导论(生物化学)

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1、生物技术 生物技术的发展历程 （一）原始生物技术以非纯种微生物 自然发酵工艺为标志。 （二）近代生物技术以纯种微生物发 酵工业出现为标志。 （三）现代生物技术以基因工程诞生 为标志。 近代生物技术 l1857年，Pasteur L发现发酵过程是由微 生物作用的结果 l1860年，Pasteur L单一霉菌纯粹培养技 术 l1878年，啤酒酵母单一培养技术 l1881年，细菌的纯粹培养技术 l1929年，抗生素盘尼西林的发现 l1946年，用细菌生产出氨基酸 近代生物技术 l1952年，用微生物转化荷尔蒙获得成功 l1953年，Watson和Crick提出了DNA双螺 旋结构 l1957年，从大

2、肠杆菌中发现DNA聚合酶I l1967年，第一次发现DNA连接酶 l1970 年，发现逆转录现象。克利克提出 完整的中心法则。 DNA双螺旋模型的提出 l詹姆士 沃森(1928-) 美国生 物学家 l弗朗西斯 克里克(1916- 2004) 英国生物物理学家 l1953年沃森、克里克在英国 生物学家莫里斯 威尔金斯和罗 莎琳德 富兰克林(女)等人研究 成果的基础上，首先提出了DNA 的双螺旋结构模型，于1962年 获诺贝尔奖。 现代生物技术 l1970年，Smith，Wilcox和Kelley分离出 第一种限制性核酸内切酶 l1972年，获得第一个重组DNA分子 l1973年，完成第一例细菌基

3、因克隆 标志基因工程的诞生 l1981年，获得转基因小鼠 现代生物技术 l1985年，Kary B.Mullis发明多聚酶链反 应(PCR)技术。 l1996年7月5日，第一个用成年体细胞克 隆产生的哺乳动物绵羊多莉诞生 l1997年，Gordon等人在转基因小鼠乳汁 中得到人组织型纤维蛋白溶酶原激活因子 （tPA） l2000年6月26日公布人类基因组工作草图 什么是生物工程 生物工程是生物技术的总称，是对生命 有机体在分子水平、细胞水平、组织水平 、个体水平进行不同层次的创造性设计和 改造，使之能定向组建具有特定性状的新 物种或新品系，从而造福人类的现代应用 技术. 生物工程的四大体系 l

4、基因工程 l细胞工程 l酶工程 l发酵工程 基因工程 l定义 将不同生物的外源DNA(基因）插入到载 体分子上，形成“杂种”DNA分子，导入 受体细胞中扩增和表达 . 基因工程操作的工 具 q将目的基因片断从受体细胞内提取， 需要基因的剪刀限制性核酸内切酶。 q将目的基因与质粒DNA连接， 需要基因的针线DNA连接酶。 q将目的基因运入大肠杆菌， 需要基因的运输工具运载体。 生物工程中最重要的工具酶，主 要从原核生物中提取；它能识别 双链DNA分子中的特异性核苷酸序 列，使它在特定的位点水解. 限制性内切酶 G A A T T C C T T A A G 并做如下切割： 5 N N N N G

5、 A A T T C N N N 3 3 N N N N C T T A A G N N N 5 限制性内切酶 5 N N N N G A A T T C N N N 3 3 N N N N C T T A A G N N N 5 EcoR I识别序列： 携带外源基因进入受体细胞的工具 包括：质粒载体 噬菌体载体 复合载体 病毒载体 载 体 质粒是能自主复制的质粒是能自主复制的双链环状双链环状DNADNA分子分子 质粒质粒 质 粒 标记基因，便于进行检测标记基因，便于进行检测 一种细菌病毒，可作为克隆载体 优点：可以在体外包装产生感染性 很高的噬菌体颗粒 噬菌体载体 复合载体 l科斯质粒是一种

