現(xiàn)代生物制藥工藝學(辛秀蘭)(第二版)
《現(xiàn)代生物制藥工藝學》的內(nèi)容包括天然生物材料的提取制藥、發(fā)酵工程制藥、細胞工程制藥、酶工程制藥和基因工程制藥5個項目。天然生物材料的提取制藥項目設(shè)計了L-胱氨酸的制備、胰凝乳蛋白酶的制備、 核苷酸的制備、 溶菌酶的制備、甘露醇的制備、卵磷脂的制備6個工作任務(wù),發(fā)酵工程制藥項目設(shè)計了青霉素的發(fā)酵生產(chǎn)、紅霉素的發(fā)酵生產(chǎn)、金霉素的發(fā)酵生產(chǎn)、鏈霉素的發(fā)酵生產(chǎn)、維生素C的發(fā)酵生產(chǎn)、谷氨酸的發(fā)酵生產(chǎn)6個工作任務(wù),細胞工程制藥項目設(shè)計了骨髓瘤細胞SP2/0的傳代培養(yǎng)、SP2/0細胞傳代培養(yǎng)的常規(guī)檢測、抗人血蛋白雜交瘤細胞系的建立、雜交瘤陽性克隆子的保藏、雜交瘤陽性克隆子的微載體培養(yǎng)、西洋參植物細胞的培養(yǎng)6個工作任務(wù),酶工程制藥項目設(shè)計了胃蛋白酶的制備及酶活力測定、門冬酰胺酶的制備及酶活力測定、糖化酶的制備及酶活力測定、糖化酶的固定化、中性蛋白酶的固定化、胰蛋白酶親和色譜6個工作任務(wù),基因工程制藥項目設(shè)計了葡激酶的制備、γ干擾素的制備、重組人血管內(nèi)皮生長因子165的制備、胰島素的制備、人血白蛋白的制備、卡介苗重組疫苗的制備6個工作任務(wù)。教材的知識與目標設(shè)計和微生物發(fā)酵工、生物分離提取工、藥物制劑工等國家職業(yè)大典規(guī)定的職業(yè)標準對應(yīng),注重內(nèi)容的科學性、實用性。
本教材適合高職高專院校生物技術(shù)、生物制藥等專業(yè)使用,也可作為行業(yè)培訓(xùn)用書和生物制藥技術(shù)人員的參考用書。
適讀人群 :本教材適合高職高專院校生物技術(shù)、生物制藥等專業(yè)使用,也可作為行業(yè)培訓(xùn)用書和生物制藥技術(shù)人員的參考用書。
1.本書內(nèi)容來源于生產(chǎn)一線,以企業(yè)的實際生產(chǎn)任務(wù)為主線編寫;
2.書中知識與能力目標設(shè)計與國家職業(yè)大典規(guī)定的職業(yè)標準相對應(yīng);
3.編寫團隊由企業(yè)專家和院校專任教師共同組成,保證教材更貼近生產(chǎn)實際。
前言
現(xiàn)代生物制藥工藝學是生物技術(shù)、生物制藥類專業(yè)的必修課程之一。本書版出版于2006年8月,已重印數(shù)次,被國內(nèi)大部分開設(shè)生物制藥相關(guān)課程的高職高專院校采用,發(fā)行量達3萬多冊。編者利用所掌握的大量來源于生產(chǎn)實際的一線資料,以企業(yè)的實際生產(chǎn)任務(wù)為主線對教材內(nèi)容進行修訂,從而使教材更加滿足高職高專院校的人才培養(yǎng)需求。本教材的編寫團隊由企業(yè)專家和專任教師共同組成。在企業(yè)專家的參與下,更多來源于企業(yè)生產(chǎn)一線的知識和技能要求被提煉和總結(jié),并編寫到教學項目、任務(wù)中,使教材的內(nèi)容更貼近生產(chǎn)實際。
為適應(yīng)職業(yè)教育教學方法改革的需要,教材的此次修訂改為項目化教學的體例,共設(shè)計了天然生物材料的提取制藥、發(fā)酵工程制藥、細胞工程制藥、酶工程制藥、基因工程制藥共5個教學項目、30個教學任務(wù)。教師可根據(jù)教學大綱和實驗室的具體設(shè)備情況,靈活選擇具體的教學任務(wù),充分體現(xiàn)任務(wù)驅(qū)動、項目導(dǎo)向的現(xiàn)代教學模式,從而提升學生的生產(chǎn)實踐能力。
