体细胞内，从而复制扩增大量的目的DNA分子或转录表达为相应的产物。（2）基因工程载体分为：克隆载体,转录载体,表达载体;DNA(克隆载体）DNA(转录载体）RNA蛋白质（表达载体）（3）原核细胞的基因组特点：染色质为环状双股DNA分子 具有操纵子结构 结构基因多为单拷贝 特定区域分布特异DNA顺序，因此外源DNA分子可以插入原核细胞DNA复制体系的特定区段（4）基因克隆载体1）定义：基因克隆载体是一类能够承载外源基因并将其带入受体细胞得以稳定维持的DNA分子。2）目前经常使用的载体，有质粒和病毒两类。各种不同的载体，尽管分子量大小、结构和用途上存在着较大的差异，但是作为载体，它们应该具备一些共同的特性。四.基因工程克隆载体的特点：具有复制子有单一限制内切酶切位点或多克隆位点有选择性遗传标记如抗药基因拷贝数高生物安全性好质粒的分类按复制型式严紧型 松弛型按基因转移性传递性质粒 非传递性质粒按遗传性状产物分类:抗生素抗性限制酶、修饰酶系统补：真核基因在原核细胞中表达载体必须具备条件载体能够独立复制。载体本身是一个复制子，具有复制起点。应具有灵活的克隆位点和方便的筛选标记，以利于外源基因的克隆鉴定和筛选。应具有很强的启动子，能为大肠杆菌RNA聚合酶所识别。应具有阻遏子，使启动子受到控制，只有当诱导时才能进行转录。应具有很强的终止子，只转录克隆的基因，所产生的mRNA较为稳定。所产生的mRNA必须具有翻译的起始信号AUG和SD序列，以便转录后顺利翻译。影响目的基因在大肠杆菌中表达的因素外源基因的拷贝数：外源基因是克隆到载）体上的，因此载体在宿主菌种的拷贝数就直接关系到外源基因的拷贝数。外源基因的表达效率启动子的强弱核糖体接合位点的有效性SD序列和起始密码ATG的间距密码子组成表达产物的稳定性：组建融合基因，产生融合蛋白；利用大肠杆菌的信号肽或某些真核多肽中自身的信号肽，把真核基因产物搬动到胞浆周质的空隙中；采用位点特异性突变的方法，改变真核蛋白质中二硫键的位置，从而增加蛋白质的稳定性；采用蛋白酶缺陷型大肠杆菌，有可能减弱表达产物的降解。细胞代谢负荷：工程菌的培养条件：外源基因的高水平表达，不仅涉及宿主、载体和克隆基因三者之间的相互关系，而且与其所处的环境条件息息相关，必须优化基因工程菌的培养条件，进一步提高基因表达水平。五、菌体的生长与能量的关系碳源物质是组成培养基的主要成分。碳源物质为细胞提供能量，当菌体生长所需能量大于菌体有氧代谢提供的能量时，菌体会产生乙酸，导致培养基的pH值下降，从而影响菌体的生长。提高pH，可减少乙酸的抑制作用。分批培养中选择不同的碳源，连续培养中控制稀释速率等都能一定范围内控制菌体的生长，从而控制乙酸的产生，减少它的抑制作用。加入甲硫氨酸和酵母提取物都能减少乙酸的产生。大肠杆菌中克隆携带氧能力的VHB蛋白的基因可提高菌体生长速率。采用磷酸乙酰化酶缺陷株作为宿主细胞，阻止乙酸产生，可提高产量。六、菌体生长与前体供应的关系在基础培养基中加入氨基酸（小分子前体）能使菌体比生长率提高，蛋白合成增加。基因工程菌质粒的表达需与宿主细胞竞争共同的前体和催化结构，致工程菌生长速率降低。质粒存在对菌体代谢的影响：中等拷贝质粒（56拷贝）的工程菌中与前体合成有关的酶增加，这些酶的基因大多受终产物的反馈调节。如：三羧酸循环关键酶、天冬氨酸转酰基酶等。高拷贝质粒的工程菌（240拷贝）中，生长速率和菌体总蛋白合成均减少。这与工程菌大量前体被利用引起前体不足，从而产生“严紧反应”有关。“严紧反应”是当氨酰tRNA不足时,核糖体在密码子上停留,并合成被称为魔点的ppGpp的结果。七.基因工程菌的不稳定性（一）分裂不稳定：指工程菌分裂时出现一定比例不含质粒子代菌的现象。结构不稳定：指外源基因从质粒上丢失或碱基重排、缺失所致工程菌性能的改变（二）常见分裂不稳定的两个因素：含质粒菌产生不含质粒子代菌的频率（质粒丢失率）；这两种菌（含质粒菌和不含质粒菌）比生长速率差异的大小。八、提高质粒稳定性的方法1.合适的宿主：宿主菌2.合适的载体:质粒拷贝数3.选择压力：抗生素4.分阶段控制培养：先使菌体生长至一定密度； 再诱导外源基因的表达5.控制培养条件：温度、pH值、培养基组分、溶氧6.