《生物制药工艺学》教案

《生物制药工艺学》教案

教材：现代生物制药工艺学

(齐香君主编，化学工业出版社)

课程学时：36学时

任课教师：

第一章绪论

【目的要求】

1．掌握生物制药工艺学的含义、主要研究内容

2．掌握生物制药相关定义

3．熟悉生物药物的特点、分类

4．了解生物药物的发展过程、现状及前景

【教学重点】

1．生物制药工艺学的含义、主要研究内容

2．生物制药相关定义（抗生素、生化药物、生物制品等）

【教学方法和教学学时】

1．教学方法：讲授

2．教学学时：2学时

【教学内容】

一、制药工艺学及生物制药工艺学：

定义、相互关系、任务

二、生物制药相关定义

1．生物药物

2．抗生素

3．生化药物

4．生物制品

5．生物制药

6．基因工程药物

三、生物药物原料来源

四、生物药物的特点

1．生物药物药理学特性

2．原料的生物学特性

3．生产制备的特殊性

4．检验的特殊性

5．生物药物剂型要求的特殊性

五、生物药物的分类

1

（一）按照药物的化学本质和化学特性分类

1．氨基酸类药物及基衍生物

2．多肽和蛋白质类药物

3．酶类药物

4．核酸及其降解物和衍生物

5．多糖类药物

6．脂类药物

7．维生素类药物

（二）按原料来源分类

（三）按功能用途分类

六、生物药物发展过程

七、生物药物研究新进展

八、生物制药业现状和发展前景

第二章生物药物的质量管理与控制

【目的要求】

1．掌握基因工程药物的质量控制

2．掌握生物药物常用的定量分析方法

3．熟悉生物药物质量检定程序

4．熟悉新药研究和开发的主要过程

5．了解生物药物质量各级标准的制定

【教学重点】

1．基因工程药物的质量控制

2．生物药物常用的定量分析方法

【教学方法和教学学时】

1．教学方法：讲授

2．教学学时：2学时

【教学内容】

第一节生物药物质量的评价

2

一、生物药物质量检定

1．取样

2．鉴别

3．检查

4．含量测定

5．检验报告的书写

二、药物的体内过程

第二节药物的质量标准

一、药品标准

二、三级药品标准

第三节生物药物的科学管理

一、GLP

二、GCP

三、GMP

四、GSP

五、GAP

第四节生物药物常用的定量分析方法

一、理化分析法

二、酶法

三、电泳法

四、生物检定法

第五节基因工程药物质量控制

一、基因工程药物质量标准

二、基因工程药物的质量控制要点

1．原材料的质量控制

目的基因、表达载体、宿主细胞

2．培养过程的质量控制

3

3．纯化工艺过程的质量控制

4．最终产品的质量控制

（1）生物效价测定

（2）蛋白质纯度检查

（3）蛋白质药物的比活性

（4）蛋白质性质的鉴定

（5）杂质检查

（6）安全性评价

第六节新药研究和开发的主要过程

一、新药研究开发（R&D）的主要过程

二、基因工程药物的开发研制及审报

1．工程细胞（菌）的构建与实验室研究阶段

2．中试与质量检定阶段

3．临床研究阶段

4．试生产和正式生产阶段

三、原料药的研究

（一）化学结构

（二）理化性质

（三）新药稳定性研究

1．稳定性的含义及分类

2．化学稳定性及其研究方法

（四）新药的鉴别

（五）新药的纯度

第三章抗生素概述

【目的要求】

1．掌握抗生素的具体含义

2．掌握抗生素效价测定的原理和方法

3．掌握抗生素的生产工艺

4

4．熟悉抗生素的分类

5．熟悉抗生素的质量控制

6．了解抗生素的发展史

7．了解抗生素的应用

【教学重点】