教材的知識與能力目標設(shè)計與微生物發(fā)酵工、生物分離提取工、藥物制劑工等國家職業(yè)大典規(guī)定的職業(yè)標準對應(yīng)。編者通過與各類企業(yè)廣泛溝通,了解企業(yè)生物藥物生產(chǎn)的標準操作規(guī)程(SOP),并將執(zhí)行法規(guī)和規(guī)范、環(huán)保和安全意識等生物制藥崗位所必需的職業(yè)素質(zhì)融于教學目標中,以實現(xiàn)教學與崗位能力要求的對接。
為了使本書適應(yīng)行業(yè)發(fā)展以及高職高專教育的需要,我們參考了大量國內(nèi)外有關(guān)書籍和文獻,并結(jié)合自己的教學實踐進行編撰。其間得到了各位編寫人員及所在單位的大力支持與配合,在此表示衷心的感謝。同時也對本教材版的各位編寫人員所付出的辛勤努力表示感謝。由于作者水平有限,難免會有疏漏與不妥之處,敬請廣大讀者與同仁批評指正。
編者
2016年3月
版前言
生物制藥工藝學是高職生物技術(shù)應(yīng)用、制藥工程等工科專業(yè)和醫(yī)藥類專業(yè)的必修課程之一。目前,全國開設(shè)生物技術(shù)類的高等職業(yè)院校共有200多所,絕大多數(shù)學校均開設(shè)生物制藥工藝學課程,但目前適合于高等職業(yè)教育的生物制藥類教材卻鳳毛麟角,這種狀況既不適應(yīng)于社會對人才培養(yǎng)的要求,也不利于師生的教學。有鑒于此,本書的編者——這些在高等職業(yè)院校長期從事生物制藥工藝學教學的教師希望通過自己的努力,為高職高專學生和教師提供一本簡明、適用的生物制藥工藝學教材。
本教材堅持理論知識“適度、夠用”的原則,強化學生的實際操作技能的訓(xùn)練,充分體現(xiàn)職業(yè)教育特色,教材以技能訓(xùn)練為核心,注重理論知識的系統(tǒng)性和實驗操作的可行性。教材共分兩篇,篇為基礎(chǔ)理論,第二篇為實驗技術(shù)。
基礎(chǔ)理論部分內(nèi)容覆蓋面廣,包括概述、天然生物材料的提取制藥、發(fā)酵工程制藥、細胞工程制藥、酶工程制藥和基因工程制藥六章內(nèi)容,便于不同專業(yè)的學生和教師有效利用,尤其突出各類制藥技術(shù)的工程實例,以適應(yīng)高職教育的要求。天然生物材料的提取制藥介紹從動植物組織、微生物細胞等生物體中提取生化藥物的原則、操作原理和提取分離方法;發(fā)酵工程制藥以抗生素為主線,介紹了β內(nèi)酰胺類、大環(huán)內(nèi)酯類、四環(huán)素類和氨基糖苷類等抗生素的發(fā)酵工藝控制和提取精制方法;細胞工程制藥主要介紹植物細胞和動物細胞的培養(yǎng)方法,以及利用動植物細胞進行生物制藥的實例;酶工程制藥主要介紹酶的固定化技術(shù)及酶工程制藥實用技術(shù);基因工程制藥以實際應(yīng)用為主,先簡單介紹基因工程制藥的實用技術(shù),然后從基因工程上游技術(shù)和下游技術(shù)兩個角度講解基因工程的實際應(yīng)用。
生物制藥是一門實驗技術(shù),重點培養(yǎng)學生的實際動手能力。但傳統(tǒng)的高職生物制藥類教材均以理論為主導(dǎo),通過大生產(chǎn)的實際操作實例來闡明實驗操作要點,學生只能以“聽實驗”為主,而無法動手實施,大大限制了學生技術(shù)應(yīng)用能力的培養(yǎng)。本書的第二篇實驗技術(shù)共分五章,分別為天然生物材料的提取制藥實驗、發(fā)酵工程制藥實驗、細胞工程制藥實驗、酶工程制藥實驗和基因工程制藥實驗,共設(shè)置了50個實驗。實驗內(nèi)容的選擇以工業(yè)化大生產(chǎn)為依據(jù),但同時也兼顧了國內(nèi)大部分高職院校的實驗和實訓(xùn)條件,對復(fù)雜的生物制藥工藝實驗進行了改良,增加實驗室小規(guī)模生物制藥實驗,增強了實驗室操作的可行性,利于培養(yǎng)學生的動手能力,各院?筛鶕(jù)實際情況靈活選用。