固定化：卡拉胶九、基因工程菌的培养方式：1分批培养；2补料分批培养；3连续培养；4透析培养；5固定化培养.注： 补料分批培养 是将种子接入发酵反应器中进行培养,经过一段时间后间歇或连续地补加新鲜培养基（溶氧控制、流加补料），使菌体进一步生长的方法。良好的生长环境，延长对数生长期，获得高密度菌体。十.对发酵影响较大的几个因素有：培养基的影响接种量的影响温度的影响溶解氧的影响诱导时机的影响诱导表达程序的影响7.pH的影响接种量是指移入的种子液体积和培养液体积的比例。十一.最佳化的工艺是获得（七最）:最快周期、最高产量、最好质量、最低消耗、最大安全性、最周全的废物处理效果和最低失败率。十二.高密度发酵：培养液中工程菌的菌体浓度在50g DCW/L（细胞干重/L）以上，最高200g DCW/L十三.高密度发酵特点 ：菌体高密度，总表达量高；生物反应器体积小；单位体积生产能力高；生产周期短，分离成本小十四.影响高密度发酵的因素1.培养基：C源、N源种类和含量；C:N含量比值；微量元素；无机盐（磷影响表达质粒的复制速率）2.溶氧浓度：空气分离系统提高氧分压；透明颤菌血红蛋白基因克隆到菌体中，提高氧传质能力；菌体与小球藻混合培养，藻细胞光合作用产氧供菌体呼吸。3.pH值：大肠杆菌产酸、CO2必须加碱调节pH值4.温度：控制菌体生长，温控诱导表达（诱导时机和持续时间，对数生长期，2min）5.代谢副产物： C源物质供应超过三羧酸循环或电子传递链能力，产生乙酸，抑制菌体生长和蛋白表达。采取流加补料法，或加入甘氨酸、甲硫氨酸抑制乙酸生成。十五.实现高密度发酵的方法1.发酵条件的改进（1）培养基的选择：（2）建立流加式培养方式；（3）提高供氧能力2.构建产乙酸能力低的工程化宿主菌（1）阻断乙酸生产的主要途径：（2）对碳代谢流进行分流：（3）限制进入糖酵解途径的碳代谢流；（4）引入血红蛋白基因。3.构建蛋白水解酶活力低的工程化宿主菌第十节 基因工程药物的分离纯化十六.细胞破碎方法包括（一）物理破碎法（1）高压匀浆法（2）高速珠磨法（3）超声破碎法（4）高压挤压法（二）.化学破碎法（1）渗透冲击（2）增溶法（3）脂溶法（三）.生物破碎法 十七.固液分离1.离心沉淀法2.膜过滤法3.双水相萃取 十八、重组蛋白的分离纯化技术技术条件温和能保持产物生物活性。选择性好，能从复杂的混合物中有效的将目的产物分离，达到较高的纯化倍数。收率要高。两个技术间能直接衔接，不需要对物料加以处理。纯化过程要快，满足高生产率的要求。目的产物的分离纯化 蛋白质分离纯化方法的设计根据其分子的理化性质和生物学特性来决定。十九分离纯化的方法 离子交换层析：离子交换层析的基本原理是通过带电的溶质分子与离子交换剂中可交换的离子进行交换，从而达到分离的目的。它具有分辨率高容量大操作容易，该法已成为多肽蛋白质核酸分离纯化的重要方法。反相色谱和疏水色谱：反相色谱和疏水色谱是根据蛋白质疏水性的差异来分离纯化的。反相色谱是利用溶质分子中非极性基团与非极性固定相之间相互作用力的大小以及溶质分子中极性基团与流动相中极性分子之间在相反方向作用力的大小差异进行分离的。常用固定相为硅胶烷基键合相。流动相为低离子强度的酸性水溶液，加入能与水互溶的乙腈、甲醇、异丙醇等有机溶剂。由于固定相骨架疏水性强，吸附的蛋白质需用有机溶剂才能洗脱下来。疏水层析的原理与反相色谱的原理相似，主要是利用蛋白质分子表面上的疏水区域和介质中的疏水基团之间的相互作用，无机盐的存在能使相互作用力增强。固定相介质表面的疏水性比反相色谱介质表面的疏水性弱。为有机聚合物键合相或大孔硅胶键合相。流动相为pH68盐水溶液。高盐浓度时，蛋白质分子中疏水性部分与介质的疏水基团产生疏水性作用而被吸附；盐浓度降低时，蛋白质疏水性作用减弱，目的蛋白质被逐步洗脱下来，蛋白质疏水性越强，洗脱时间越长。与反相色谱相比，疏水层析回收率较高，蛋白质变性可能性小。亲和层析：亲和层析是利用固定化配基与目的蛋白质之间特异的生物亲和力进行吸附，如抗体与抗原、受体与激素、酶与底物之间的作用。配基：在亲和层析中起可逆性结合的特异性物质。载体：与配基结合的支撑物。