安农大《生物技术制药》复习资料

《生物技术制药》复习资料

第一章绪论

一'概述

1.概念：生物药物（生物制药）是泛指包括生物制品在内的生物体的初级和次级代谢产

物或生物体的某一组成部分，甚至整个生物体用作诊断和治疗疾病的医药品。I采用现

代生物技术人为地创造一些条件，借助某些微生物、植物或动物来生产所需的医药品，

叫做生物技术制药。

2.技术范畴：基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、生化工程以及后来衍生出来的

第二代、第三代的蛋白质工程、抗体工程、糖链工程和海洋生物技术等。

3.相关学科：有生物学（含微生物学、分子生物学、遗传学等）、化学、工程学（化学

工程、电子工程等）、医学、药学、农学等。但从基础学科来讲，生物学、化学和工程

学是其主要的学科。

4.应用范围：（1）医药；（2）农业；（3）食品；（4）工业；（5）环境净化；（6）能源。

二'生物技术的发展简史

1.传统生物技术阶段

主要产品：乳酸、酒精、丙酮、丁酸、柠檬酸、淀粉酶。

生产的特点：过程简单，大多属兼气发酵或表面培养，生产设备要求不高，产品化学结

构简单，属初级代谢产物。

2.近代生物技术阶段

主要产品：抗生素、维生素、雷体、氨基酸；食品工业的工业酶制剂、食用氨基酸、酵

母、啤酒；化工业的酒精、丙酮、丁醇、沼气；农林业的农药；环境保护业的生物治理

污染。

生物技术的特点：（1）产品类型多，初级（氨基酸、酶、有机酸）、次级（抗生素）、生

物转化（甯体）；（2）生物技术要求高，纯种、无菌、通气，产品质量要求也高；（3）

生产设备规模大；（4）技术发展速度快。

3.现代生物技术

主要产品：胰岛素、干扰素、生长激素等。

生物技术的内容包括：（1）重组DNA技术及其它转基因技术（基因工程）；（2）细胞和

原生质体融合技术（细胞工程）；（3）酶或细胞的固定化技术（酶工程）；（4）植物脱毒

和快速繁殖技术；（5）动物细胞大量培养技术；（6）动物胚胎工程技术；（7）现代发酵

技术；（8）现代生物反应工程和分离工程技术；（9）蛋白质工程技术；（10）海洋生物

技术。

三、医药生物技术的新进展

1.利用新发现的人类基因，开发新型药剂

2.新型疫苗的研制

3.基因工程活性肽

4.其他（疾病早期诊断，单克隆抗体，PCR）

四、我国的医药生物技术

第二章生物药物概论

第一节生物药物的来源、特性、分类与制备

一、生物药物的来源

1.生物药物是指运用生物学、医学、生物化学等的研究成果，从生物体、生物组织、细

胞、体液等，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

制造的一类用于预防、治疗和诊断的制品。

2.生物药物的原料来源

天然的生物材料：人体、动植物、微生物和各种海洋生物。

人工制得的生物原料如基因工程技术制得的微生物或细胞。

二、生物药物的特性

1.药理学特性（优点）

（1）治疗的针对性强。细胞色素C用于治疗组织缺氧所引起的一系列疾病；（2）药理

活性高。注射用的纯ATP可以直接供给机体能量；（3）毒副作用小，营养价值高。蛋白

质、核酸、糖类、脂类等生物药物本身就直接取自体内；（4）生理副作用常有发生。生

物体之间的种属差异及个体差异，用药时会发生免疫反应和过敏反应。

2.生产、设备中的特殊性

