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制药工艺学8复习ppt课件 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望基因工程制药基本概念o中心法则o核酸与核苷酸o基因与DNA、RNAo氨基酸与蛋白质o转录与翻译o3与52从细胞到碱基对3中心法则D N AR N A蛋白质复制复制转录逆转录翻译调控调控遗传信息流遗传信息流调控JunZhang,PatrickRGriffin,et.al,.Nature Structural&Molecular Biology(2011)doi:10.1038/nsmb.20464中心法则5中心法则6中心法则7核苷酸的3和5端8基因到蛋白质9DNA和RNA比较组成主干的糖类分子2-脱氧核糖磷酸核糖磷酸骨架结构双股螺旋单股螺旋核苷酸数1000,0003009，000碱基种类ATCGAUCG有少部分例外五碳糖连接的组分HOH五碳糖的第二个碳原子上的DNARNA说明项目10DNA密码子与氨基酸biotech.nstm.gov.tw1121种氨基酸12氨基酸脱水成多肽13蛋白质14基因克隆的基本步骤15分光光度法确定细菌细胞生长情况16DNA浓度的测量o紫外吸收分光光度法（UVabsorbancespectrophotometry）o纯净的DNAo那么，DNA的纯度可以获得17基因克隆中的各种酶向共价闭合环状DNA中引入或消除超螺旋结构核酸酶：切开、切除或降解核酸分子的酶复制核酸分子的酶将核酸分子连接起来的酶辨认切割位点修饰酶：添加或去除化学基团的酶18限制性内切酶限制性内切酶的生物活性：（1）定位切割，形成末端（2）降解外源DNA，但不降解自身DNA，因为在自身酶切位点上进行甲基化保护19酶切结果分析：凝胶电泳琼脂/SDS-PAGE凝胶的孔道大小决定了能够分离的DNA分子大小20凝胶电泳：DNA染色观察强致癌物质21凝胶电泳：放射自显影DNA聚合酶结合至DNA上22DNA分子大小的估计错误率：5%构建标准曲线23转化：使细菌细胞获取重组DNAo自然条件下，转化转化很可能不是细胞获取遗传信息的主要方式o只有极少数种类（Bacillus和Streptococcus属的成员）能够容易地被转化o绝大多数细菌，包括大肠杆菌，正常条件下，仅能获取有限数量的DNAo要高效的转化这些细菌，必须进行物理/化学处理，以增强他们获取DNA的能力o经过处理后的细胞，叫做感受态细胞感受态细胞24感受态细胞的制备50mmol/L热休克法，原理不明只有0.01%的DNA被转入25将重组DNA分子引入活细胞26将重组DNA分子引入活细胞都含有抗性标记基因片段正常情况，占绝大部分27将重组DNA分子引入活细胞28非细菌细胞的转化将DNA引入动植物细胞的方法29非细菌细胞的转化两种将DNA分子引入细胞的物理方法30整个植株的转化31整个植株的转化32制药工艺学复习亢阳新浪微博：亢云开Email：学科概况o对象：工业生产工业生产过程中的共性规律及其应用n制备原理n工艺路线n质量控制o地位：药物产业化的桥梁与瓶颈o多学科性：n有机和生物化学：有机合成（含热力学）、发酵和细胞培养、基因工程n工程与工艺：工程放大、工艺设计、代谢工程n机械电子：设备设计与选型、仪表监测n经济学：经济核算与工艺优化34工艺研究的三个步骤o小试：n工艺路线设计与选择n反应与产物合成的动力学及其影响因素n质量控制标准与方法学o中试：n放大技术及其影响因素n工业化生产工艺研究与优化o工业生产：n工艺试验n完善生产工艺规程保证安全生产35化学制药工艺o特点：n安全性要求高n工艺路线尽量短o每步90%收率，那么：o3步：72%o5步：55%o7步：36%o分类：n全合成n半合成n化学合成和生物合成的杂合36生物技术制药工艺o以生物体或生物反应过程为基础，依赖于生物机体或细胞的生长繁殖与代谢o上游过程：获得药物。