亲和层析可分三步：配基固定化吸附目的物样品解吸凝胶过滤层析：凝胶过滤是以具有大小一定的多孔性凝胶作为分离介质，小分子能进入孔内，在柱中缓慢移动，而大分子不能进入孔内，快速移动，利用这种移动差别可使大分子与小分子分开。根据蛋白质的相对分子量和蛋白质分子的动力学体积的大小差异，可以利用凝胶过滤来分离纯化目的蛋白。主要应用两个方面：脱盐和更换缓冲液蛋白质分子的分级分离。在产品的形成阶段前用于除去产物的多聚体及降解产物。二十分离纯化工艺应遵循以下原则：具有良好的稳定性和重复性尽可能减少组成工艺的步骤各技术步骤间要相互适应和协调工艺过程中尽可能少用试剂工艺所用时间要短工艺和技术必须收率高、易操作、能耗低具有较高的安全性二十一.基因工程药物的质量控制主要包括： 产品的鉴定、纯度、活性、安全性、稳定性和一致性。二十二.产品的保存液态保存低温保存在稳定pH条件下保存高浓度保存加保护剂保存固态保存：冷冻干燥（预冻、升华、解吸干燥去除吸附水）二十三.干扰素：是人体细胞分泌的一种活性蛋白质，具有广泛的抗病毒抗肿瘤和免疫调节活性，是人体防御系统的重要组成部分。二十四.克隆抗生素生物合成基因的策略和方法 ： （1）在标准宿主系统中克隆检测单基因产物（鸟枪法）（2）阻断变株法（3）突变克隆法：基因重组（4）直接克隆法：克隆整套生物合成基因，如头霉素C（5）克隆抗生素抗性基因法：抗性基因与合成基因连锁（6）寡核苷酸探针法：（7）同源基因杂交法：结构类似的抗生素有同源的生物合成基因。 二十五.提高抗生素产量（1）增加参与生物合成限速阶段基因的拷贝数（2）通过调节基因的作用（3）增加抗性基因（4）改善抗生素的组分（5）改进抗生素生产工艺：克隆血红蛋白基因到抗生素产生菌中，提高细胞氧的利用率。 （6）、产生杂合抗生素a生物合成途径中某个酶基因突变b引入一个酶基因c利用底物特异性不强的酶催化形成新产物 （7）组合生物合成:微生物次级代谢产物合成是多酶体系参与的，特点是：（1）通过多个催化功能的组合完成复杂化合物的合成（2）化合物为天然产物（3）适用于化学合成困难的复杂化合物。 二十六.基因工程在氨基酸和维生素生产中的应用1、在氨基酸生产中的应用2、在维生素生产中的应用二十七 发酵工程的发展展望1.采用基因工程，细胞工程技术选育菌种2.研究发酵过程，确定最适生产参数3.设计合适的反应器和分离技术4.工业自动化，连续化生产。二十八.基因工程菌的遗传不稳定性的两种主要表现形式是什么 基因工程菌的遗传不稳定性的主要机制是什么 ?答：基因工程菌的遗传不稳定性主要表现在重组质粒的不稳定性, 这种不稳定性具有下列两种表现形式:1.结构不稳定性:重组 DNA 分子上某一区域发生缺失,重排,修饰,导致其表观生物学功能的丧失2.分配不稳定性:整个重组 DNA 分子从受体细胞中逃逸.基因工程菌的遗传不稳定性的的产生机制：1.受体细胞中的限制修饰系统对外源重组 DNA 分子的降解2.外源基因的高效表达严重干扰受体细胞正常的生长代谢3.重组质粒在受体细胞分裂时的不均匀分配,这是重组质粒逃逸的基本原因4.受体细胞中内源性的转座元件促进重组分子的缺失重排二十九.在人胰岛素AB链分别表达法中,为何将AB链编码序列与b-半乳糖苷酶基因融合？答：小分子蛋白在大肠杆菌中表达后不稳定,容易被细胞内蛋白酶降解失活.表达融合蛋白的优点是基因操作简便;在菌体内比较稳定,不易被细菌酶类所降解,容易实现高效表达.人胰岛素AB链分别表达法中,将A,B链编码序列与b-半乳糖苷酶基因融合,分别表达出融合蛋白,使表达的蛋白分子量足够大,避免被蛋白水解酶分解,提高其稳定性及表达率.三十、.动物细胞大规模培养的方法有哪些各自的特点是什么？ 答：1.悬浮培养：悬浮培养即让细胞自由地悬浮于培养基内生长增殖.它适用于一切种类的非贴壁依赖性细胞(悬浮细胞),也适用于兼性贴壁细胞.该培养方法的优点是操作简便,培养条件比较均一,传质和传氧较好,容易扩大培养规模,在培养设备的设计和实际操作中可借鉴许多有关细菌发酵的经验.不足之处是由于细胞体积较小,较难采用灌流培养(perfusion culture ),因此细胞密度一般较低.2.贴壁培养：贴壁培养是必须让细胞贴附在某种基质上生长繁殖的培养方法.它适用于一切贴附依赖性细胞(贴壁细胞),也适用于兼性贴壁细胞.