1．抗生素效价测定的原理和方法

2．抗生素的生产工艺

3．抗生素的质量控制

【教学方法和教学学时】

1．教学方法：讲授

2．教学学时：2学时

【教学内容】

第一节概述

1．抗生素的含义

2．抗生素的物质来源

3．医疗用抗生素应具备的条件

第二节抗生素的发展简史

一、抗生治疗和抗生素的发现

二、我国抗生素研究及生产概况

第三节抗生素的分类

一、根据抗生素的生物来源分类

二、根据医疗作用对象分类

三、根据作用性质分类

四、根据应用范围分类

五、根据作用机制分类

六、根据抗生素获得途径分类

七、根据抗生素的生物合成途径分类

八、根据化学结构分类

5

第四节抗生素的应用

一、抗生素在医疗上的应用

二、抗生素在农业上的应用

三、抗生素在畜牧业上的应用

四、抗生素在食品保藏中的应用

五、抗生素在工业上的应用

六、抗生素在科学研究中的应用

第五节抗生素工业生产及工艺

一、抗生素工业的性质

二、抗生素生产工艺过程

1．菌种

2．孢子制备

3．种子制备

4．发酵

5．了酵液的过滤和预处理

6．抗生素的提取

7．抗生素的精制

第六节抗生素质量控制

一、性状

二、鉴别试验

三、一般项目检查

1．酸碱度

2．熔点

3．比旋度

4．溶液的澄清度与颜色

5．干燥失重或水分

6．炽灼残渣及重金属

7．异常毒性

8．热原

6

9．降压物质

10．无菌试验

11．杂质

12．溶出度

13．注射用抗生素中不溶性微粒

四、含量测定

第七节抗生素生物效价测定

一、抗生素剂量表示法

二、抗生素生物效价测定法

1．稀释法

2．比浊法

3．扩散法

管蝶法

第四章β－内酰胺类抗生素

【目的要求】

1．掌握青霉素的发酵生产

2．熟悉β－内酰胺类抗生素特性和作用机制

3．熟悉青霉素的性质

【教学重点】

1．青霉素的发酵生产

【教学方法和教学学时】

1．教学方法：讲授

2．教学学时：2学时

【教学内容】

第一节概述

一、β－内酰胺类抗生素特性和作用机制

1．结构特性

7

2．物理性质

3．化学性质

4．作用机制

二、β－内酰胺类抗生素发展概况

三、临床应用的主要β－内酰胺类抗生素及其生物活性

第二节青霉素

一、天然存在的青霉素

二、青霉素的理化性质

1．稳定性

2．溶解度

3．降解反应

4．紫外吸收光谱

5．过敏反应

四、青霉素的发酵生产

（一）青霉素生产菌种

（二）青霉素发酵

1．生产孢子的制备

2．生产种子的制备

3．发酵生产

4．影响发酵生产的因素及发酵过程控制

（三）青霉素的提取和精制

1．发酵液的过滤和预处理

2．萃取和精制

3．结晶

第五章大环内酯类抗生素

【目的要求】

1．掌握红霉素的发酵生产

2．熟悉红霉素的结构和性质

8

3．了解红霉素生物合成原理

【教学重点】

1．红霉素的发酵生产

【教学方法和教学学时】

1．教学方法：讲授

2．教学学时：1.5学时

【教学内容】

第一节概述

第二节红霉素的结构和性质

1．结构与组分

2．物理性质

3．化学性质

第三节红霉素的生物合成

1．红霉内酯环的合成

2．内酯环的修饰

3．糖的生物合成、连接和修饰

第四节红霉素的生产工艺

生产菌种

发酵工艺及控制要点

孢子制备及控制要点

种子培养及控制要点

发酵生产及控制要点

提取和精制

第六章四环类抗生素

【目的要求】

9

1．掌握四环素的发酵生产

2．熟悉四环类抗生素的结构和性质

【教学重点】

1．红霉素的发酵生产