北京電子科技職業(yè)學院(原北京輕工職業(yè)技術(shù)學院)的辛秀蘭、蘭蓉、徐晶、吳志明,中國食品工業(yè)(集團)公司的江波,湖北荊門職業(yè)技術(shù)學院的陳可夫,浙江金華職業(yè)技術(shù)學院的邵玲莉,安徽輕工業(yè)學校的劉純根,北京醫(yī)藥器械學校的勞文燕、張虎成,四川工商職業(yè)技術(shù)學院的江建軍、寧允葉,安徽合肥萬博科技職業(yè)學院的姚振華等老師共同完成了本書的編寫和審稿工作。為了使本教材適應(yīng)行業(yè)發(fā)展及高職教育的需要,我們參考了大量的國內(nèi)外有關(guān)文獻,并結(jié)合自己的教學經(jīng)驗和實驗經(jīng)驗進行了編撰,但由于作者水平有限,難免會有錯誤與不妥之處,敬請廣大讀者與同仁批評指正。
辛秀蘭
2006年4月
辛秀蘭,北京電子科技職業(yè)學院生物工程學院院長、教授,北京市職教名師、北京市中青年骨干教師。主要研究方向為植物天然活性成分的研究及生物轉(zhuǎn)化。曾主持國家示范校生物技術(shù)及應(yīng)用專業(yè)重點專業(yè)建設(shè)項目、北京市生物技術(shù)專業(yè)職業(yè)教育分級制改革試點項目以及兩項北京市教委面上項目。生物技術(shù)團隊被評為北京市屬市管高等學校學術(shù)創(chuàng)新團隊,“依托企業(yè),推進高職高專生物技術(shù)及應(yīng)用專業(yè)教學改革與實踐”獲得2008年北京市教育教學成果一等獎。
項目一天然生物材料的提取制藥1
【項目介紹】1
【相關(guān)知識】2
一、生化藥物的分類2
二、生化藥物的一般工藝2
三、生化藥物在醫(yī)藥工業(yè)中的地位3
【項目思考】4
【項目實施】4
任務(wù)一L-胱氨酸的制備4
一、任務(wù)目標4
二、必備基礎(chǔ)4
1.氨基酸類藥物的常用生產(chǎn)方法4
2.氨基酸類藥物的常用分離純化技術(shù)5
三、任務(wù)實施6
任務(wù)二胰凝乳蛋白酶的制備8
一、任務(wù)目標8
二、必備基礎(chǔ)8
1.材料的預(yù)處理8
2.多肽和蛋白質(zhì)類藥物的提取9
3.多肽和蛋白質(zhì)類藥物的純化10
三、任務(wù)實施10
任務(wù)三核苷酸的制備11
一、任務(wù)目標11
二、必備基礎(chǔ)11
1. DNA的提取與純化技術(shù)12
2. DNA的含量測定12
3. RNA的生產(chǎn)技術(shù)13
三、任務(wù)實施13
任務(wù)四溶菌酶的制備15
一、任務(wù)目標15
二、必備基礎(chǔ)15
1.酶類藥物的分類15
2.藥用酶的制備方法17
3.藥用酶的常用提取純化方法17
三、任務(wù)實施18
任務(wù)五甘露醇的制備20
一、任務(wù)目標20
二、必備基礎(chǔ)20
1.多糖的來源21
2.糖類藥物的生理活性21
3.多糖的提取純化方法23
三、任務(wù)實施24
任務(wù)六卵磷脂的制備25
一、任務(wù)目標25
二、必備基礎(chǔ)25
1.脂類藥物的分類25
2.脂類藥物的常用生產(chǎn)方法26
三、任務(wù)實施27
參考文獻28
項目二發(fā)酵工程制藥29
【項目介紹】29
【相關(guān)知識】29
一、發(fā)酵工程制藥的研究范疇29
二、發(fā)酵工程制藥的工藝特點與要求30
三、發(fā)酵工程制藥與化學制藥的比較31
四、發(fā)酵工程藥物研究開發(fā)的一般程序32
【項目思考】33
【項目實施】33
任務(wù)一青霉素的發(fā)酵生產(chǎn)33
一、任務(wù)目標33
二、必備基礎(chǔ)33
1. β-內(nèi)酰胺類抗生素的發(fā)展背景33
2. β-內(nèi)酰胺類抗生素的分類和命名33
3. β內(nèi)酰胺類抗生素的性質(zhì)34
4.萃取與結(jié)晶實驗技術(shù)34
三、任務(wù)實施37
任務(wù)二紅霉素的發(fā)酵生產(chǎn)41
一、任務(wù)目標41
二、必備基礎(chǔ)41
1.大環(huán)內(nèi)酯類抗生素的結(jié)構(gòu)、分類及藥理作用41
2.離子交換法和大孔樹脂吸附法42