该方法的优缺点与悬浮培养正好相反,优点是适用的细胞种类广(因为生产中所使用的细胞绝大多数是贴壁细胞),较容易采用灌流培养的方式使细胞达到高密度;不足之处是操作比较麻烦,需要合适的贴附材料和足够的面积,培养条件不易均一,传质和传氧较差.3.贴壁悬浮培养：微载体培养既可创造相当大的贴附面积供细胞贴附生长增殖,满足了绝大多数细胞的基本要求,又由于载体的体积很小,比重较轻,在轻度搅拌下即可携带细胞自由地悬浮在培养基内,充分发挥了悬浮培养的一切优点.三十一. 阐述基因工程药物研制有那些主要过程？答：基因工程药物的生产必须首先获得目的基因,然后用限制性内切酶和连接酶将所需目的基因插入适当的载体质粒或噬菌体中并转入大肠杆菌或其他宿主菌(细胞),以便大量复制目的基因.对目的基因要进行限制性内切酶和核苷酸序列分析.目的基因获得后,最重要的就是使目的基因表达.基因的表达系统有原核生物系统和真核生物化的难易.将目的基因与表达载体重组,转入合适表达系统,获得稳定高效表达的基因工程菌。建立适于目的基因高效表达的发酵工艺,以便获得较高产量的目的基因表达产物.。建立起一系列相应的分离纯化,质量控制,产品保存等技术.三十二.阐述鼠源性单克隆抗体改造后的小分子抗体类型？答：(1)人-鼠嵌合抗体：将鼠MAb的可变区和人抗体的恒定区组成嵌合抗体由于这两部分在空间结构上相对独立,其独特的抗体亲和力保持得很好,但因鼠单抗可变区的存在,应用时仍有较强的排斥反应.(2)改形抗体:在嵌合抗体的基础上进一步将鼠MAb可变区中相对保守的FR替换成人的FR,保留与抗原结合的CDR部位(3)Fab抗体：Fab段由重链V区及CH1功能区与整个轻链以二硫键形式连接而成,主要发挥抗体的抗原结合功能.Fab抗体只有完整IgG的1/3.(4)单链抗体：单链抗体(Single chain Fv,scFv)是由一段弹性连接肽(Linker)把抗体可变区重链(VH)与轻链(VL)相连而成,是具有亲代抗体全部抗原结合特异性的最小功能结构单位.(5)单域抗体：只含V区基因片段的小分子抗体,即只有VH或 VL一个功能结构域,也能保持原单克隆抗体的特异性.这种小分子的抗体片段就称为单域或单区抗体,其分子量仅为整个Ig分子的1/12.(6)分子识别单位：只含有一个CDR多肽的抗体.。第三章 动物细胞工程制药1.离体培养细胞类型贴壁细胞生长须有贴附的支持物表面，自身分泌或培养基 中提供的粘附因子才能在该表面上生长。两种形态： 成纤维细胞型（来源于中胚层组织的细胞）；上皮细胞型（来源于内、外胚层组织的细胞）悬浮细胞生长不依赖支持物表面，在培养液中呈悬浮状态生长。如淋巴细胞。兼性贴壁细胞生长不严格依赖支持物。如中国仓鼠卵巢细胞，小鼠L929细胞。2.动物细胞的生理特点（） 动物细胞的分裂周期长：（）细胞生长需贴附于基质，并有接触抑制现象。（）正常二倍体细胞的生长寿命是有限的。原代培养；（4)动物细胞对周围环境十分敏感：对理化因素敏感，()动物细胞对培养基要求高：必需氨基酸（12种）、维生素（8种）、无机盐、微量元素、葡萄糖、细胞生长因子、贴壁因子等。()动物细胞蛋白质的合成途径和修饰功能与细菌不同。3.动物细胞来源的药物的种类() 动物细胞多肽与蛋白质类药物()动物酶与辅酶类药物()动物核酸类药物()动物糖类药物：()动物脂类药物4.动物细胞生产的药物特点优点:分泌胞外、纯化方便、翻译后修饰蛋白糖基化，与天然产品一致。缺点:培养条件高、成本贵、产量低，安全性问题。5.生产用动物细胞的要求和获得（1）原代细胞(2)二倍体细胞系(3)转化细胞系：(4)融合细胞系：(5)重组工程细胞系6.胞体外培养基本条：无菌营养充足,防止有害物质氧气随时清除代谢有害物质良好的生存外环境：pH、渗透压、离子浓度及时分种，适当的细胞密度7.动物细胞的培养基的种类和组成（1）天然培养基：血清、羊水、腹水等。成分复杂、成分不稳定，来源少。（2）合成培养基（常用培养基成分及配方）A氨基酸 B维生素 C糖类 D无机盐 E其它成分添加小牛血清的作用提供生长因子和激素提供贴附因子和伸展因子提供结合蛋白（识别离子、激素、维生素、脂质）F提供必需脂肪酸和微量元素8.