【教学方法和教学学时】

1．教学方法：讲授

2．教学学时：1.5学时

【教学内容】

第一节概述

物理性质

化学性质

脱水化合物

差向化合物

降解反应

螯合物与复合物

第二节四环素的发酵工艺

一、生产菌种

二、种子制备及控制要点

三、发酵工艺控制要点及影响因素

1．培养基

2．培养温度

3．pH的控制

4．溶氧的影响及控制

第三节四环素的提取和精制

一、发酵液的预处理

二、四环素的提取

1．沉淀法

2．离子交换法

10

3．四环素纯化

第七章氨基糖苷类抗生素

【目的要求】

1．掌握链霉素的发酵生产

2．熟悉氨基糖苷类抗生素的结构和性质

【教学重点】

1．链霉素的发酵生产

【教学方法和教学学时】

1．教学方法：讲授

2．教学学时：2学时

【教学内容】

第一节概述

氨基糖苷类抗生素的临床应用

氨基糖苷类抗生素的分类

氨基糖苷类抗生素的共性

第二节链霉素的结构和理化性质

一、链霉素的结构

二、链霉素主要理化性持

1．存在形式

2．稳定性

3．溶解度

4．光学性质

5．链霉素盐类的性质

6．链霉素的降解反应

7．氧化和还原反应

8．醛基反应

11

第三节链霉素发酵生产工艺

一、菌种

二、发酵的影响因素及控制

1．碳源的影响及控制

2．氮源的影响及控制

3．无机元素的影响及控制

4．通气和搅拌的影响及控制

5．温度的控制

6．pH的控制

7．中间补料的控制

第四节链霉素的提取和精制

离子交换法

发酵液的过渡及预处理

吸附和解吸

精制

第八章现代生物技术在抗生素工业中的应用

【目的要求】

1．熟悉DNA重组技术在抗生素工业中的应用

【教学重点】

1．DNA重组技术在抗生素工业中的应用

【教学方法和教学学时】

1．教学方法：讲授

2．教学学时：1学时

【教学内容】

第一节DNA重组技术在抗生素生产中的应用

一、克隆抗生素生物合成基因的方法

1．阻断变株法

2．突变克隆法

12

3．直接克隆法

4．克隆抗生素抗性基因法

5．寡核苷酸探针法

6．同源基因杂交法

7．在标准宿主系统中克隆检测单基因产物的方法

二、几种典型的抗生素生物合成基因的结构

1．红霉素

2．青霉素

三、提高抗生素产量的方法

1．将产生菌基因随机克隆到原株直接筛选高产菌株

2．增加参与生物合成限速阶段基因的拷贝数

3．强化正调节基因的作用

4．增加抗性基因

四、改善抗生素组分

五、改进抗生素生产工艺

六、产生杂合抗生素

1．不同抗生素生物合成基因重组

2．生物合成途径中某个酶基因的突变

3．在生物合成途径中引入一个酶基因

4．利用底物特异性不强的酶催化形成新产物

第二节细胞工程在抗生素工业中的应用

一、细胞工程在提高抗生素的产量方面的应用

二、产生新的化合物

第九章生化药品概论

【目的要求】

1．熟悉生化药物的含义和分类

2．掌握生化制药的一般工艺过程

【教学重点】

13

1．生化制药的一般工艺过程

【教学方法和教学学时】

1．教学方法：讲授

2．教学学时：1.5学时

【教学内容】

第一节生化药品的分类

1．氨基酸及其衍生物类药物

2．多肽和蛋白质类药物

3．酶类药物

4．核酸及其降解物和衍生类药物

5．糖类药物

6．脂类药物

第二节生化药物的特点

1．生物原料的复杂性

2．生化物质种类多，有效成分含量低

3．生物材料的种属特性

4．药物活性与分子空间构象相关

5．对制备技术条件要求高

第三节传统生化制药的一般工艺过程

一、生物材料的选择和保存