（1）原料中的有效物含量低。激素、酶在体内含量极低；（2）稳定性差。生物药物的

分子结构中具有特定的活性部位，该部位有严格的空间结构，一旦结构破坏，生物活性

也就随着消失；（3）易腐败。生物药物营养价值高，易染菌、腐败。生产过程中应低温、

无菌；（4）注射用药有特殊要求。均一性、安全性、稳定性、有效性。

3.检验上的特殊性

由于生物药物具有生理功能，故生物药物不仅要有理化检验指标，更要有生理活性检验

指标。

三、生物药物的分类

1.（生物制药的研究内容）按生物工程学科范围分为四类分类：

（1）发酵工程制药；（2）基因工程制药：（3）细胞工程制药；（4）酶工程制药。

2.按药物的结构分类：

（1）氨基酸及其衍生物类药物；（2）多肽和蛋白质类药物；（3）酶和辅酶类药物；（4）

核酸及其降解物和衍生物类药物；（5）糖类药物；（6）脂类药物；（7）细胞生长因子；

（8）生物制品类。

3.按来源分类：

（1）人体组织来源。疗效好、无副作用、来源有限。（2）动物组织来源。动物脏器，

来源丰富、价格低廉、可以批量生产。（3）植物组织来源。中草药，酶、蛋白质、核酸。

（4）微生物来源。抗生素、氨基酸、维生素、酶。（5）海洋生物来源。动植物、微生

物。

4.按生理功能和用途分类：

（1）治疗药物。肿瘤、艾滋病、心脑血管疾病等。（2）预防药物。传染性强的疾病，

疫苗、菌苗、类毒素。（3）诊断药物。速度快、灵敏度高、特异性强。免疫诊断、酶诊

断、基因诊断试剂。（4）其它。生化试剂、保健品、化妆品、食品、医用材料。

四、生物药物的制备过程

1.生物药物原料的选择、预处理与保存方法

（1）原料选择原则

有效成分含量高，原料新鲜，来源丰富、易得，产地较近，原料中杂质含量少，成本低。

（原料-粗提一精提）

生物技术单元操作

（2）预处理与保存

预处理：就地采集后去除结缔组织、脂肪组织等不用的成分，将有用成分保鲜处理，收

集微生物原料时，要及时将菌体与培养液分开，进行保鲜处理。

保存方法：①冷冻法，适用于所有生物材料，-40℃；②有机溶剂脱水法，丙酮，适用

于原料少、价值高，有机溶剂对原料生物活性无影响；③防腐剂保鲜，常用乙醇、苯酚

等，适用于液体原料，如发酵液、提取液。

第二节人体来源的药物

一'人体来源药物的特点与研究意义

1.人体来源的药物的特点

（1）安全性好。不易产生副反应。（2）效价高、疗效可靠。质量好、效价高。（3）稳

定性好。冻干制剂10度以下可保存2年以上。

3.研究意义

（1）资源的有限性；（2）意义。

3.蛋白质类药物分离提取方法

（1）沉淀法（盐析、有机溶剂、等电点）；（2）按分子大小分离（超滤、透析、层析、

离心）；（3）电荷（离子交换、层析、电泳、等电聚焦）；（4）亲和层析法（酶与底物、

抗原与抗体）。

二、人体来源药物的种类和用途

1.人血液成分制品

（1）红细胞制剂；（2）白细胞浓缩液；（3）血小板制剂；（4）新鲜冰冻血浆（FFP）o

2.血浆的综合利用

（1）传输蛋白质；（2）免疫球蛋白；（3）凝血系统蛋白；（4）补体系统蛋白；（5）蛋

白酶抑制物类。

3.人体液细胞中的活性物质

体液细胞包括红细胞、白细胞、淋巴细胞、血小板、成纤维细胞等。活性物质主要是干

扰素a、白介素-2、超氧化物歧化酶等。

4.人类来源的其他原料的利用

5.细胞因子

6.人体激素