无血清培养基优点：提高重复性（细胞）减少微生物污染（病毒）供应充足稳定细胞产品易纯化避免血清因素对细胞的毒性减少血清中蛋白对生物测定的干扰9.动物细胞培养的基本方法：一、细胞分离 二、细胞计数 三、细胞传代 四、细胞的冻存和复苏10.动物细胞大规模培养的方法1.悬浮培养2.贴壁培养3.贴壁-悬浮培养（假悬浮培养）11.动物细胞培养的操作方式1.分批式操作2.半连续式操作3.灌流式操作:取出、补充培养基，细胞仍保留在反应器内。优点：1.营养好，代谢废物少。2.细胞密度高（107108个/mL）产量高。3.产品罐内停留时间短。4.培养基比消耗率低。12.动物细胞生物反应器的类型搅拌罐式生物反应器气升式生物反应器中空纤维式生物反应器透析袋或膜式生物反应器固定床或流化床式生物反应器13.理想的动物细胞生物反应器的基本要求1.生物反应器的材料无毒2.生物反应器的结构：满足传质、传热、混合的功能3.密封良好，避免污染4.自动检测、调节控制精度高5.长期连续运转 6.容器内表面光滑，无死角7.拆装、连接、清洁方便，能耐高压蒸汽消毒8.设备成本低第八节 动物细胞产品纯化方法1.离心2.离子交换层析3.凝胶过滤4.亲和层析5.盐析和有机溶剂沉淀6.透析7.高压液相层析14.动物细胞制药的前景与展望（一)、改进表达载体，提高表达水平和产量 (二)、利用代谢工程，改进培养工艺，降低生产成本 (三)、抑制细胞凋亡，延长培养周期( 四)、采用糖基化工程，提高产品质量 (五) 转基因动物的研究 （六）、组织工程的研究 第四体章 抗制药1.抗体：是指能与相应抗原特异性结合具有免疫功能的球蛋白。2.抗的产体生：机体免疫系统受抗原刺激后，B淋巴细胞被活化增殖和分化为浆细胞，由浆细胞合成和分泌的球蛋白。20世纪60年代发现多发性骨髓瘤是浆细胞癌变形成的恶性增殖性疾病。病人血清中出现同抗体结构类似的球蛋白，统称为免疫球蛋白(immunoglobulin,Ig)。Ig是化学结构的概念，而抗体是生物学功能的概念。（所有抗体均是Ig，但不是所有Ig 都有抗体活性）3.多克隆抗体：病原微生物含有多种抗原决定簇的抗原物质，因此这些抗体制剂也是多种抗体的混合物，故称多克隆抗体（特异性低，易产生假阳性）。4.单克隆抗体：针对一个抗原决定簇，单一的B淋巴细胞克隆产生的抗体。单克隆抗体：具有高度特异性、均一性、来源稳定、可大量生产等特点，5.制备单克隆抗体：是将抗体产生细胞与具有无限增殖能力的骨髓瘤细胞相融合，通过有限稀释法及克隆化使杂交瘤细胞成为纯一的单克隆细胞系而产生的。6杂交瘤单抗：为鼠源性，应用人体产生人抗鼠抗体及毒副作用。对鼠源性的单抗进行基因加工和改造。目的：降低免疫源性；降低相对分子量。人-鼠嵌合抗体、改形抗体 、小分子抗体。7.基因工程抗体的类型：（一） 人鼠嵌合抗体 （二）、改形抗体 （三）、Fab与Fv抗体（小分子抗体） （四）、单链抗体 （五）、单域抗体和分子识别单位（最小识别单位）8、双功能抗体：是双特性单链抗体。它是一种非天然性抗体。其结合抗原的两个臂具有不同的特异性。构建方法：化学交联法生物学方法（杂种-杂交瘤）基因工程法9.噬菌体抗体库技术的基本方法（）获取目的基因（）抗体库技术的载体（噬菌体 phagemid）（）淘筛（）表达与鉴定10.噬菌体抗体库技术的特点（）模拟天然全套抗体库（）避开了人工免疫和杂交瘤技术（）可获得高亲和力的人源化抗体11、基因工程抗体表达（）原核细胞表达(融合表达，分泌表达)（）真核细胞表达(分泌表达)（）转基因植物表达（）转基因动物表达12.抗体诊断试剂的类型： 一、血清学鉴定用的抗体类试剂 二、免疫标记技术用的抗体类试剂 三、导向诊断药物 四、CD单克隆抗体系列13.抗体治疗药物的种类： 一、放射性同位素标记的抗体治疗药物 二、抗癌药物偶联的抗体药物 三、毒素偶联的抗体药物 第五章植物细胞工程制药 1.概念植物细胞工程：以植物细胞为单位应用细胞生物学分子生物学的理论和技术，在离体条件下培养、繁殖和精细操作，使细胞的某些生物学特性按人们的意愿改变，从而改良品种、加速繁殖或得到有用的物质的一门科学技术。2.植物细胞的全能性：指任何具有完整的细胞核的活植物细胞，都携带一套完整的基因组（染色体），并具有发育成为完整植株的潜在能力。