（一）材料的选择

1．合适的生物品种

2．合适的组织器官

3．合适的生长发育阶段

4．合适的生理状态

（二）材料的收集和保存

1．保存方法

2．影响冷冻保存质量的因素

14

二、生物材料的预处理

（一）组织与细胞的破碎

（二）细胞器的分离

（三）制备丙酮粉

三、生物活性物质的提取

（一）提取方法的选择及应注意的问题

（二）提取活性物质中的一些保护性措施

（三）影响提取的因素

（四）常用的提取方法

四、生物活性物质的浓缩与干燥

（一）生物活性物质的浓缩

（二）干燥

五、生化物质的分离纯化

（一）生化物质分离纯化的特点

（二）分离纯化的基本原理

（三）分离纯化的基本程序和实验设计

（四）分离纯化工艺优劣的综合评价

第十章氨基酸类药物

【目的要求】

1．熟悉氨基酸类药物的生产方法

2．掌握赖氨酸的生产工艺及控制要点

【教学重点】

1．氨基酸类药物的生产方法

2．赖氨酸的生产工艺及控制要点

【教学方法和教学学时】

1．教学方法：讲授

2．教学学时：1.5学时

【教学内容】

15

第一节氨基酸的种类及其理化性质

一、氨基酸的组成结构与理化性质

二、氨基酸的分类与命名

第二节氨基酸及其衍生物在医药中的应用

一、氨基酸的营养价值

二、治疗消化道疾病的氨基酸及其衍生物

三、治疗肝病的氨基酸及其衍生物

四、用于治疗肿瘤的氨基酸及其衍生物

五、治疗其它疾病的氨基酸及其衍生物

第三节氨基酸的生产方法

一、蛋白水解法

二、化学合成法

三、酶法

四、直接发酵法

五、微生物生物合成法

第四节赖氨酸的生产

一、概述

二、性质

三、赖氨酸的生物合成途径

四、赖氨酸的发酵生产

（一）赖氨酸生产菌种及扩大培养

（二）赖氨酸发酵工艺及控制要点

（三）赖氨酸的提取和精制

1．发酵液性质

2．发酵液预处理

3．赖氨酸的提取

4．离子交换提取赖氨酸的工艺条件

5．赖氨酸的精制

16

五、赖氨酸的酶法生产

（一）赖氨酸的酶法转化

（二）赖氨酸的酶法拆分

第十一章多肽和蛋白质类药物

【目的要求】

1．熟悉多肽类药物（降钙素、胸腺激素）的生产工艺

2．掌握干扰素、胰岛素、白细胞介素2等蛋白质类药物的生产工艺

【教学重点】

多肽类药物（降钙素、胸腺激素）的生产工艺

干扰素、胰岛素、白细胞介素－2等蛋白质类药物的生产工艺

【教学方法和教学学时】

1．教学方法：讲授

2．教学学时：2学时

【教学内容】

第一节概述

一、基本概念

多肽、蛋白质、细胞因子

二、生物技术在多肽与蛋白质类药物生产开发中的应用

第二节多肽类药物的制备

一、多肽类药物

1．多肽激素

2．多肽类细胞因子

3．含有多肽成分的组织制剂

二、多肽类药物的制备

（一）降钙素

1．生理活性和临床应用

2．结构与性质

17

3．生产工艺

4．生物活性测定

（二）胸腺激素

1．结构与性质

2．生产工艺

3．活力测定

第三节蛋白质类药物的制备

一、蛋白质类药物

1．蛋白质类激素

2．血浆蛋白质

3．蛋白质细胞因子

4．黏蛋白

5．胶原蛋白

6．碱性蛋白

7．蛋白酶抑制剂

二、白蛋白及丙种球蛋白

结构与性质

生产工艺

质量检验

三、干扰素

1．干扰素的定义

2．分类

3．结构与性质

4．生物学活性及用途

5．传统生产方法

6．基因工程干扰素的生产

四、胰岛素

1．结构与性质

2．生产工艺

3．质量检验

18

4．胰岛素制剂

5．酶促半合成人胰岛素

6．重组DNA技术制备人胰岛素