利用基因技术，细胞工程及发酵工程等进行n菌种或细胞系的选育优化n培养基优化o下游过程：产品后处理。n分离n提纯n质检和质保37生物技术制药发展o微生物发酵制药n酿酒n青霉素等抗生素n氨基酸、维生素等微生物代谢产物o酶工程制药：自然酶制剂n生物酶：用于制备手性药物，如酶拆分n生物催化转化，改造已有药物o细胞培养技术制药n人畜病毒疫苗、单克隆抗体、重组基因工程干扰素等38生物技术制药发展o基因工程技术制药n在体外通过重组DNA技术，对生物的遗传物质基因进行剪切、拼接、重新组合，与适宜的载体连接，构成完整的基因表达系统，然后导入宿主生物细胞内，与原有遗传物质整合或以质粒形式单独在细胞中繁殖，并表达活性蛋白质、多肽或核酸等药物。n也就是，通过基因工程改造微生物细胞的代谢过程，提高微生物生产抗生素、维生素、氨基酸、核酸、辅酶和甾体激素等药物的生产能力39作业o描述本书前两篇在目录上出现的概念，可以用例子佐证，让具备高中知识水平的人就能懂。一人一个，同学之间不能相同；如有必要，注明出处。可以使用下列工具：ngooglenBaidunwikipedia40反应器设计总体思路o化学反应动力学o涉及物料的物理性质o过程的质量、热量衡算o生产能力o设计：标准（国标，行业标准等）标准（国标，行业标准等）41反应器概述设计o反应器选型n根据生产工艺要求、反应及物料特性等因素n确定反应器的操作方式、结构类型、传递和流动方式等o反应器结构设计n确定各种结构参数，如o几何尺寸o内部结构o搅拌器形式、大小及转速o换热方式和换热面积42生物反应器设计o确定工艺参数及其控制方式n温度n压力npHn通气量n底物浓度n进料的浓度、流量等43反应器的分类和结构特点o根据流体流动或混合状态分类n间歇反应器（a）n连续反应器o活塞流反应器（PFR）（b）：没有返混o全混流反应器（CSTR）（c）：返混极大44反应器的分类和结构特点o理想反应器o非理想反应器n连续反应器o停留时间分布o微混合o轴向或径向扩（弥）散o反应器操作时的震荡n间歇反应器o混合时间o剪切力分布o各组分的浓度和温度分布45反应器的分类和结构特点o根据反应器结构特征及动力输入方式分类n根据反应物系特点o釜式o管式o固定床o流化床n根据动力输入方式o机械搅拌式o气流搅拌式o液体环流式46作业o查阅关于“发酵罐”和“搅拌釜”的相关资料，从发酵的角度看，二者的结构究竟有没有区别？如果有，有何区别？o描述本书前两篇在目录上出现的概念，可以用例子佐证，让具备高中知识水平的人就能懂。一人一个，同学之间不能相同；如有必要，注明出处。o试用量纲分析法推导式（21-2）该式有误！47影响中试的因素o放大效应（scale-upeffect）n因放大造成的数量和质量指标不能重复的现象，统称为放大效应n如，反应状况恶化，选择性，转化率和收率降低；产品质量不合格；甚至发生爆炸等事故o原辅料杂质n催化剂失活n环境影响生物材料或细胞的活性和稳定性o非理想化流动导致的传质和传热不均48中试放大研究方法o逐级放大法n完全依靠经验o相似放大法n经验，依靠量纲分析法减少试验次数n在物理过程的放大中非常有效o数学模型法n有明确的理论依据，可以高倍放大49工艺放大的核