3植物的分化:胚胎分化和器官分化，受精卵胚种子植株4.脱分化:一定条件下，原来已经分化,并且具有一定功能的体细胞(或性细胞)，丧失了原有的结构和功能,又重新恢复了分裂功能,就叫做植物细胞的脱分化。5.再分化:已脱分化的细胞和组织再次分化发育成为完整植株。 愈伤组织形成胚状体一般有两个途径：由体细胞或性细胞，通过脱分化形成胚状体通过愈伤组织直接形成胚状体。6.植物组织和器官的培养 ：在无菌条件下，将离体的植物器官（根尖、茎尖、叶、花、果实、种子等）、组织（花药、胚乳、皮层等）、细胞（体细胞、生殖细胞等）、胚胎（成熟或未成熟的胚）、原生质体等培养在人工配制的培养基上，给予人工控制的培养条件，诱发产生愈伤组织或丛生芽或长成新的完整的植株的一种实验技术。也叫“离体培养”或“试管培养”。 7.细胞培养：形成单细胞无性繁殖系。8.植物无菌培养：（1）幼苗及植株的培养（2）愈伤组织培养（外植体，细胞聚集体）（3）悬浮培养（单细胞或小细胞团的液体培养）（4）器官培养（5）胚胎培养1. 、分生组织培养：生长锥培养,人工培养基上培养茎端分生组织细胞。如:茎尖0.1mm9.外植体：植物组织培养中用来离体无菌培养的离体材料，可以是器官、组织、细胞和原生质体等。如：根、茎、叶、花、果实、胚珠、花药、花粉等。10.愈伤组织：外植体产生的一团无序生长的薄壁细胞。11、无性繁殖系：克隆，同一外植体获得很多无性繁殖后代。12、突变体：经诱变处理而变异成新细胞13.继代培养：连续多代培养14.初级代谢产物：核酸、蛋白质、糖类15、形态发生：指细胞再生植株的过程或个体发育中机体及其器官形态结构的形成过程。外植体 (脱分化)愈伤组织（再分化）生长点（形态发生） 芽、根小植株16、次级代谢产物:1.有明显的分类学区域界限2.其生物合成需要在一定条件下才能发生3.缺乏明确的生理功能4.是生命活动的多余成分主要有：生物碱、黄酮类、萜类、有机酸、木质素、皂苷类、多元酚类17.次级代谢作用：是由特异蛋白质调控产生的内源化合物的合成、代谢及分解作用的综合过程。18.植物细胞的形态及生理特性 （一） 、植物细胞的形态 （二）、植物细胞的结构特征：细胞壁、液泡、质体 （三）、植物细胞的主要生理活性物质及其他化学组分 （四）、植物培养细胞的生理特性第四节 植物细胞培养的基本技术19培养基及其组成主要包括：（1）无机盐（2）碳源（3）植物生长调节剂（5种天然激素：生长素、分裂素、赤霉素、脱落酸、乙烯 ）（4）有机氮源（5）维生素。20.植物细胞大规模培养系统（方法）：（1）.成批培养法： （2）.半连续培养法： 3.连续培养法： 4.固定化培养法： 21.固定化反应器：网状多孔板；尼龙网套；中空纤维膜 优点：细胞位置固定，易于获得高密度细胞群及维持细胞间理化梯度，利于细胞组织化，易于控制培养条件及获得较高含量的次级代谢产物。22影响植物次级代谢产物生产和累积的因素：1.生物条件：外植体，季节，休眠，分化2.物理条件：温度，光，通气，pH和渗透压3.化学条件：无机盐，碳源，植物生长调节剂，维生素，氨基酸，核酸，抗生素，天然物质，前体4.工业培养条件：培养罐类型，通气，搅拌和培养方法23.植物细胞大规模培养生物反应器的类型：（1）.机械搅拌式生物反应器（2）.鼓泡塔生物反应器（3）.气升式生物反应器（4）.转鼓式生物反应器（）固定化细胞生物反应器。.24各种生物反应器的性能比较（1）.机械搅拌式培养系统 ：根据植物细胞的特性，机械搅拌式生物反应器通常是在微生物发酵罐的基础上改进设计的。搅拌装置要减少剪切力，一般改叶轮式为螺旋式；因为植物细胞生长周期长，需要随时补充水分和营养，因此必须设计加液装置；由于植物细胞的生理活动需要新鲜空气，且细胞代谢也可能产生有害气体，所以必须设计通气装置；为便于取样观察，一般还设计有取样口。优点：易于控制温度、 pH、溶氧及营养物质浓度，混合均匀。（2）.鼓泡塔生物反应器：反应器底部的喷嘴及多孔板实现气体混合分散。优点：适于对剪切敏感的细胞的培养，无运动部件，不易染菌，相对高的热量和质量传递，放大相对容易。缺点：流体流动形式难以确定，混合不匀，缺乏非牛顿流体的流动与传递特性的数据。