五、白细胞介素－2

1．IL－2的结构与性质

2．IL－2的传统制备工艺

3．质量检验

4．基因工程IL－2的制备

第十二章核酸类药物

【目的要求】

1．熟悉核酸类药物的生产方法

2．掌握ATP、肌苷、聚肌胞苷酸等核酸类药物的生产工艺

【教学重点】

1．ATP、肌苷、聚肌胞苷酸等核酸类药物的生产工艺

【教学方法和教学学时】

1．教学方法：讲授

2．教学学时：1学时

【教学内容】

第一节概述

一、核酸类药物的分类

二、核酸类药物的生产方法

三、核苷酸的生物合成及代谢调节

第二节主要核酸类药物的生产

一、DNA与RNA提取与制备

二、ATP的制备

1．以嘌呤为前体生产ATP的工艺流程及控制要点

2．直接发酵生产ATP的工艺及控制要点

19

三、核苷类药物的制备

（一）肌苷发酵生产

1．生产菌种

2．肌苷产生菌和选育

3．肌苷发酵工艺及控制要点

（二）聚肌胞苷酸的生产

第十三章酶类药物

【目的要求】

1．熟悉酶类药物相关定义

2．掌握尿激酶、组织纤溶酶原激活剂等重要酶类药物的生产工艺

【教学重点】

1．尿激酶、组织纤溶酶原激活剂等重要酶类药物的生产工艺

【教学方法和教学学时】

1．教学方法：讲授

2．教学学时：2学时

【教学内容】

第一节概述

一、概述

二、治疗酶的来源

三、治疗酶的种类

四、酶类药物传统生化制备方法

五、微生物发酵法生产治疗酶

第二节重要酶类药物的性质及生产方法

一、胃蛋白酶

1．来源与作用

2．理化性质

3．药动学

20

4．临床应用

5．生产工艺

二、尿激酶

1．概述

2．结构性质与作用机制

3．临床应用

4．传统生产工艺

5．质量控制

6．重组人尿激酶原的生产

三、门冬酰胺酶

1．来源

2．作用与作用机制

3．临床应用

4．生产工艺

四、超氧化物歧化酶

1．来源

2．组成结构与性质

3．作用与作用机制

4．临床应用

5．生产工艺

五、组织纤溶酶原激活剂

1．来源与特征

2．作用

3．理化性质及生物学特性

4．t-PA的生产

第十四章糖类药物

【目的要求】

1．熟悉糖类药物的生产方法

2．掌握肝素等重要糖类药物的生产工艺

21

【教学重点】

1．糖类药物的生产方法

2．肝素等重要糖类药物的生产工艺

【教学方法和教学学时】

1．教学方法：讲授

2．教学学时：2学时

【教学内容】

第一节糖类药物的类型及生物学活性

一、糖类药物的类型及作用

1．单糖

2．单糖衍生物

3．寡糖

4．多糖

二、多糖的生理活性

第二节糖类药物的制备方法

一、动植物来源的糖类药物的生产

（一）单糖、低聚糖及其衍生物的制备

（二）多糖的分离与纯化

1．分离

2．纯化

二、微生物来源的多糖类药物的生产

第三节重要糖类药物生产工艺

一、甘露醇

（一）结构与性质

（二）生产工艺

二、1，6－二磷酸果糖

（一）结构与性质

（二）生产工艺

22

1．酶转化工艺

2．固定化细胞制备工艺

（三）检验

三、肝素

（一）结构与性质

（二）生产工艺

1．盐解离子交换生产工艺

2．酶解离子交换生产工艺

（三）检验

1．生物检定法

2．天青A比色法

四、硫酸软骨素

（一）结构与性质

（二）生产工艺

（三）检验

五、透明质酸

（一）结构与性质

（二）生产工艺

（三）检验

第十五章脂类药物

【目的要求】

1．熟悉脂类药物的生产方法

2．熟悉超临界流体萃取技术的理论和技术

3．掌握前列腺素E等重要脂类药物的生产工艺