6、人工构建的含有噬菌体 粘性末端和质粒复制子的杂种质粒，由 DNA cos区约20到几百个碱基片段与质粒 重组构造而成。（体外包装只识别粘性末 端附近的一小段顺序，35-53kb） 病毒载体 病毒载体是一类真核载体，能把基 因引入到真核细胞中，并在其中被表达， 因此是研究真核细胞表达及调控的有力工 具；如：腺病毒、乳头瘤病毒、疱疹病毒 等. 步骤二 DNA片段 和载体DNA 在体外连接 基因工程的基本过程 步骤一 获得 DNA片段，取 得目的基因 转化 转染 转导 显微注射 基因工程的基本过程 步骤三 将重组的DNA引入宿主细胞 从大量携带重组体DNA的宿主细胞中 分离出携带目的基因的细胞 基因

7、工程的基本过程 步骤四 选择、筛选 基因工程的基本过程 硝酸纤维 薄膜 与探针 杂交 薄膜 放射 自显影 胶片 选择 克隆 核酸杂交法 看新基因能否在新细胞中“定居”下 来，能否复制自己稳定传代，能不能 产生表达作用，指导蛋白的合成. 基因工程的基本过程 步骤五 培养、观察 基因工程的基本过程 抽取DNA 切下鼠DNA 切开质粒 DNA 将质粒导入宿主细胞 混合、连接 重 组 DNA 技 术 基因工程的基本过程 培养基中加抗生素 培养 裂解细胞释放DNA 分子 杂交 分离扩增目的克隆 重 组 DNA 技 术 转基因动物 l1981年 第一次成功地将外源基因导入动物胚胎，创 立了转基因的动物。

8、l1982年 获得转基因小鼠 改造生物，创造对人类有用的 新品系、新物种 转基因植物 发光树 细胞工程 l定义 将一种生物细胞中携带全套遗传信息的 基因或染色体全部转入另一种生物细胞 ，从而改变细胞的遗传性，改造生物的 性状和功能。 它包括细胞融合、细胞器移植、染 色体工程、细胞和组培技术等. 通过生物学、化学或物理学的方法，使两 个不同种类的体细胞融合在一起，从而产 生具有两个亲本遗传性状的新细胞。 体细胞杂交/细胞融合技术 细胞融合 促融因素 一、病毒诱导融合 二、聚乙二醇（PEG）诱导融合 三、电场诱导融合 单克隆抗体技术 骨髓瘤细胞与免疫淋巴细胞融合制备 杂种细胞的过程称为杂交瘤技术。

9、这种杂 种细胞称为淋巴细胞杂交瘤。融合后的细 胞混合物经分离、筛选和培养可得到仅分 泌单一抗体的杂交瘤细胞集群，也克隆系 。由一个淋巴细胞杂交瘤克隆系产生的抗 体成为单克隆抗体（McAb） 。 单 克 隆 抗 体 技 术 单克隆抗体的基本特性 l单克隆抗体的基本特性是： 1、McAb为高纯度单一抗体，检测灵敏度 极高； 2、可在分子水平上解析存在于病毒表面的 抗原或受体； 组 织 培 养 叶肉组织愈伤组织新植株 酶 工 程 l定义 利用酶的特异催化功能，将一种 物质转化为另一种物质的技术. 酶分子的改造与修饰酶分子的改造与修饰 通过这种改造来改变酶的物化性质及其通过这种改造来改变酶的物化性质及

10、其 生物活性，甚至赋予新的功能，提高其生物活性，甚至赋予新的功能，提高其 在不良环境中的稳定性，扩大酶的应用在不良环境中的稳定性，扩大酶的应用 范围。范围。 酶抑制剂的开发研究酶抑制剂的开发研究 所谓酶抑制剂是指能引起酶分子活力下所谓酶抑制剂是指能引起酶分子活力下 降甚至完全丧失的物质降甚至完全丧失的物质. . 酶工程研究的两个方面 酶固定化方法1 l分类： 1、载体结合法：它是将酶结合于水不溶性载体 的一种固定化方法。根据结合的形式不同，可分 为： 物理吸附法。离子结合法。共价结合法。 2、交联法：这是多功能或双功能试剂使酶与酶 之间交联的固定化方法。常用交联剂为戊二醛。 交联法固定化的酶活