心o反应器放大o反应器内：“三传一反”的耦合过程o均相反应过程n扩散：宏观上的，浓度和温度分布均匀o非均相反应过程n扩散o外扩散：宏观上o内扩散：微观上o抓住过程的核心控制因素进行放大50工艺放大的核心o抓住过程的控制步骤进行放大n反应控制n外扩散控制n内扩散控制o建立控制步骤和工艺条件的关联o试验方法n冷模试验n本征动力学试验51量纲分析法o任何一个物理量都可以表示为o量纲齐次原理o正确选择相关的物理量n必需的流体力学知识n丰富的感性认识n一定的量纲分析经验52量纲分析法o瑞利法/定理1.正确选择物理量n个2.选择包含不同基本量纲的物理量，一般3-4个，他们相互独立且不能组合成一个无量纲数。3.将其余物理量作为导出量，将他们分别与基本量的幂次组成无量纲数i，共（n-3，或n-4）个4.写出这几个i组成的物理方程式，使之量纲齐次53数学模拟放大o本质：“三传一反”的数学描述及其解析n化学反应动力学模型n流体的流动模型n边界条件和初始条件o特点：n可靠性高，放大倍数大n可通过数学试验，对过程进行预测分析n模型往往复杂，建模困难，求解更难54数学模拟放大基础o实质是计算流体力学、热力学和动力学的耦合微分方程的联立求解o控制体积内的n质量、热量和动量衡算及n运动方程（Navier-Stocks方程）n耦合反应动力学方程o常用建模和求解工具nAnsysFluent，CFXnPHOENICSnStar-CD等55作业o什么是KLa放大基准中的“福田秀雄修正”？o名词解释：n连续性方程n运动方程n边界条件n初始条件56制药工艺计算o制药工艺图o质量衡算o热量衡算o工艺的经济性评价57建厂与工艺图设计制造施工安装前期准备初步设计施工图设计总工艺流程图物料流程图管线、各设备特征图设备布置图管道布置图带控制点工艺流程图仪表、阀门配置，辅助管路、蒸汽管道仪表、阀门支架、管口方向，操作平台等带控制点工艺流程图58制药工艺流程图（1）o工艺流程示意图（例：阿司匹林）原料结晶脱水干燥分离过筛包装母液产品反应蒸汽、水冷冻盐水水59制药工艺流程图（2）o工艺流程简图（例：阿司匹林）60制药工艺流程图（3）o物料流程图：标注物料衡算结果61制药工艺流程图（4）o全厂总工艺流程图（物料平衡图）n在总说明部分提供的全长总流通图n细长实线画的长方框：各车间（工段）n流程线：粗实线，主要物料n流程方向：箭头n注明：车间名称，各车间原料、成品和半成品的名称、来源和去向以及相应的平衡数据62制药工艺流程图（5）o带控制点的工艺流程图n全部工艺设备n物料管路，阀门，设备附件n显示和控制仪表的符号o绘制方法和步骤n确定图纸幅面和绘图比例n画出设备轮廓，调整好位置，清楚好看n连接管路，标注o设备编号和名称o各种阀门、仪表和物料介质63常见管件与阀门符号64仪表安装位置及标注65仪表功能和被测量代号66计算基础和准备o收率：主要产物实际产量和理论产量之比o选择性：主产物在所有产物中所占的百分率o那么有，67作业o写出图22-4上各个符号的意义o计算例22-2,22-368三废处理工艺o制药工业的清洁生产o制药企业的末端污染治理技术o废水处理工艺o废气处理工艺o废渣处理工艺o经济性和环境保护的综合平衡过程经济性和环境保护的综合平衡过程69制药工业的清洁生产o清洁生产的概念n将“整体预防”的环境战略，持续应用于产品的生产过程中，以期减少对人类和环境的风险o主要内容n清洁生产工艺n清洁产品n清洁能源70三废处理中的主要指标oCODoBODopHoSS：suspendedsolids，悬浮固体含量oTN：totalNitrogen，总氮含量oTP：totalPhosphorus，总磷含量71废水处理概要物理化学 