生物制药工艺学思考题及答案
更新时间:2023-10-22 06:26:01 阅读量: 综合文库 文档下载
抗生素发酵生产工艺
1. 青霉素发酵工艺的建立对抗生素工业有何意义?
青霉素是发现最早,最卓越的一种B-内酰胺类抗生素,它是抗生素工业的首要产品,青霉素是各种半合成抗生素的原料。青霉素的缺点是对酸不稳定,不能口服,排泄快,对革兰氏阴性菌无效。青霉素经过扩环后,形成头孢菌素母核,成为半合成头孢菌素的原料。 2. 如何根据青霉素生产菌特性进行发酵过程控制?
青霉素在深层培养条件下,经历7个不同的时期,每个时期有其菌体形态特性,在规定时间取样,通过显镜检查这些形态变化,用于工程控制。
第一期:分生孢子萌发,形成芽管,原生质未分化,具有小泡。 第二期:菌丝繁殖,原生质体具有嗜碱性,类脂肪小颗粒。 第三期:形成脂肪包含体,积累储蓄物,没有空洞,嗜碱性很强。
第四期:脂肪包含体形成小滴并减少,中小空泡,原生质体嗜碱性减弱,开始产生抗生素。
第五期:形成大空泡,有中性染色大颗粒,菌丝呈桶状。脂肪包含体消失,青霉素产量提高。
第六期:出现个别自溶细胞,细胞内无颗粒,仍然桶状,释放游离氨,pH上升。 第七期:菌丝完全自溶,仅有空细胞壁。一到四期为菌丝生长期,三期的菌体适宜为种子。
四到五期为生产期,生产能力最强,通过工艺措施,延长此期,获得高产。在第六期到来之前发束发酵。
3. 青霉素发酵工程的控制原理及其关键点是什么?
控制原理:发酵过程需连续流加葡萄糖,硫酸铵以及前提物质苯乙酸盐,补糖率是最关
键的控制指标,不同时期分段控制。在青霉素的生产中,及时调节各个因素减少对产量的影响,如培养基,补充碳源,氮源,无机盐流加控制,添加前体等;控制适宜的温度和ph,菌体浓度。最后要注意消沫,影响呼吸代谢。 4. 青霉素提炼工艺中采用了哪些单元操作?
青霉素不稳定,发酵液预处理、提取和精制过程要条件温和、快速,防止降解。提炼工艺包括如下单元操作:
①预处理与过滤:在于浓缩青霉素,除去大部分杂质,改变发酵液的流变学特征,便于后续的分离纯化过程。
②萃取:其原理是青霉素游离酸易溶于有机溶剂,而青霉素易溶于水。 ③脱色:萃取液中添加活性炭,除去色素,热源,过滤,除去活性炭。
④结晶:青霉素钾盐在乙酸丁酯中溶解度很小,在乙酸丁酯萃取液中加入乙酸钾-乙醇溶液,青霉素钾盐可直接结晶析出。
氨基酸发酵工艺
1. 如何对谷氨酸发酵工艺过程进行调控?
发酵过程流加铵盐、尿素、氨水等氮源,补充NH4+;生物素适量控制在2-5μg/L;pH控制在中性或微碱性;供氧充足;磷酸盐适量。 2. 氨基酸生产菌有什么特性,为什么?
L-谷氨酸发酵微生物的优良菌株多在棒状杆菌属、小短杆菌属、节杆菌属和短杆菌属中。具有下述共同特性:①细胞形态为短杆至棒状;②无鞭毛,不运动;③不形成芽孢;④革兰氏阳性;⑤生物素缺陷型;⑥三羧酸循环、戊糖磷酸途径突变;⑦在通气培养条件下产生大量L-谷氨酸。
3. 生物素在谷氨酸发酵过程中的作用是什么?
生物素是不饱和脂肪酸合成过程中所需的乙酰CoA的辅酶。生物素缺陷型菌种因不能合成生物素,从而抑制了不饱和脂肪酸的合成。而不饱和脂肪酸是磷脂的组成成分之一。因此,磷脂的合成量也相应减少,这就会导致细胞膜结构不完整,提高细胞膜对谷氨酸的通透性,解除其对谷氨酸脱氢酶的抑制,源源不断生产谷氨酸。
维生素发酵生产工艺
1. 比较分析现行维生素C的两种生产工艺过程及本质区别,有什么优势?