11、回收率低。 3、包埋法： 酶固定化载体 l酶固定化载体主要有以下三类： （1）吸附载体：物理吸附（活性炭），离 子吸附（DEAE-纤维素）； （2）交联载体：双功能试剂或多功能试剂 ； （3）包埋载体：琼脂，琼脂糖。 人工模拟酶 发 酵 工 程 l定义 是工程学与微生物学的结合；利用微生物 的特性，通过现代化工程技术，生产有用 物质或直接将其应用于工业化生产的一门 技术. 包括菌种选育、菌种生产、代谢产物发酵 和分离以及微生物机能的利用等. 发酵的基本过程 1、微生物分离筛选 2、发酵条件的控制 3、产品的分离纯化 二十一世纪的生物技术 l生物技术已有三个平台，即DNA重组 、细胞培养和DNA

12、芯片 l新的平台： l 第一是基因组平台 l 第二个平台是生物芯片 l 第三个平台是干细胞生物学 l 第四个平台是生物信息学 Ambri生物传感器 l一个自装配的脂双层膜（4 纳米）被硫金化学成分固定 在薄（100nm）金箔上，并用 塑料芯片包裹。此膜上排列 着离子通道（蓝色），容许 单价阳离子，如Na和K离 子通过。当加一个小电压（ 50mV）时，离子流引起了金 箔和电极之间的电流。抗体 片段（红色）与离子通道结 合后，限制了膜上的离子通 道。 生物芯片 l生物芯片：是在很小几何尺度的表面积 上，装配一种或集成多种生物活性，仅用 微量生理或生物采样，即可以同时检测和 研究不同的生物细胞、生物

13、分子和DNA的特 性，以及它们之间的相互作用，获得生命 微观活动的规律。 生物芯片的主要类型 l根据芯片上的固定的探针不同： 基因芯片(Genechip) ，又称DNA微阵列 （DNA Microarray ）：探针杂交 蛋白质芯片(生物分子芯片）：抗体抗 原 芯片实验室：高度集成化 生物芯片技术 l芯片方阵的构建：DNA片段或蛋白质顺序 排列于硅片或玻片上 l样品的制备：生物处理，分离提纯，加 标记 l生物分子反应：合适的条件，减少错配 l芯片信号检测：芯片扫描仪 生产高密度寡核苷酸基因芯片的 核心技术原位光刻合成专利 技术 研究蛋白相互作用的芯片 Protein G、p50和FRB等 三种

14、蛋白分别以点状阵 列固定到玻片上。三种 荧光标记的探针IgG（ 蓝）、 I B （绿） 、 FKBP12（红）分别以 其中的一种（A、B、C ）或三种（E）同时出 现进行探测。三种探针 分别与三种蛋白发生特 异性相互作用。D表示 无任何探针的状态。 Protein G、p50和FRB等 三种蛋白分别以点状阵 列固定到玻片上。三种 荧光标记的探针IgG（ 蓝）、 I B （绿） 、 FKBP12（红）分别以 其中的一种（A、B、C ）或三种（E）同时出 现进行探测。三种探针 分别与三种蛋白发生特 异性相互作用。D表示 无任何探针的状态。 Protein G、p50和FRB 等三种蛋白分别以点状阵

15、 列固定到玻片上。三种荧 光标记的探针IgG（蓝）、 I B （绿） 、FKBP12（红 ）分别以其中的一种（A、 B、C）或三种（E）同时出 现进行探测。三种探针分 别与三种蛋白发生特异性 相互作用。D表示无任何探 针的状态 纳米技术 纳米科学与技术，有时简称为纳米技 术，是研究结构尺寸在1至100纳米范围内 材料的性质和应用 eSpin科技公司的纳米纤维与一个花粉 孢子进行比较 人工红细胞的结构和工作示意图 分子马达 l分子马达是由生物大分子构成，利用化 学能进行机械做功的纳米系统 l线性分子马达 l旋转式分子马达 ATP酶的结构示意图 l美国康纳尔大学研制成的“纳米直升机“ 示意图 纳米传感器探针 l载激光束（蓝色）的 纳米传感器探针穿过活 细胞，以检测该细胞是 否曾置于致癌物质下 l苯并吡DNABPT lBPT单克隆抗体（ 激光325nm产生荧光）