★生物制药作业-张倩-生命科学院-1042041122.doc

项目：生物技术制药（第一次作业）姓名：张 倩学号：1042041122班号：10204031学院：生命科学学院专业：生物科学大类摘要：本作业包含以生物技术制药为主题的小论文一篇及思考题十题日期：2011年9月21日内容：详细如下1.小论文试就天然产物的物理提取过程和化学反应参入的提取过程分别举例说明。（注：有化学反应的应说明在哪里出现，有何作用。）浅谈天然产物的提取过程 天然产物是指动物、植物、昆虫、海洋生物和微生物体内的组成成分或其代谢产物，以及人和动物体内许许多多内源性的化学成分。在现代制药中，常用生物技术提取天然产物。而天然产物的提取过程可分为两种，即物理提取过程和有化学反应参入的提取过程。 首先说物理提取过程。物理提取过程是以物理方式，即不发生化学反应的方式提取出天然产物。根据查询资料，物理提取的方法举例如下。 第一，超临界流体萃取法。超临界流体萃取技术(简称SFE)是一种以超临界流体(简称SCF或SF)代替常规有机溶剂对植物有效成分进行萃取和分离的新型技术。其原理是利用流体(溶剂)在临界点附近的超临界区域内与待分离混合物中的溶质具有异常相平衡行为和传递性能，且对溶质的溶解能力随压力和温度的改变而在相当宽的范围内变动，利用超临界流体作溶剂，可以从多种液态或固态混合物中萃取出待分离组分，具有“定向提取分离”的能力。 第二，分子蒸馏法。分子蒸馏也称短程蒸馏，是一种在高真空度条件下进行分离操作的连续蒸馏过程，实现了从液相到气相的单一分子流流向而阻止返回液相的分子流。此法是近年迅速发展的高新分离技术，其在蒸馏过程中产品受热时间短，具有较高的分离效率。 第三，超声波萃取法。超声波是一种弹性波，其振动能产生强大的能量，给予媒质点以很大的速度和加速度，加速度随着声波频率的增大而增大，声波在植物组织细胞里，比电磁波穿透更深，停留时间也较长。大能量的超声波作用于液体使其被撕裂成很多小空穴，小空穴闭合时产生高达几千个大气压的瞬时压力，作用于叶肉组织，称为空化。空化可加速植物中的有效成分进入溶剂，增加有效成分的提取率。除空化作用外，超声波还具有机械振动、乳化、扩散、击碎等多级效应，有利于植物中有效成分的转移，并充分与溶剂混合，促进提取的进行。第四，微波萃取法。此法是利用微波能提高萃取率的一种新发展起来的技术。其原理是利用在微波场中吸收微波能力的差异，使基体物质的某些区域或萃取体系中的某些组分被选择性加热，从而使被提取物从基体或体系中分离，进入到介电常数较小、微波吸收能力相对较差的萃取剂中。微波加热导致细胞内的极性物质尤其是水分子吸收微波能产生大量的热量，使胞内温度迅速上升，汽化水产生的压力将细胞壁及细胞膜冲成微孔，失水的细胞又因收缩而出现裂纹，微孔及裂纹的存在使胞外溶剂很容易地进入胞内，溶解并释放出内含物。 利用物理方法提取天然物质，使所提取物质保留了其纯天然的特性，不破坏其结构成分，将物理与生物紧密结合并应用到了生物技术制药中。 再说化学提取过程。化学提取过程是通过化学反应提取天然产物。根据查询资料，化学提取的方法举例如下。 如酶提取法。坚固的植物细胞壁是提取有效成分的主要屏障，特别是当植物中含有大量黏液质、果胶、淀粉时，这些成分一方面影响植物细胞中活性成分的浸出，另一方面也影响提取液的澄清度。如选用恰当的酶，通过酶反应使细胞壁的组成成分和黏液质等杂质成分水解或降解而除去，则可加速有效成分的释放提取。其化学反应发生在消解天然产物释放阻碍时，是酶与所消解物之间的反应。当一步酶法提取达到平衡后，选择适宜溶剂对所得渣质进行二步溶剂提取，即可得到产物。天然产物提取、分离及纯化技术的发展越来越迅速，其中有的技术在我国已经工业化应用，有的还刚刚起步，相信还会有更多高新技术的出现。作为当代主修生命科学的大学生，我很有兴趣继续研究生物制药技术，并希望有朝一日应用这些技术推动国内天然产物产业的发展。2.思考题什么是生物技术制药？包括哪些主要内容？答：生物技术制药：就是利用基因工程技术、细胞工程技术、微生物工程技术、酶工程技术、蛋白质工程技术、分子生物学技术等来研究和开发药物，用来诊断、治疗和预防疾病的发生。 