现行的维生素c生产工艺过程有:莱氏化学合成法和两步发酵法。
莱氏化学合成法:D-葡萄糖为原料,进过催化氢化生成D-山梨醇,然后生物氧化转变为L-山梨糖,酸性液中丙酮化,对α-β-二仲醇进行保护。L-山梨糖高锰酸钾在碱性溶液中氧化为二丙酮-2-酮-L-古龙酸,除去丙酮,内酯化和烯醇化得到L-抗坏血酸。整个合成过程必须保持第4位碳原子的构型不变。
两部发酵法:①催化氢化:催化氢化D-葡萄糖,控制压力,在氢做还原剂、镍做催化剂的条件下,将醛基还原成醇基,从而制备D-山梨醇。②第一部发酵:D-山梨醇C2位羟基氧化为羰基,其他基团不变,微生物转化得L-山梨糖。③第二部发酵:L-山梨糖到2-酮基-L-古龙酸需要将C1位醇基氧化为羧基,保持其他基团不发生变化。
其中两步发酵法更具有优势。原因如下:①以生物氧化代替化学氧化简化了生产工艺。②省略了丙酮化反应步骤,节省了丙酮、硫酸等大量化工原料和其防爆设备,节约了成本,有利于安全生产。③三废和污染较小。④提高了生产能力。 2.维生素C的生产工艺中,手性中心是如何实现的?
维生素C分子中含有两个手性碳原子,故有四个光学异构体。其中L(+)-抗坏血酸括性最高,D(-)-异抗坏血酸活性仅为其20%,工业上将其作为食品抗氧剂。D(-)-抗坏血酸和L(+)-异抗坏血酸几乎无活性。
3. 在未来,一步发酵能取代两部发酵,成为维生素生产的主流工艺吗,为什么?
一步法发酵对工业菌株的山梨醇/糖旁路代谢途径进行敲除。与原始菌株比较,发现单菌发酵24h后,培养基中剩余的山梨醇糖含量基本保持恒定,NSR缺失株相对于原始菌株残糖量提高了85.9%。
基因工程制药工艺
1. 工程菌与宿主菌对培养基要求有何不同,为什么?
碳源:大肠杆菌以蛋白胨等蛋白质的降解物作为碳源;酵母利用葡萄糖、半乳糖等单糖类物质为碳源。
氮源:不同工程菌对氮源利用能力差异大,具有很高的选择性。大肠杆菌利用酵母粉等大分子有机氮源;酵母利用氨基酸为氮源。
选择剂:基因工程大肠杆菌含有抗生素抗性基因,抗生素作为选择剂;基因工程酵母菌常用氨基酸营养缺陷型。
2. 影响工程菌培养工艺的主要参数是什么?如何优化控制?
温度:生长与生产温度不一致。较高温度表达量大,易形成包涵体。策略:较低温度下有利于表达可溶性蛋白质。对于热敏感的蛋白质,高温会降解破坏。策略:生产期可采用先高温,然后低温,变温表达,避免蛋白质降解。
pH:了解发酵过程中各个阶段的适宜pH以后,进一步设法控制pH在合适的范围内。 分阶段控制pH:根据试验结果来确定生长最适pH和产物最适pH,以达到最佳生产。
溶解氧:从供应量和需要量(菌体生长、质粒稳定性、产物积累)二个方面考虑,使之需氧不超过设备的供氧能力,在临界溶解氧浓度之上。 3. 诱导物对生长和产物合成有何影响,为什么?
诱导物用来诱导表达型工程菌。在细胞生长到一定阶段,必需添加诱导物,以解除目标
基因的抑制状态,活化基因,进行转录和翻译,生成产物。适宜的诱导时间非常重要。诱导物的浓度及其发酵温度会影响表达量和产物存在形式。化学诱导型启动子:lzc、tac、T7等,诱导时间为对数生长期。温度诱导型启动子:PL、PR等,诱导时间为对数期或稍后一些。
基因工程制药工艺
1. 什么是基因工程菌,工程菌构建的基本过程和各阶段的主要任务是什么,所涉及基因工程原理是什么?
将目的基因导入细菌体内使其表达,产生所需要的蛋白的细菌称为基因工程菌。工程菌构建的基本过程如下:目标基因克隆(PCR、文库筛选、化学合成)→表达载体构建(酶切、链接)→遗传转化与筛选(外源基因导入与培养)→工程菌(获得新形状、功能、产生物质)
酶切:在特异位点上催化双链DNA分子的断裂,产生相应的限制性片段。(DNA+缓冲液+限制性内切酶;37℃,1小时;加热、加EDTA终止;电泳检查酶切完整性)
链接:DNA双链上相邻的3’羟基和5’磷酸基团共价结合形成3’-5’磷酸二酯键,使原来断开的DNA缺口重新连接起来。(载体片段和基因片段,缓冲液,连接酶;16-26℃,数小时;70℃加热10min终止反应)
转化:把外源基因导入宿主细胞的过程。(氯化钙法向大肠杆菌导入外源基因) 2. 目标基因克隆的主要方法有哪些?分析其特点及其适用范围
①PCR扩增。优点:简便快速,高效,数kb单基因克隆。缺点:DNA聚合酶活性和保真性限制。(94℃变性→55℃退火→72℃延伸→94℃变性……)
②文库筛选。优点:长片段,无碱基错误,位置序列基因克隆。缺点:繁琐,过程复杂,耗时,昂贵。
③化学合成:简便,准确,已知序列基因克隆,引物合成。缺点:受合成仪性能限制,
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