三、任務(wù)實施44
任務(wù)三金霉素的發(fā)酵生產(chǎn)47
一、任務(wù)目標47
二、必備基礎(chǔ)48
1.四環(huán)素類抗生素的活性48
2.四環(huán)素類抗生素的結(jié)構(gòu)特點48
3.發(fā)酵液的預(yù)處理48
4.沉淀提取法49
5.溶劑萃取法49
6.減少差向異構(gòu)物的方法49
三、任務(wù)實施50
任務(wù)四鏈霉素的發(fā)酵生產(chǎn)52
一、任務(wù)目標52
二、必備基礎(chǔ)52
1.氨基糖苷類抗生素的發(fā)展背景52
2.氨基糖苷類抗生素的藥理活性及性質(zhì)52
3.氨基糖苷類抗生素的分類53
4.活性炭吸附技術(shù)53
5.沉淀技術(shù)53
6.干燥技術(shù)54
三、任務(wù)實施55
任務(wù)五維生素C的發(fā)酵生產(chǎn)58
一、任務(wù)目標58
二、必備基礎(chǔ)58
1.維生素C的基本知識58
2.維生素C的功效58
3.超濾技術(shù)59
三、任務(wù)實施61
任務(wù)六谷氨酸的發(fā)酵生產(chǎn)63
一、任務(wù)目標63
二、必備基礎(chǔ)63
1.氨基酸的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及應(yīng)用63
2.氨基酸在食物營養(yǎng)等方面的作用64
3.等電點沉淀法64
三、任務(wù)實施65
參考文獻66
項目三細胞工程制藥67
【項目介紹】67
【相關(guān)知識】68
一、動物細胞工程68
二、植物細胞工程71
【項目思考】72
【項目實施】72
任務(wù)一骨髓瘤細胞SP2/0的傳代培養(yǎng)72
一、任務(wù)目標72
二、必備基礎(chǔ)72
1.動物細胞培養(yǎng)技術(shù)的重要性72
2.動物細胞的培養(yǎng)條件及營養(yǎng)需求72
3.動物細胞傳代培養(yǎng)前的準備74
4.動物細胞傳代培養(yǎng)的方法75
三、任務(wù)實施75
任務(wù)二SP2/0細胞傳代培養(yǎng)的常規(guī)檢測76
一、任務(wù)目標76
二、必備基礎(chǔ)77
1.細胞培養(yǎng)檢測的常規(guī)項目77
2.微生物污染的檢測方法77
3.預(yù)防污染79
三、任務(wù)實施79
任務(wù)三抗人血蛋白雜交瘤細胞系的建立80
一、任務(wù)目標80
二、必備基礎(chǔ)80
1.動物細胞融合的概念80
2.細胞融合技術(shù)的發(fā)展歷史80
3.雜交瘤技術(shù)制備單克隆抗體的原理81
4.雜交瘤技術(shù)制備單克隆抗體的主要過程81
三、任務(wù)實施82
任務(wù)四雜交瘤陽性克隆子的保藏84
一、任務(wù)目標84
二、必備基礎(chǔ)84
1.動物細胞的凍存84
2.細胞的復(fù)蘇84
3.細胞活性檢查85
4.細胞計數(shù)85
三、任務(wù)實施85
任務(wù)五雜交瘤陽性克隆子的微載體培養(yǎng)86
一、任務(wù)目標86
二、必備基礎(chǔ)86
1.動物細胞大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)86
2.動物細胞大規(guī)模培養(yǎng)的方法86
3.動物細胞生物反應(yīng)器88
4.動物細胞培養(yǎng)的操作方式88
5.動物細胞大規(guī)模培養(yǎng)的應(yīng)用88
三、任務(wù)實施88
任務(wù)六西洋參植物細胞的培養(yǎng)90
一、任務(wù)目標90
二、必備基礎(chǔ)90
1.植物細胞培養(yǎng)技術(shù)的重要性90
2.植物細胞培養(yǎng)條件及營養(yǎng)需求90
3.植物細胞培養(yǎng)前準備91
4.植物細胞培養(yǎng)技術(shù)91
三、任務(wù)實施92
參考文獻94