包含的内容有：第一，应用重组DNA技术(包括基因工程技术、蛋白质工程技术)制造的基因重组多肽，蛋白质类治疗剂。第二，基因药物，如基因治疗剂，基因疫苗，反义药物和核酶等。第三，来自动物、植物和微生物的天然生物药物。第四，合成与部分合成的生物药物。什么是生物药物与生物技术药物？它们之间有何区别和联系？答：生物药物是指运用生物学、医学、生物化学等的研究成果，综合利用物理学、化学、生物化学、生物技术和药学等学科的原理和方法，利用生物体、生物组织、细胞、体液等制造的一类用于预防、治疗和诊断的制品。 生物技术药物广义是是指所有以生物质为原料制取的各种生物活性物质及其人工合成类似物、以及通过现代生物技术制的的药物。狭义指利用生物体、生物组织、细胞及其成分，综合应用化学。生物学和医药学各学科原理和技术方法制得的用于预防、诊断、治疗和康复保健的制品。 我认为其区别是：生物药物的来源是天然的生物材料（如人体、动植物、微生物和各种海洋生物等），是从该生物材料中提取天然物质或制备仿天然物质来制成药物。而生物技术药物是通过高新生物技术（如DNA重组技术）来制备物质制成药物。 我认为其联系是：生物技术药物是生物药物的一种，它们都是利用自然界生物体内的物质来提取或仿制出有治愈作用的物质来制备成药物。生物制药目前取得了哪些进展？未来的展望是什么？答：我国生物制药进展：从生物工程药物来看，我国的多项生物技术在实验室阶段与国际水平接近，甚至某些技术领先国际水平，具有我国自主知识产权的生物技术产品如肝细胞生长因子、人源性碱性成纤维细胞生长因子、治疗用单克隆抗体及人血代用品等一系列生物高科技产品，已经完成临床试验或进入后期阶段，但是，由于我国中试环节薄弱，导致生物制药产业的“上游”与“下游”脱节，科研成果转化率不高，生物工程的产业化水平低，生物制药产业化水平明显落后于国际先进水平。国际生物制药进展：全球已有生物技术制药公司2O00多家。生物药物已广泛用于治疗癌症、艾滋病、冠心病、多发性硬化症、贫血、发育不良、糖尿病、心力衰竭、血友病、囊性纤维变性和一些罕见的遗传疾病。已有723种生物技术药物正在进行通过FDA审批，700种药物许早期研究阶段，200种以上产品已到最后批准阶段。上市的生物技术药物主要含3大类（即重组治疗蛋白质、重组疫苗和诊断或治疗用的单克隆抗体），迄今已有大约75个生物技术药物通过审批进入市场。 未来的展望：生物技术药物综合多学科的努力，通过新技术的创立可以大大拓宽发明新药的空间，增加发明新药的机遇与速度。今后十年生物技术将对当代重大疾病治疗创造更多的有效药物，并在所有前沿性的医学领域形成新领域。生物学的革命不仅依赖于生物科学和生物技术的自身发展。而且将依赖于很多相关领域的技术走向，例如微机电系统、材料科学、图像里、传感器和信息技术等。机体在生命活动中能够保持健康状态，并不断战胜疾病的主要原因是什么？答：正常机体之所以能保持健康状态，具有抵御和自我战胜疾病的能力，正是由于生物体内部不断产生各种与生物体代谢紧密相关的调控物质，如蛋白质、酶、核酸、激素、抗体、细胞因子等，通过它们的调节作用使生物体维持正常的机能。生物药物有哪些基本特征？答：生物药物的药理学特征：治疗的针对性强、药理活性高、毒副作用小、营养价值高、生理副作用时有发生。生物药物的生产制备特征：原料中的有效物质含量低、稳定性差、易腐败、注射用药有特殊要求。生物药物的检验特征：理化检验指标、生物活性检验指标。生物药物有哪些原料来源？“生物药物的原料都是从天然生物材料中来”这句话正确与否？答：生物药物的来源有：人体组织来源、动物组织来源、植物组织来源、微生物来源、海洋生物来源。 “生物药物的原料都是从天然生物材料中来”这句话并不正确。应该表述为“一部分生物药物的原料是从天然生物材料中来”。因为生物技术药物是通过高新生物技术（如DNA重组技术）来制备药物，并不是直接从天然生物材料中提取的。而且一部分从天然生物材料中提取的物质还不能直接运用于药物生产中，还需要进行一系列的物理化学处理与后期加工。按药物的化学本质和化学特性进行分类的生物药物有哪几类？各有什么主要功能？答：由题可分类如下：第一，氨基酸及其衍生物类药物。功能：蛋氨酸可防治肝炎、肝坏死和脂肪肝，谷氨酸可用于防治肝昏迷、神经衰弱和癫痫等。