2

【教学重点】

1．超临界流体萃取技术的理论和技术

2．前列腺素E等重要脂类药物的生产工艺

2

【教学方法和教学学时】

1．教学方法：讲授

23

2．教学学时：2学时

【教学内容】

第一节概述

一、概念

二、原料来源和生产方法

（一）直接从生物材料中提取

（二）化学合成或半合成

（三）生物转化法

第二节重要脂类药物的生产

一、前列腺素

E2

1．性质和来源

2．生产工艺

3．质量标准与检定

二、卵磷脂

1．性质和来源

2．脑干卵磷脂制备工艺

3．蛋黄卵磷脂超临界萃取技术

第十六章维生素及辅酶类药物

【目的要求】

1．掌握维生素C等重要药物的生产工艺

【教学重点】

1．维生素C等重要药物的生产工艺

【教学方法和教学学时】

1．教学方法：讲授

2．教学学时：1学时

【教学内容】

24

第一节概述

一、基本概念

1．相关定义

2．生理作用特点

3．分类

二、一般生产方法

1．化学合成法

2．发酵法

3．直接提取法

第二节重要维生素及辅酶类药物的生产

一、维生素C

1．结构和性质

2．维生素C的合成

（1）传统方法

（2）两步发酵法

（3）合成VitC新工艺路线和代谢基因工程菌的研究

二、维生素B

2

三、维生素B

12

四、细胞色素C

五、辅酶Ⅰ

六、辅酶Q

七、辅酶A

第十七章甾类激素药物

【目的要求】

1．掌握甾类激素药物的生产工艺

【教学重点】

1．微生物转化的特点和类型

2．甾类激素药物的生产工艺

25

【教学方法和教学学时】

1．教学方法：讲授

2．教学学时：2学时

【教学内容】

第一节概述

一、甾类激素药物的分类及生理作用

二、甾类激素药物的生产发展过程

三、微生物转化的特点和类型

（一）微生物转化的特点

（二）微生物转化的反应类型

第二节甾类激素药物的生产

一、甾类激素药物生产的基本过程

二、甾类激素药物生产原料

三、微生物生物转化生产法

（一）微生物转化甾类激素药物的一般方法

（二）微生物转化甾类激素药物的工艺流程及控制要点

第十八章生物制品

【目的要求】

1．掌握生物制品相关定义

2．掌握生物制品的一般生产方法

3．掌握生物制品的质量要求和检定

4．掌握乙肝疫苗等重要生物制品的生产工艺

5．掌握核酸疫苗的制备工艺

【教学重点】

1．生物制品的一般生产方法

2．生物制品的质量要求和检定

3．乙肝疫苗等重要生物制品的生产工艺

26

4．核酸疫苗的制备工艺

【教学方法和教学学时】

1．教学方法：讲授

2．教学学时：3学时

【教学内容】

第一节概述

一、基本概念

1．生物制品

2．疫苗

亚基疫苗、活体重组疫苗、核酸疫苗、免疫佐剂

二、生物制品的分类

（一）根据材料分类

（二）根据用途分类

三、生物制品的免疫学基础

1．机体的抗感染免疫

2．人工免疫

第二节生物制品的一般制备方法

一、病毒类疫苗的制备

1．工艺流程

2．毒种的选择和减毒

3．病毒的繁殖

4．疫苗的灭活

5．疫苗的纯化

6．疫苗的冻干

二、细菌类疫苗和类毒素的一般制备方法

1．菌种的选择

2．培养基的营养要求

3．培养条件的控制

4．杀菌

27

5．稀释、分装和冻干

三、抗毒素的制备工艺

第三节生物制品质量要求与检定

一、生物制品的质量要求

二、生物制品的质量检定

（一）理化性质检定

1．物理性状

2．蛋白质含量

3．纯度检查及鉴别试验

4．相对分子质量或分子大小测定

5．防腐剂含量测定