激素是调节机体正常发育和活动的重要物质，是由一类动物体内腺体细胞和非腺体组织

细胞所分泌的化学信息分子。激素主要有：蛋白质激素、多肽激素、氨基酸衍生物激素、

脂类激素。激素在体内含量很低，研究目的不是用生物体来提取，而是用于指导用其他

原料进行生产和如何正确使用激素药物进行治疗。现在的生产方法有：用动物提取，半

合成法，基因工程法。

第三节动物来源的药物

三、动物来源药物的种类与用途

1.动物多肽与蛋白质类药物

（1）动物多肽药物的重要性与种类

重要性：脑垂体所分泌的多肽激素，药效显著，且毒副作用小，通过对这些活性物质的

结构和功能的研究，有助于我们设计和研制新型药物。

（2）动物蛋白类药物

2.动物酶与辅酶类药物

种类：促消化酶类（胃酶可口服，蛋白酶，胰酶）；消炎酶类（溶菌酶、胰蛋白酶、糜

蛋白酶等可提高毛细血管通透性，消退浮肿）；治疗心血管疾病（纤溶酶、尿激酶、凝

血酶）；抗肿瘤的酶（天冬氨酰酶、谷氨酰胺酶、半胱氨酸酶、组氨酸酶）。

3.动物核酸类药物

4.动物糖类药物

5.动物脂类药物：脂肪酸及其衍生物、磷脂类、胆酸类、口卜咻和衍生物。

第四节植物来源的药物

一、糖类——单糖、多糖、寡糖。

二、脂类、类脂、固醇及其衍生物

三'蛋白质'多肽及其活性物质

四、化合物——特别小分子化合物及其衍生物。是近几年来研究最为活跃的领域。

实例：超氧化物歧化酶的制备、精油、南瓜多糖等。

第五节海洋生物药物

一、取得重要进展的领域

（1）海洋生物抗癌活性物质；（2）海洋生物抗菌活性物质；（3）海洋生物抗心血管疾

病活性物质；（4）海洋生物抗放射性活性物质及酶类；（5）海洋前列腺素；（6）海洋保

健品、螺旋藻；（7）海洋医用生物材料。宣试剂、河豚毒素试剂、甲壳素、珊瑚。

二、我国发展海洋药物的主攻方向

1.海洋生物活性物质的研究

2.大力促进海洋生物技术在开发海洋药物上的应用

3.开发新的海洋中成药和新剂型

4.充分利用海洋资源，开发海洋保健品

5.开发新的海洋医用生物材料

第三章生物技术制药单元操作与药物生产的质量控制

第一节生物技术制药单元操作

一、概述

生物药物的提取和纯化可分为5个主要步骤：预处理、固液分离、浓缩、纯化和产品定

型（干燥，制丸，挤压，造粒，制片），每一步骤都可采用各种单元操作。

在提取纯化过程中，要尽可能减少操作步骤，因为每一操作步骤都不可避免带来损失。

操作步骤多，总收率就会下降。

二、提取纯化的工艺论证

工艺验证，就是通过系统的方法得到关于生产工艺的书面材料，证明并保证生产过程能

始终如一地生产出特定的高质量的产品。

工艺验证的范围：厂房设施、工程仪表、机械设施、生产环境、工艺条件、计算机软件、

介质、原材料、半成品、成品、操作人员素质和测试方法等。以上各个部分都要有验证

材料或试验数据，根据这些材料和数据写出验证报告。

当工艺的某一部分有较大变动时（如大修、工艺条件变化），要进行重新验证，即再验

证。再验证是针对某一部分的行动，而不是整个工艺过程的验证，因而比较简单、快速、

易行。

验证的实施过程包括以下步骤：提出验证要求，组织验证小组，制定验证方案，实施验

证试验，写出验证报告，再验证等。

三、原料选择、预处理与固液分离技术

（一）原料选择的基本准则

1.在大量的信息资料和实践经验的基础上，选择目标原料；

2.选择有效成分含量高的新鲜材料；