項目四酶工程制藥95
【項目介紹】95
【相關(guān)知識】96
一、酶的基本知識96
二、酶工程的基本知識98
三、藥用酶的生產(chǎn)方法98
【項目思考】100
【項目實施】100
任務(wù)一胃蛋白酶的制備及酶活力測定100
一、任務(wù)目標100
二、必備基礎(chǔ)100
1.胃蛋白酶的組成、性質(zhì)與保存100
2.酶活力測定方法101
三、任務(wù)實施101
任務(wù)二門冬酰胺酶的制備及酶活力測定102
一、任務(wù)目標102
二、必備基礎(chǔ)103
1.門冬酰胺酶的性質(zhì)與用途103
2.酶的微生物發(fā)酵生產(chǎn)103
三、任務(wù)實施105
任務(wù)三糖化酶的制備及酶活力測定106
一、任務(wù)目標106
二、必備基礎(chǔ)106
1.糖化酶的特性106
2.糖化酶的產(chǎn)品規(guī)格106
3.糖化酶的使用方法和參考用量106
4.使用糖化酶的優(yōu)點107
5.糖化酶使用注意事項107
6.糖化酶的運輸與貯存107
三、任務(wù)實施107
任務(wù)四糖化酶的固定化109
一、任務(wù)目標109
二、必備基礎(chǔ)109
1.固定化酶的概念109
2.固定化酶的實驗技術(shù)110
3.固定化酶的應(yīng)用114
4.固定化酶的研究前景115
三、任務(wù)實施115
任務(wù)五中性蛋白酶的固定化117
一、任務(wù)目標117
二、必備基礎(chǔ)117
1.蛋白酶的基礎(chǔ)知識117
2.中性蛋白酶的基礎(chǔ)知識117
3.蛋白酶固定化常用的材
料——海藻酸鈉118
三、任務(wù)實施120
任務(wù)六胰蛋白酶親和色譜122
一、任務(wù)目標122
二、必備基礎(chǔ)122
1.親和色譜技術(shù)122
2.其他分離技術(shù)123
三、任務(wù)實施127
參考文獻128
項目五基因工程制藥130
【項目介紹】130
【相關(guān)知識】130
一、基因工程技術(shù)的優(yōu)勢130
二、基因工程制藥的發(fā)展史131
三、基因工程制藥的特點133
四、基因工程藥物的種類133
五、基因工程技術(shù)中的基本概念134
六、基因工程藥物生產(chǎn)的基本過程136
七、基因工程制藥實用技術(shù)137
【項目思考】139
【項目實施】140
任務(wù)一葡激酶的制備140
一、任務(wù)目標140
二、必備基礎(chǔ)140
1.葡激酶的基本知識140
2.目的基因的獲得140
3.重組體的構(gòu)成、導(dǎo)入和篩選141
4. DNA重組體轉(zhuǎn)入宿主菌142
5.重組子的篩選與鑒定142
6.重組體在宿主細胞中的表達、調(diào)控及檢測142
三、任務(wù)實施143
任務(wù)二γ干擾素的制備150
一、任務(wù)目標150
二、必備基礎(chǔ)150
1.干擾素的基本知識150
2.真核細胞中目標基因的提取150
3. RT-PCR技術(shù)150
4. T質(zhì)粒載體151
三、任務(wù)實施152
任務(wù)三重組人血管內(nèi)皮生長因子165的制備157
一、任務(wù)目標157
二、必備基礎(chǔ)157
1.生長因子的基本知識157
2.畢赤酵母表達系統(tǒng)157
三、任務(wù)實施158
任務(wù)四胰島素的制備160
一、任務(wù)目標160
二、必備基礎(chǔ)160
胰島素的基本知識160
三、任務(wù)實施161
任務(wù)五人血白蛋白的制備162
一、任務(wù)目標162
二、必備基礎(chǔ)162
三、任務(wù)實施162
任務(wù)六卡介苗重組疫苗的制備163
一、任務(wù)目標163
二、必備基礎(chǔ)163
1.病毒載體的基本知識163
2.疫苗的基本知識163
3.重組卡介苗的基本知識164
三、任務(wù)實施165
參考文獻166