（3）.气升式培养系统：考虑到机械搅拌式反应器的剪切作用难以避免，同时搅拌器转动的轴封处容易泄漏造成污染。因此，发展出空气提升式生物反应器，它是最适合培养植物细胞的反应器之一。优点：低剪切力，较好的混合，较高的氧传递效果。无运动部件，不易染菌，操作费用低。改善营养供应：增加培养细胞与培养液的接触面；避免细胞代谢产生的有害物质在局部积累而对细胞自身产生毒害；缺点:高密度培养时混合不均匀。（4）.转鼓式生物反应器：通过转动促进反应器内氧及营养物的混合。优点：在高密度培养时有高的传氧能力。缺点：放大困难，大规模操作困难。（5）.固定化细胞生物反应器：指固定在载体（惰性基质）上，在一定的空间范围内进行生命活动的细胞。采用固相培养，细胞有一定程度的分化发育，从而刺激调控代谢物合成的基因表达，促进次级代谢产物的产生。注：固定化植物细胞培养系统：平床培养系统立体培养系统；优点：A.可保护细胞免受剪切。B.细胞可长时间重复使用，更换培养基带走代谢物。C.易于实现细胞的高密度培养。D.细胞间接触良好，易于分化，有利于次级代谢产物的合成。E.减少细胞的遗传不稳定性。F.易于实现连续化操作。缺点：A固定化培养的植物细胞其代谢产物必须分泌到细胞外;B多数植物细胞次级代谢产物存在于细胞内或分泌到液泡中。25.植物细胞大规模培养程序： 选材： 培养器官、组织的选择：取有药效成分的部位，且该部位较易成愈伤组织。 细胞株系建立：建立悬浮细胞繁殖体系（液体培养）。 大量培养：将选出的优良细胞株扩大繁殖后，可作为细胞工厂化培养的生产“种子”，进行大量培养。 产品提取与纯化：从植物细胞培养物中提取和纯化有用的产品。应用：大规模培养植物细胞；生产有用物质。26.生物转化：利用酶的作用将底物转化为所需的产物。27.植物生物反应器选择标准（1）.供氧能力及气泡分散程度（2）.剪切力大小及对细胞的影响（3）.高密度培养时培养液的混合程度（4）. 温度、pH及营养物质的控制能力（5）.细胞团大小的控制能力（6）.易于放大28植物细胞制药的进展与展望：一、诱导子在植物细胞工程研究中的应用 二、前体饲喂 三、两相法培养 四、转基因技术在次级代谢产物生产中的应用 五、植物生物转化技术与生物制药第六章 酶工程制药1.酶的特性:酶是由活细胞产生的具有特殊催化功能的一类蛋白质。 特点：催化效率高专一性强反应条件温和催化活性受到调节和控制2.酶工程：是酶学和工程学相互渗透结合发展而形成一门新的技术学科。酶工程是从应用的目的出发研究酶、应用酶的特异性催化功能，并通过工程化将相应原料转化成有用物质的技术。3.酶工程的研究内容：（1）.酶的分离、纯化、大规模生产和应用（2）.酶和细胞的固定化及酶反应器的研究（传感器，检测器）（3）.酶生产中基因工程技术的应用及遗传修饰酶（突变酶）的研究（4）.酶的分子改造与修饰，结构与功能的关系的研究（5）.有机相中酶反应的研究（6）.酶的抑制剂、激活剂的研究（7）.抗体酶、核酸酶的研究（8）.模拟酶及酶分子的人工设计研究4.、酶的来源：（1）化学合成法，（2）从微生物中提取分离5.利用微生物生产酶制剂的优点：1.微生物种类繁多，酶的种类齐全2.生长繁殖快，生产周期短，产量高3.培养方法简单，原料来源丰富，价廉经济效益好4.微生物又较强的适应性，可通过基因工程培育新的高产菌株6.酶在医药领域的应用（1）.疾病诊断（2）.疾病治疗（3）.药物生产（4）.分析检测。7.固定化酶的定义：固定化酶是指限制或固定于特定空间位置的酶，是经物理或化学方法处理，使酶变成不易随水流失即运动受到限制，而又能发挥催化作用的酶制剂，属于修饰酶。注：酶的固定化：是指制备固定化酶的过程。8固定化酶的特点：具有生物催化剂的功能，又有固相催化剂的功能。优点：可多次使用。反应后，酶、底物、产物易分开，产物中无残留酶，易纯化，产品质量高。反应条件易控制，可实现转化反应的连续化和自动控制。酶的利用效率高。比水溶性酶更适合于多酶反应。缺点：固定化时，酶活力有损失。初始投资较大。只能用于可溶性底物，而且分子量要小。胞内酶必须经过酶的分离纯化过程。与完整菌体相比不适宜多酶反应，特别时需要辅助因子的反应。9.