3.来源丰富易得；

4.制造工艺简单易行；

5.成本比较低；

6.原料的采集不破坏生态环境，选择对环境友好的原材料资源，防止生物入侵。

(-)细胞破碎

机械法：珠磨法、高压匀浆法、超声波破碎法、X-press法等。

非机械法：酶溶法、化学渗透法、冻融法、干燥法等。

(三)离心

1.差速离心法

2.速率区带离心法

速率区带离心法是在离心前于离心管内先装入密度梯度介质(如蔗糖、甘油、KBr、CsCI

等)，待分离的样品铺在梯度液的顶部、离心管底部或梯度层中间，同梯度液一起离心。

(四)膜分离法

1.薄膜分离

(1)超滤：根据溶质分子和悬浮粒子是否通过多孔膜来进行筛分。

(2)反渗透：以高分子透过性薄膜为分离介质，在超过溶液渗透压力的情况下，使溶

液中的溶剂透过薄膜，同时使溶质和不溶物阻截在膜前。

(3)微孔滤膜：由高分子材料制成的薄膜过滤介质，可以过滤一般介质不能截留的细

菌和微粒。膜的孔径在0.2~10umo

(4)渗析：它是利用多孔膜两侧溶液的浓度差使溶质从浓度高的一侧通过膜孔扩散到

浓度低的一侧从而得到分离的过程。

(5)电渗析：电渗析是基于离子交换膜能选择性的使阴离子或阳离子通过的性质，在

直流电场的作用下使阴阳离子分别透过相应的膜以达到从溶液中分离电解质的目的。

2.膜分离设备

(1)板框式膜组件；(2)卷式膜组件；(3)管式膜组件；(4)中空纤维膜组件。

四、沉淀法

1.盐析法

利用不同的蛋白质在高浓度盐溶液中，溶解度不同程度的降低来进行分离纯化。在低盐

浓度下，溶解度随着盐浓度升高而增加，称盐溶作用；当盐浓度不断升高时，不同蛋白

质的溶解度又以不同程度下降并先后析出沉淀，称盐析作用。

优点：设备和条件要求低，安全应用范围广泛。在高盐情况下，蛋白质不易发生变化,

一般在室温下操作。

缺点：分级分离能力不高。

盐析时应注意的几个问题：

(1)盐饱和度：由于蛋白质的结构和性质不同，盐析要求的饱和度也不同。要按工艺

要求，正确计算饱和度。

(2)pH值的选择：蛋白质在pl时的溶解度最小。因此，进行盐析时的pH,要选择在

被分离蛋白质的pl附近。

(3)蛋白质浓度(蛋白质的溶解度)：在相同条件下，蛋白质浓度越大越易沉淀，使用

盐的饱和度极限也愈低。蛋白质浓度愈高，其他蛋白质共沉作用也愈强，这是不希望的。

选择适当的蛋白质浓度，可避免共沉的干扰。

(4)温度：一般在室温下进行，浓盐对蛋白质有保护作用。但对温度敏感的，要在低

温下进行。常在0-4℃范围内迅速操作。如尿激酶。

(5)盐析沉淀物的脱盐：盐析的沉淀分离后，经脱盐才能获得纯品。最常用的脱盐方

法是透析，时间一般较长，应常换透析液，注意防止污染。

2.有机溶剂沉淀法

利用不同蛋白质在不同浓度的有机溶剂中的溶解度差异而分离目的蛋白质的方法。蛋白

质的沉淀与溶解，与溶剂的介电常数有关。降低溶液的介电常数，使其溶解度变小，同

时，还破坏蛋白质的水化膜而使蛋白质沉淀析出。

有机沉淀法应注意的问题：

(1)控制工艺过程的温度：整个操作规程应在低温下进行，而且最好是同一温度。

(2)防止溶剂局部温度过高：加入有机溶剂时搅拌要均匀，速度要适当，避免局部浓

度过高，引起沉淀物的破坏、变性或失活。

(3)及时处理沉淀物：沉淀物经过滤或离心后，要立即用水或缓冲液溶解，降低有机

溶剂的浓度。

(4)pH的选择：在待沉淀蛋白质的pl附近(，蛋白质在pl时的溶解度最小)。