第二，多肽和蛋白质类药物。功能：蛋白质类药物（如血清白蛋白、丙种球蛋白、胰岛素）及多肽类药物（催产素、胰高血糖素）可用于激素治疗。第三，酶和辅酶类药物。功能：消化酶（胃蛋白酶、胰酶、麦芽淀粉酶）、消炎酶（溶菌酶、胰蛋白酶）、心血管疾病治疗酶（激肽释放酶扩张血管降血压）等辅酶药物已广泛用于肝病和冠心病的治疗。第四，核酸及其降解物和衍生物类药物。功能：DNA可用于治疗精神迟缓、虚弱和抗辐射，RNA用于慢性肝炎、肝硬化和肝癌的辅助治疗，多聚核苷酸是干扰素的诱导剂。第五，糖类药物。功能：抗凝血、降血脂、抗病毒、抗肿瘤、增强免疫功能和抗衰老的作用。第六，脂类药物。功能：磷脂类如脑磷脂、卵磷脂可用于治疗肝病、冠心病和神经衰弱症。脂肪酸降血脂、降血压、抗脂肪肝。第七，细胞生长因子。功能：干扰素、白细胞介素、肿瘤坏死因子等可用于癌症与普通炎症的治疗。第八，生物体制品类。功能：从微生物、原虫、动物和人体材料直接制备或用现代生物技术、化学方法制成作为预防、治疗、诊断特定传染病或其它疾病的制剂。生物药物有哪几类制备方法？在按药物的化学本质和化学特性进行分类的生物药物中，你认为哪些药物可用哪些方法来制备？答：生物药物的制备方法有提取法、沉淀法、超超滤法、离心法、电荷法、离子交换法、层析法、发酵法、非降解法、吸附法等。 我认为这些方法可运用于如下药物。 第一，蛋白质类药物：可用沉淀法（盐析、有机溶剂、等电点）；按分子大小分离（超滤、透析、层析、离心）；电荷（离子交换、层析、电泳、等电聚焦）；亲和层析法（酶与底物、抗原与抗体、激素与受体）。第二，核酸类药物：可用提取法和发酵法。第三，糖类药物：可用非降解法，适用于从含一种粘多糖的动物组织中提取粘多糖，用水或盐。第四，脂类药物:可用溶解法，用有机溶剂将所需成分从原料中溶解出来。第五，氨基酸类药物：可用蛋白质水解法、盐酸水解法、酶解法、发酵法、化学合成与酶促合成法。提取法制备生物药物有哪些基本的工艺过程？选择提取溶剂时你认为应当注意哪些原则？答： 基本的工艺过程有：冷提法（包括浸渍法、渗漉法）和热提法（包括煎煮法、回流法、连续提取法）。 提取溶剂大致分为一下三类，分列如下。第一，水：一种强的极性溶剂。亲水性的成分，如无机盐、糖类、分子不太大的多糖类、鞣质、氨基酸、蛋白质、有机酸盐、生物碱盐及甙类等都能被水溶出。为了增加某些成分的溶解度，也常采用酸水及碱水作为提取溶剂。酸水提取，可使生物碱与酸生成盐类而溶出，碱水提取可使有机酸、黄酮、蒽醌、内酯、香豆素以及酚类成分溶出。第二，亲水性的有机溶剂：也就是一般所说的与水能混溶的有机溶剂，如乙醇（酒精）、甲醇（木精）、丙酮等，以乙醇最常用。乙醇的溶解性能比较好，对中草药细胞的穿透能力较强。亲水性的成分除蛋白质、粘液质、果胶、淀粉和部分多糖等外，大多能在乙醇中溶解。难溶于水的亲脂性成分，在乙醇中的溶解度也较大。还可以根据被提取物质的性质，采用不同浓度的乙醇进行提取。第三，亲脂性的有机溶剂：也就是一般所说的与水不能混溶的有机溶剂，如石油醚、苯、氯仿、乙醚、乙酸乙酯、二氯乙烷等。这些溶剂的选择性能强，不能或不容易提出亲水性杂质。选择溶剂时应先了解所溶物质的物理性质与化学性质，了解所溶物质在各种溶剂中的溶解度。选定溶剂时，应注意所用溶剂的用量、浓度、成本、毒性，注意用量尽量刚好、浓度尽量合适、设备尽量简单、成本尽量低廉、毒性尽量降低。且溶剂不能与所需成分发生化学变化，对有效成分溶解度大、对杂质溶解度小。不同来源生物药物的特点、种类及其未来的研究前景是什么？答：不同涞源生物药物分列如下。第一，人体组织来源。种类有人血液制品类、人胎盘制品类、人尿制品类。研究前景是，可利用其疗效好、无副作用的特点治疗癌症、进行失血急救等。第二，动物组织来源。种类有动物脏器、动物皮肤、动物组织液。研究前景是，可利用其来源丰富、价格低廉进行批量药物生产，也可作为病理毒理研究的生物材料。第三，植物组织来源。种类有各科的草药本身、植物种子、植物组织、原生质体。研究前景是，可利用其来源丰富、价格低廉进行批量药物生产，综合中国传统中医中草药治疗顽固性慢性疾病，也可运用与美容保健。第四，微生物来源。种类有抗生素、氨基酸、维生素、酶。研究前景是，可利用其繁殖