酶和细胞固定化方法包括：载体结合法、交联发、包埋法、选择性热变性法10.固定化酶制备技术：吸附法制备固定化酶技术包埋法制备固定化酶技术界面沉降法界面聚合法交联法制备固定化酶技术共价结合法制备固定化酶技术11.固定化细胞：将细胞限制或定位于特定空间位置的方法称为细胞固定化技术。被限制或定位于特定空间位置的细胞称为固定化细胞。细胞的固定化，避免了冗繁的酶纯化手续，更有利于多酶反应。用于固定化的细胞可以是活跃生长的细胞，也可以是死细胞和静止细胞。12.固定化细胞的特点：有细胞特性，生物催化剂功能，固相催化剂特点。优点：无须进行酶的分离纯化保持酶的原始状态，酶回收率高细胞内酶比固定化酶稳定性高细胞内酶辅助因子可自动再生细胞本身含多酶体系，可催化一系列反应抗污染能力强；缺点：利用的仅是胞内酶，酶多副产物多细胞膜、细胞壁和载体都存在扩散限制作用载体形成的空隙大小影响高分子底物的通透性13固定化细胞的制备技术：载体结合法。包埋法（交联法 无载体法14.固定化酶和固定化细胞的反应器类型和特点：（1）间歇式搅拌罐反应器：用于游离酶,反应后随即放料,不回收游离酶。（2）连续流动搅拌罐反应器：连续进料、连续出料（3）填充床反应器：固定化酶填充于床层内。反应器内的流体的流动形态为平推流（活塞流）流形。又称平推流反应器底物以恒定流速通过反应床。（4）流化床反应器：底物以足够大的流速向上通过固定化酶床层，使固体颗粒处于流化状态，达到混合的目的。流速使固定化酶颗粒不下沉又不溢出。（5）循环反应器：部分反应液流出和新加入底物流入液混合，在进入反应床进行循环。（5）连续流动搅拌罐-超滤膜反应器：连续流动搅拌罐的出口处装有超滤膜，产物和未反应的底物可通过，酶被截留反复使用。（7）其它反应器：15反应器的选择依据 ：（1）根据固定化酶的形状来选择：（2）根据底物的物理性质来选择：（3）根据反应的动力学特性来选择：（4）根据外界环境对酶的稳定性的影响来选择：16.模拟酶的概念：人造的具有酶性质的催化剂；特点：相对结构简单，高效，高催化性，蛋白质或非蛋白质17.酶学基础：Pauling的稳定过渡态理论：酶与底物结合，选择性地稳定某一特定反应的过渡态（TS），降低反应活化能，从而加快反应速度。 18.主-客体化学和超分子化学：美国化学家Pederson和Cram把主体和客体通过配位键或其他次级健形成稳定复合物的化学领域称主-客体化学， 19.主体和客体（酶与底物）：在结合部位的空间及电子排列的互补。超分子化学：非共价键结合形成超分子，能识别底物又有催化活性20.按照模拟酶的属性分五类1.主-客体酶模型：2.胶束模拟酶 3.肽酶：4.半合成酶：5.印迹酶：（1）分子印迹技术：如果以一个分子充当模板，其周围用聚合物交联，当模板分子除去后，此聚合物就留下了与此分子相匹配的空穴。制备过程：1.使蛋白部分变性，扰乱起始蛋白的构象2.使印迹分子与之结合3.用交联剂交联印迹的蛋白质4.透析除去印迹分子21.酶的化学修饰的目的和意义：创造天然酶不具备的优良特性，扩大应用领域。提高生物活性，增加稳定性，扩展底物范围22.酶化学修饰的方法：（一）.酶的表面化学修饰：（1）大分子修饰。（2）小分子修饰 。（3）交联修饰。（4）固定化修饰。（二）酶分子内部修饰 ：非催化活性基团的修饰。蛋白主链的修饰。（3）催化活性基团的修饰（4）与辅助因子有关的修饰：（5）肽链伸展后的修饰：（三）结合定点突变的化学修饰。23.修饰酶的特性热稳定性提高 抗各类失活因子能力提高 抗原性消除 体内半衰期延长： 最适pH改变 酶学性质变化 对组织分布能力改变 。24.酶化学修饰的应用及其局限性（一）.酶化学修饰的应用（1）酶结构与功能的研究（2）在医药方面的应用（3）在工业方面的应用(二）酶化学修饰的局限性（1）某种修饰剂对某一氨基酸侧链的化学修饰专一性是相对的。（2）化学修饰后酶的构象多少有些改变。（3）酶的化学修饰只能在具有极性的氨基酸残基侧链上进行。（4）化学修饰法可以在酶结构与功能的研究方面提供信息，但是还不 够准确和系统。25.酶的化学修饰的前景（一）化学修饰可以改变天然酶各种活性,扩大酶的应用范围。化学修饰法是改造酶分子的有效方法，而且已有了一定的规律性和普遍性，具有广泛的应用前景