(5)有机溶剂是酶和蛋白质的变性因素，尤其是对敏感酶类。

3.等电点沉淀法

利用蛋白质在等电点时的溶解度最低，而各种蛋白质又具有不同的等电点的特性进行分

离的工艺过程。

4.水溶性非离子型聚合物沉淀法

在一定的pH值下，盐浓度越高，所需PEG时浓度越低，溶液的pH越接近目的物的等电

点，沉淀所需PEG的浓度越低。

五、萃取

(-)双水相萃取

双水相体系的形成是两种天然或合成的亲水性聚合物水溶液相互混合，由于较强的斥力

或空间位阻，相互之间无法渗透，在一定条件下，即可形成双水相体系。

双水相萃取的技术特征：

(1)体系有生物亲和性。(2)体系能进行萃取性的生物转化。(3)体系能与细胞相结

合，操作既节省萃取设备和时间，又避免了胞内酶的损失。(4)亲和萃取可大大提高分

配系数和萃取专一性。(5)任何两相体系，都不要求特殊的处理就可与后续纯化工艺相

衔接。(6)开发廉价新型的双水相体系。

(-)超临界流体萃取

1.技术原理

在超临界状态下，将超临界流体与待分离的物质接触，使其有选择性地把极性大小、沸

点高低和分子量大小的成分依次萃取出来。

2.萃取装置

超临界萃取装置从功能上大体可分为八部分：萃取剂供应系统、低温系统、高压系统、

萃取系统、分离系统、改性剂供应系统、循环系统和计算机控制系统。

3.超临界流体萃取(SFE)的特点(优点)

(1)可以在接近室温(35-40℃)及C0,气体笼罩下进行提取，有效地防止了热敏性物

质的氧化和逸散。

(2)使用SFE是最干净的提取方法，由于全过程不用有机溶剂，因此萃取物绝无残留

溶媒，同时也防止了提取过程对人体的毒害和对环境的污染，是100%的纯天然(产物中

无杂质)；

(3)萃取和分离合二为一，当包含溶解物的CO-SCF流经分离器时，由于压力下降使得

C0,与萃取物迅速成为两相(气液分离)而立即分开，不仅萃取效率高而且能耗较少，

节约成本(SCF立方英尺)；

(4)CO?是一种不活泼的气体，萃取过程不发生化学反应，且属于不燃性气体，无味、

无臭、无毒，故安全性好；

(5)CO,价格便宜，纯度高，容易取得，且在生产过程中(可)循环使用，从而降低成

本；

（6）压力和温度都可以成为调节萃取过程的参数。通过改变温度或压力达到萃取目的。

六、层析法

1.离子交换层析。2.凝胶层析。3.亲和层析。

七、电泳技术

（一）醋酸纤维素薄膜电泳。（二）琼脂糖凝胶电泳。

（三）聚丙烯酰胺凝胶电泳（PAGE）。（四）等电聚焦电泳技术。

八'其它技术

（-）浓缩是指低浓度溶液通过除去溶剂变为高浓度溶液的过程。常在提取后和结晶前

进行，有时也贯穿于整个制药过程。

（-）结晶是利用某些药物具有形成晶体的性质是目标药物（溶质）呈晶态从溶液中析

出的过程。

（三）干燥是从湿的固体生物药物中，除去水分或溶剂而获得相对或绝对干燥制品的工

艺过程。它也是一种蒸发，但不同于浓缩。通常包括原料药的干燥和制成临床制剂的干

燥。

（1）常压干燥。通风与加热结合。成本低，干燥量大。但时间长，易污染。

（2）减压干燥。利用专用设备减压加速，使溶剂迅速蒸发。时间短，温度低。制药常

用方法。

（3）喷雾干燥。将液体通过喷射装置喷成雾滴后，在一定流速的热气流中，迅速蒸发

干燥的方法。

第二节生物技术药物生产的质量控制

什么是药品的六个叩”？

1.什么是GAP?

