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第十三章生化药物制造工艺酶类药物.pptx
微生物的分离筛选是一切工作的基础。
(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 件。首先要合理选择培养方法、培养基、培养温度、 pH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、发酵罐的型式、 通气条件、搅拌速度、温度和pH调节控制等。
2、有机溶剂法 某些结合酶如微粒体和线粒体膜的酶,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 的脂质,且不能使酶变性。
最常用的有机溶剂是丁醇。
丁醇具有下述性能:
① 亲脂性强,特别是亲磷脂的能力;
② 兼具亲水性,在0℃在水中的溶解度为10.5%; ③ 在脂与水分子间能起类似去垢剂的桥梁作用。
把酶提纯到一定纯度以后(通常纯度应达50%以 上),可使其结晶,但伴随着结晶的形成,酶的纯度 经常有一定程度的提高。
酶的结晶既是提纯的结果,也是提纯的手段,此 外,为研究蛋白质空间结构提供Ⅹ射线衍射样品,也 是酶的结晶的重要目标之一。
(1)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。
改变酶溶解度的方法很多,一般新样品往往要使 用几种方法才能得到结晶。
还要研究酶的分离提纯技术和制备工艺,这些条 件的综合结果将决定酶生产本身的经济效益。
二、酶类药物的提取和纯化
(一)生物材料的预处理
一般应避免剧烈处理,但如是结合酶,则必须进 行剧烈处理。
1、动物材料的预处理
(1)机械处理
用绞肉机绞,一般细胞并不破碎,而有的酶必须 细胞破碎后才能有效地提取,因此须采用特殊的匀浆 才行。
2、酶液的脱色
工业上廉价的脱色剂是活性炭,用量通常为0.1 %~国内生产的几种 脱色树脂,效果都较好。
3、盐析法
盐析法的优点是在常温下不会造成酶的失活,若 分级沉淀应用得当,杂蛋白杂质也较少,适用于多种 酶沉淀。
4、有机溶剂法
用有机溶剂沉淀蛋白质及用分级沉淀法纯化蛋白 质。工业上通常采用乙醇作为沉淀剂。
(3)选择性变性法
利用蛋白质稳定性的不同,除去杂蛋白。甚至可 用2.5%三氯乙酸处理,这时其他杂蛋白都变性而沉 淀。
(4)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,将核酸降解成核苷酸。
也可用一些核酸沉淀剂如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等:
丙酮粉在低温下可保存数年。
2、微生物的预处理
要是酶是胞外酶,则可除去菌体后再直接从发酵 液中吸附提取酶。但对胞内酶则需将菌体细胞破壁, 制成无细胞的悬液后再行提取。
(1)干燥法
干燥方法很多,常见有空气干燥、真空干燥和冷冻 干燥三种。
(2)机械法
常用的方法有研磨法,组织匀浆法,超声波法, 高压匀浆法等。
本节重点讨论酶在纯化过程中遇到的一些技术难点。
1、杂质的除去 酶提取液中,除所需酶外,还含有大量的杂蛋白、
多糖、脂类和核酸等。
(1)pH和加热沉淀法
利用蛋白质酸碱变性性质的差别可以通过调pH和 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,使杂蛋白变性而沉淀。
(2)蛋白质表面变性法
利用蛋白质表面变性性质的差别,也可除去杂蛋白。 例如:加入三氯甲烷和乙醇进行震荡,可以除去杂蛋 白。
(3)酶法处理
用得最多的是溶菌酶,也有用脱氧核糖核酸酶处理, 操作与溶菌酶同。
(二)酶的提取
一般在提取前,应通过调查研究,文献检索,详 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 性剂法三种。
1、水溶液法
常用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。
第四节酶类药物
一、酶类药物的原料来源
(一)原料选择
选料应注意以下几点:
(1)不同酶的原料选择。 (2)注意不同生长发育情况及营养状况:微生物制 酶,故需测其活力来决定取酶阶段。要考虑动物年龄 及饲养条件等因素;
(3)从原料来源是否丰富考虑;
(4)从简化提纯步骤着手。
(5)如用动物组织作原料,则此动物宰杀后应立即 取材。
5、喷雾干燥直接制各粉末酶制剂
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。
喷雾干燥用于菌体干燥,而药用酶常用冷冻干燥。
除上述方法外,工业上提取酶制剂的方法还有丹 宁沉淀法、白土活性氧化铝吸附法、pH或加热沉淀 法、蛋白质表面变性法等。
(四)酶的纯化
酶的纯化。评价主要看二个指标,一是酶比活, 二是总活力回收。
从动物或植物中提取酶受到原料的限制。
用微生物发酵法生产药用酶,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。
(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的重要条件。 目前,优良菌种的获得有三条途径:
①是从自然界分离筛选; ②是用物理或化学方法处理、诱变; ③是用基因重组与细胞融合技术。
在实验室常用的是玻璃匀浆器和组织捣碎器。
工业上可用高压匀浆泵。
(2)反复冻融
由于细胞中冰晶的形成,及剩下液体中盐浓度的 增高,能使细胞中颗粒及整个细胞破碎,从而使某些 酶释放出来。
(3)丙酮粉
组织经丙酮迅速脱水干燥制成丙酮粉,不仅可减 少酶的变性,同时因细胞结构成分的破碎使蛋白质与 脂质结合的某些化学键打开,促使某些结合酶释放到 溶液中,真空干燥即得丙酮粉。
(5)将酶与底物结合,
酶和底物结合或竞争性抑制剂结合后,稳定性大 大提高,这样就可用加热法除去杂蛋白。
2、脱盐和浓缩
(1)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。
(2)浓缩 酶的浓缩方法很多,有冷冻干燥、离子交 换、超滤、凝胶吸水、聚乙二醇吸水等。
3、酶的结晶
3、表面活性剂法
表面活性剂分子具有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而分散在溶液中,故 可用于提取结合酶,但此法用得较少。
(三)酶制剂的工业提取法
工业生产的酶有二种剂型——液体制剂和粉剂
1、发酵液的预处理及过滤
现在处理方法是,在发酵液中加絮凝剂或凝固剂。
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。