处理中 和沉 淀混 凝萃 取氧 化还 原吸 附过 滤其 它单独使用或结合使用生物 处理活性污泥生物滤池厌气法厌气过滤其它单独使用或结合使用悬浮物或剩余溶解物的处理中和沉淀泡沫分离加压上浮氧化还原离子交换电渗析反渗透吸附过滤萃取其它单独使用或结合使用物理处理筛选沉淀上浮稀释浓缩油的分离 其它单独使用或结合使用废水澄清水泥渣污泥的处理浓缩脱水干燥焚烧单 或独 结使 合用 使 用污水送回二级处理系统回收物综 填合 土利 等用 处或 理循环使用或排放澄清水注：引自祝传书老师课件，有修改循环使用或排放72废气处理工艺o含尘废气n气固两相混合物的分离（除尘）外力（重力，惯性力，离心力等）n气相内污染物的分离o含无机污染物废气o含有机污染物废气n利用污染物的物理和化学性质，通过n冷凝、吸收，吸附，燃烧，催化等办法处理73废渣处理工艺o废渣n固体、半固体或浆状废物n来源复杂o处理原则n减量化、资源化和无害化n必须排出的，要综合利用n无法综合利用的，要无害化74作业o在“三废”处理中，物理过程通常为气-液，气-固及固-液分离，涉及到分离工程的单元操作及设备哪些？举例说明75化学制药概述o合成途径工艺路线o技术先进，经济合理企业竞争力o路线选择n经济性n清洁生产，“三废”问题o路线选择的基础工作n调研和论证药物及其结构类似物的文献资料nSciFinder,Belsteinn有机合成技术和自身经验76化学反应机理o化学反应的本质n化学键的断裂和建立o化学键的本质n价层电子间稳定的相互作用Paulingo常见有机反应的基本类型n加成n取代n消去n周环77有机反应的电子效应o诱导效应n共轭效应：涉及键或类似的稳定结构n超共轭效应：涉及键o推电子基（斥电子基）o拉电子基（吸电子基）o立体效应n又叫空间位阻效应，由于分子本身各个官能团客观上占据了一定的空间大小，常常成为反应的阻力78作业o举例说明本章出现过的56个有机人名反应。79常用溶剂的性质和分类质子性溶剂非质子性溶剂极性非极性含有易取代H原子，可与含A-的反应物由H键结合；也可与含A+的孤对电子配位结合；或与中性分子中的O、N、P等原子形成H键；也可由偶极的相互作用而产生溶剂化作用。介电常数（）15H2O，ROH，HAc，H2SO4HF-SbF3，FSO3H-SbF3CF3COOH，（HPO3）nRNH2等不含易取代H原子，主要靠偶极矩或范德华力相互作用产生溶剂化作用。2.44D15-20-O-(Et)2O,THF,;RX(CH3Cl,CH3Cl,);RO;2.44Dyzw，从Cw方向看，若xyz顺时针，则为R；否则为S88手性化合物的标记oD，L标记o，标记oR，S标记89化学法制备手性药物o化学拆分手性试剂（拆解剂）通常拆分碱性物质用酸性拆分剂（酒石酸）拆分酸性物质用碱性拆分剂（-苯基乙胺）产品较多时采用此法90作业o找出5种以上在本章中出现的化合物的手性中心91DL-苏型-1-对硝基苯基-2-氨基-1,3-丙二醇的拆分诱导结晶拆分法增加溶解度饱和水溶液晶种产品补充原料，过饱和L型析出10kgD,L-苏型92作业o非对映异构体拆分和诱导结晶法拆分的过程和原理是什么？o常见的推（斥）电子基团有哪些？常见的拉（吸）电子基团有哪些？93抗生素用于治疗细菌和各种微生物感染等疾病的药物后来产生了具有免疫、抗肿瘤等活性的抗生素。