GAP：英文名称''GoodAgriculturalPractice"的缩写。直译为“良好的农业规范（因

为中药材栽培或饲养主要属于农业范畴）”，在中药行业译为“中药材生产质量管理规

范”。

2.什么是GCP?

GCP：英文名称"GoodClinicalPractice"的缩写。中文名称为“药品临床试验管理

规范”，是规范药品临床试验全过程的标准规定，其目的在于保证临床试验过程的规

范，结果科学可靠，保护受试者的权益并保障其安全。

3.什么是GLP?

GLP：英文名称"GoodLaboratoryPractice”的缩写。中文名称为“药品实验室管理

规范”。目前，在我国是指于2003年9月1日起施行《药物非临床研究质量管理规范》

（局令第2号）。

4.什么是GSP?

GSP：英文名称“GoodSupplyPractice1'的缩写。中文名称为“药品经营质量管理规

范”，它是控制医药商品流通环节所有可能发生质量事故的因素从而防止质量事故发

生的一整套管理程序。

5.什么是GUP?

GUP：英文名称“GoodUsePractice”的缩写。中文名称为“药品使用质量管理规范”，

在我国是指《医疗机构药剂质量管理规范》。

6.什么是GMP?

GMP：英文名称''GoodManufacturingPractice"的缩写。中文名称为“药品生产质量

管理规范”，在我国，GMP是指国家药品监督管理局于1999年3月18日通过，6月18

日发布，8月1日起开始正式实施的《药品生产质量管理规范》（局令9号）。这个规范

是药品生产和质量管理的基本准则，适用于药品制剂生产的全过程和原料生产中影响成

品质量的关键工序。它是一种强制性认证，没有通过认证的生产企业或生产车间已于

2004年7月1日实行强制性停产。

第四章基因工程制药

第一节概述

问题：基因工程菌生产药物的优点？

第二节基因工程药物生产的基本过程

主要程序是：目的基因的克隆，构建DNA重组体，将DNA重组体转入宿主菌构建工程菌，

工程菌的发酵，外源基因表达产物的分离纯化，产品的检验等。

基因工程药物的生产是一项十分复杂的系统工程，可分为上游和下游两个阶段。上游阶

段是研究开发必不可少的基础，它主要是分离目的基因、构建工程菌（细胞）。下游阶

段是从工程菌（细胞）的大规模培养一直到产品的分离纯化、质量控制等。

分离纯化技术应满足下列要求：

（1）技术条件要温和，能保持目的产物的生物活性；（2）选择性要好，能从复杂的混

合物中有效地将目的产物分离出来，达到较高纯化倍数；（3）收率要高；（4）两个技术

之间要能直接衔接，不需要对物料加以处理或调整，这样可以减少工艺步骤；（5）整个

分离纯化过程要快，能够满足高生产率的要求。

四、选择分离纯化方法的依据

1.根据产物表达形式来选择

2.根据分离单元之间的衔接来选择

通常先运用非特异、低分辨的操作单元，以尽快缩小样品体积，提高产物浓度，去除最

主要的杂质；随后采用高分辨率的操作单元：凝胶排阻色谱这类分离规模小、分离速度

慢的操作单元放在最后。

3.根据分离纯化工艺的要求来选择

第四节基因工程药物的质量控制

四、目标产品的质量控制

1、产品的鉴别、纯度分析、生物活性测定、稳定性考察、产品一致性保证。

表达载体应具备的条件：载体能够独立复制、具有灵活的克隆位点和方便的筛选标记、

具有很强的启动子、具有阻遏子以控制启动子、具有强终止子、产生的mRNA有翻译起

始信号。

两个基因工程药物研究中常用的表达载体：PBV220系统、PET系统。

影响目的基因在大肠杆菌中表达的因素：外源基因拷贝数、外源基因表达效率、表达产

物的稳定性、细胞的代谢负荷、工程菌的培养条件^________

根据来自酵母的复制序列的构成和特性，载体可归纳为4大类：YEP（酵母附加体质粒）

类、YRP（酵母复制型质粒）类、YCP（酵母着丝粒质粒）类、YIP（酵母整合型质粒）

类^_______________________________

影响目的基因在酵母菌中表达的因素：外源基因的拷贝数、外源基因的表达效率、外源

蛋白的糖基化、宿主菌株的影响。

质粒不稳定产生的原因：工程菌的质粒不稳定常见的是分裂不稳定，它主要与两个因素

有关，一是含质粒菌产生不含质粒子代菌的频率；二是这两种菌的比生长速率差异的大

小。

提高质粒稳定性的方法：1、选择合适的宿主菌；2、选择合适的载体；3、选择适当的

压力（抗生素）；4、分阶段培养、分阶段控制；5、控制培养条件；6、固定化。

第五章细胞工程制药

第一节概述

细胞工程可分为动物细胞工程和植物细胞工程。

动物细胞工程包括：细胞培养技术；细胞融合技术；胚胎工程技术；克隆技术:______

植物细胞工程包括：植物组织、器官培养技术；细胞培养技术；原生质体融合与培养技

术；亚细胞水平的操作技术等。

第六章酶工程制药

现代酶工程的主要(研究)内容：

(1)酶的分离纯化(提纯)、大批量生产及新酶和酶的应用开发；

(2)酶和细胞的固定化及酶反应器的研究，包括酶传感器、反应检测等；

(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)酶的分子改造和化学修饰，(以及酶的)结构与功能(之间关系)的研究；

(5)有机相中酶反应的研究；

(6)酶的抑制剂、激活剂的开发与应用研究；

(7)抗体酶、核酸酶的研究；

(8)模拟酶、合成酶及酶分子的人工设计、合成研究。

1.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，具体来说，是指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。

(酶类可粗分为天然酶和修饰酶，固定化酶属于修饰酶。)

2.固定化酶的特点(优点)