94激素通过血液循环或组织液起传递信息作用的化学物质95激素o维持代谢的平衡；o促进细胞的分裂与分化，确保各组织、器官的正常生长、发育及成熟，并影响衰老过程；o影响神经系统的发育及其活动；o促进生殖器官的发育与成熟，调节生殖过程；o与神经系统密切配合，使机体能更好地适应环境变化。96基因工程表达的蛋白药物o干扰素o胰岛素o生长激素o红细胞生成素o抗体97疫苗98生物技术制药：发酵o概述o制药微生物生长与生产的关系o制药微生物菌种的建立o制药微生物培养基制备o灭菌工艺o制药微生物发酵培养技术o发酵工艺过程的检测与控制99发酵微生物次级代谢初级代谢小分子前体如氨基酸，单糖核苷酸和多糖蛋白质、脂肪和核酸结构特殊，含有不常见的基团如氨基糖，苯醌香豆素，环氧基等营养物质具生理活性的抵抗逆境分解毒素生殖微生物的生长与代谢，生理生化过程药物粗品分离纯化药物纯品100微生物的生长菌体生长期发酵前期菌体自溶期发酵后期产物合成期发酵中期大量生成并积累初级代谢产物，由于菌体生理状况变化，初级代谢产物开始向次级代谢产物转化x0 xxdtd2x0定积分倍增时间t101菌体生长与药物生产的关系初级代谢产物如乳酸、醋酸次级代谢产物如抗生素、生物碱等产物形成微生物生长微生物量产物量102基质（营养）利用Monod方程S生物量比消耗速率消耗速率最大比生长速率max意义：培养基的利用效率最大值饱和常数Ks表示菌体对基质的亲和力，越小越好。103发酵制药基本过程104制药生产菌的选育与保藏自然分离活性测定育种保藏分离目的选择环境采集样品分离稀释法滤膜法受试病菌活性系化合物琼脂扩散色谱法靶向筛选高通量筛选等自然育种诱变育种杂交育种基因工程菌种单孢子悬液琼脂平板分离优良菌株适当稀释单菌落生产能力测试物理化学生物接合融合斜面低温保藏沙土管保藏冷冻干燥保藏液体石蜡密封保藏液氮保藏菌种库105培养基培养基水C源N源生长因子前体促进剂无机盐消泡剂单糖：葡萄糖、果糖双糖：蔗糖、乳糖、糖蜜多糖：淀粉、环糊精脂肪：豆油、棉籽油、猪油醇类：甘油、乙醇、甘露醇有机氮源：黄花豆饼，花生饼粉棉籽饼粉，玉米浆蛋白胨，酵母粉鱼粉，尿素等富含氨基酸、多肽和蛋白质无机氮源：铵盐，氨水和硝酸盐无机盐的加入可以用来调节pH值大量元素和微量元素P，S，Fe，Mg，CaMn，Cu，Zn，Co，KNa，Cl等微量有机物氨基酸、维生素核苷酸、脂肪酸等前体：能直接参与产物的生物合成组成产物分子的一部分，且自身结构没有多大变化。可以显著提高产物质量和产量，甚至还可以控制菌体代谢产物的方向。但有毒易被菌体分解。多次少量流加。促进剂：促进产物生成106培养基的设计思路o建立起始培养基o单因素试验o多因素试验o放大试验o确定最终培养基107灭菌工艺纯种发酵纯种发酵消毒杀菌灭菌方式杀死营养体，不能杀灭芽胞体99.9%清除所有微生物99.9999%清除所有生命物质99.999999%对象杀灭率培养基发酵设备局部空间通入空气化学灭菌物理灭菌辐射灭菌干热灭菌湿热灭菌过滤除菌氧化，表面紫外灭菌，表面120以上；160，2h；170，1h115121，1530min，0.1MPa蔡氏细菌过滤器，注射过滤器等108培养基灭菌高温快速灭菌109发酵培养的操作方式o分批式操作n间歇式操作，或叫不连续操作o流加式操作n补料-分批式操作o半连续操作n反复分批式操作或换液培养o连续式操作110流加式发酵培养111发酵过程主要控制参数与检测参数物理参数化学参数生物学参数温度罐压搅拌速率输入功率通气量黏度流加速度pH基质浓度溶解氧氧化还原电位尾压产物浓度菌丝形态菌丝浓度112发酵过程主要控制参数与检测o温度控制o浓度：菌体浓度，基质浓度，溶解氧浓度，CO2浓度opH值控制o补料与放料o泡沫113路漫漫其修远兮114