(1)可以(在较长时间内)多次使用，而且在多数情况下，酶的稳定性提高。

(2)反应后，酶与底物和产物易于分开，产物中无残留酶，易于纯化，产品质量高。

(3)反应条件易于控制，可实现转化反应的连续化和自动控制。

(4)酶的利用效率高，单位酶催化的底物量增加，用酶量减少。

(5)比水溶性酶更适合于多酶反应。

3.酶和细胞的固定化方法

酶和细胞的固定化方法的分类

(D载体结合法

①物理吸附法

②离子结合法

③共价结合法

5.固定化酶的制备技术

(2)包埋法制备固定化酶技术

包埋法又分为凝胶包埋法和微囊化包埋法两类。凝胶包埋这是将酶或细胞限制于高聚物

网格中的技术；微囊化法是将酶或细胞定位于不同构型的膜外壳内的技术。

其基本制备方法有界面沉降法及界面聚合法两类。

①界面沉降法。本法是物理法，是利用某些在水相和有机相界面上溶解度极低的高聚物

成膜的过程将酶包埋的方法。其基本过程是将酶液在与水不混溶的、沸点比水低的合机

相中乳化，使用油溶性表面活性剂形成油包水的微滴，再将溶于有机溶剂的高聚物加入

搅拌下的乳化液中，然后再加入另一种不能溶解高聚物的有机溶剂，使高聚物在油水界

面上沉淀、析出及成膜。最后在乳化剂作用下使微囊从有机相中转移至水相，即成为固

定化酶。用于制备微囊的高聚物材料有硝酸纤维素、聚苯乙烯及聚甲基丙烯酸甲酯等。

微囊化的条件温和，制备过程不致引起酶的变性，但要完全除去半透膜上残留的有机溶

剂却不容易。

②界面聚合法。本法是化学制备法，其基本原理是利用不溶于水的高聚物单体在油一水

界面上聚合成膜的过程制备微囊。成膜的高聚物有尼龙、聚酰胺及聚服等。现以尼龙610

为例，其基本过程是将含酶的10%血红蛋白溶液与己甲叉二胺水溶液混合，再倾入含有

1%Span85的氯仿-环己烷中分散乳化，加入溶于有机相的癸二酰氯后，便在油一水界面

上发生聚合反应，弃去上清后，加入Tween20去乳化，洗去有机溶剂及末聚合的单体，

将其转移至水相中即得微囊。

纤维包埋法是将可形成纤维的高聚物溶于与水不混溶的有机溶剂中，再与酶溶液混合并

乳化，然后将乳化液经喷头挤入促凝利(如甲苯及石油醴等)中形成纤维，即成为固定化

酶。

6.固定化酶的形状与性质

6.2固定化酶的性质

(1)酶活力的变化，活力大都下降。

(2)酶稳定性的变化，稳定性明显增加

稳定性包括：①操作稳定性。②贮藏稳定性。③热稳定性。④对蛋白酶的稳定性。

(3)酶学特性的变化。①底物专一性。②最适pH。③最适温度。④米氏常数(K，)。⑤

最大反应速度(Vmax)o

7.固定化酶活力的测定方法

活力测定可分为分批测定法和连续测定法。

7.1分批测定法

分批测定法是固定化酶在搅拌或振荡的情况下进行测定的方法，与测定天然酶的方法基

本一致，即间隔一定时间取样，过滤后按常规测定，方法比较简便。但测定结果与反应

器的形状、大小和反应液的数量有关，同时也与搅拌和振荡的速度有关，速度加快，活

力上升，达到一定程度后活力不再改变。但若搅拌过快会导致固定化酶破碎成更小的细

粒而使酶的活力升高，因此测定过程中应严格控制反应条件，否则无可比性。

7.2连续测定法

不管是分批反应器、连续搅拌反应器或填充床反应器，都可以从其中引出反应液到流动

比色杯中进行分光测定。在连续流动反应器中，可以根据底物的流入速度和反应速度之

间的关系来计算酶的活力但反应器的形状可能影响反应速度。

除分光法外，也可以在缓冲能力弱的情况下用自动pH滴定仪来测定质子的产生与消耗

过程，或者通过测定反应过程中氧气、NH2、电导和旋光的变化来确定酶的活力。

影响酶活力测定的因素较多，如测定环境pH、温度、离子强度、酶浓度、激活剂、振荡

和搅拌速度以及固定化酶的颗粒大小的变化等均影响菌活力的测定。此外，对于带电载

体制备的固定化酶和反应过程中发生质子变化的固定化酶，静电作用也影响其酶的活力,

为抵消静电作用的影响，测定系统需要有较高的离子强度。因此，在酶活力的测定过程

中，为了确保可比性，反应条件必须一致。

酶的化学修饰就是对酶在分子水平上用化学方法进行改造。

模拟酶工作研究较多的是环糊精。

三、酶的非水相催化

其催化活性与水溶液中相当，甚至更高，并且具有下列显著特点：

(1)提高非极性底物和产物的溶解度，从而提高反应速度。

(2)可催化水解反应的逆反应，而合成(酶类、)多肽、酯类等化合物。

(3)有利于反应后酶与产物的分离。

(4)解除或减少某些产物对酶的抑制作用。

(5)提高酶的稳定性。

第七章发酵工程制药

一、发酵工程与发酵工程制药的发展历史

二、微生物发酵制药的研究范围

微生物菌体发酵：如香菇类、灵芝、金针菇、依赖虫蛹而生有的冬虫夏草菌以及与天麻

共生的密环菌等药用真菌。

第二节微生物工业用菌种

一、发酵工业对生产菌种的要求

(1)能在易