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1、生物技术 前言生物技术四大体系生物技术新浪潮 一 生物工程形成简史 传统发酵酿酒 制酱制醋技术 1860年 巴斯德单一霉菌纯粹培养技术 1878年 啤酒酵母单一培养技术 1881年 细菌的纯粹培养技术 1929年 抗菌素盘尼西林发现 1946年 用细菌可以生产氨基酸 1952年 用微生物转化荷尔蒙获得成功 前言 一 生物工程形成简史 1953年 Waston Crick提出了DNA双螺旋结构 1972年 美国斯坦福大学构建了第一个重组DNA分子 1977年 在美国旧金山建立了世界上第一家遗传工程公司 二 生物工程定义 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
2、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学科 生物工程主要包括细胞工程 基因工程 酶工程 发酵工程和生化工程等 三 研究生物工程的意义 使人类进入了按照自己的需要人工创造新生物的伟大时代 它是世界新技术革命的三大支柱之一 信息 材料 生物工程 具有相当大的潜在生产力 生物技术的四大体系 基因工程细胞工程酶工程发酵工程 一 基因工程 定义基因工程就是从生物体中把生物遗传物质分离出来 或人工合成一个DNA分子 用人工的方法对遗传物质进行搭配 组合 然后转入某细胞内 通过改变其遗传物质的结构 来改变它的遗传特性 使之定向地产生符合人类
3、需要的新型生物物种 类型 1 用于分子生物学研究2 用于改造生物 创造对人类有用的新品系 新物种 基因工程用途 限制性内切酶是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 基因工程的基本过程 EcoRI识别序列 GAATTCCTTAAG 并切割如下 5 NNNNGAATTCNNN3 3 NNNNCTTAAGNNN5 限制性内切酶 PstI识别序列 CTGCAGGACGTC 并切割如下 5 NNNNCTGCAGNNN3 3 NNNNGACGTCNNN5 限制性内切酶 在基因工程中的运载体包括 质粒载体噬菌体载体复合载体病毒载体
4、载体 是细菌 酵母菌和放线菌等生物中染色体以外的双链闭合环状分子 大小为1 200Kb 能独立于染色体外进行自我复制 它的拷贝数较多 每个细胞中可含10 200个拷贝 其表型效应主要有决定抗药性 合成抗菌素 编码限制或修饰酶等 质粒载体 染色体 质粒 pBR322质粒图谱 是一种细菌病毒 可作为克隆载体 其优点是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 噬菌体 头部 尾部 尾丝 噬菌体感染细菌示意图 病毒载体这是一类真核载体 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 复合载体 1 从生物基因组中分离得到基因
5、组DNA酶切产物总RNAmRNAcDNA2 人工合成化学合成PCR 聚合酶链式反应 分离 逆转录 基因工程步骤一 获得DNA片段 取得目的基因 基因工程步骤二 DNA片段和载体DNA在体外连接 外源DNA 质粒 酶切位点 酶切位点 酶切 酶切 混合 DNA连接酶 基因工程步骤二 DNA片段和载体DNA在体外连接 质粒DNA 外源DNA 酶切 酶切 外切酶 外切酶 膜端转移酶 膜端转移酶 DNA聚合酶 DNA连接酶 加热并慢慢变冷 1 转化某一基因型细胞从周围介质中吸收另一基因型细胞的DNA 而使其基因型和表型发生相应变化的现象 2 转染除去蛋白质外壳的病毒核酸感染细胞或原生质体的过程 3 转导
6、用噬菌体做载体 将一个细胞的基因传递给另一个细胞的过程 4 显微注射 基因工程步骤三 将重组的DNA分子引入合适的宿主细胞内 从大量携带重组体DNA分子的宿主细胞中分离出携带目的基因的细胞 基因工程步骤四 选择 筛选 1 遗传学方法对于带有抗药性基因的质粒 可通过检测受体菌是否由敏感状态变成抗药状态进行筛选 筛选方法 2 核酸杂交法 筛选方法 硝酸纤维薄膜 与探针杂交 薄膜 放射自显影 胶片 选择所需克隆 3 免疫学方法用特异性抗体检测基因产物从而筛选阳性克隆的方法 筛选方法 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 基因工程步骤五 培养 观察
7、DNA重组体的构建与克隆 固氮基因的应用抗卡那霉素基因的应用基因工程产品介绍 生长激素人胰岛素疾病诊断 基因工程的成果 二 细胞工程 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整个地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 创造新的生物类型 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 童鱼 世界上第一条没有父母的鱼 鲫鲤核质杂交鱼 体细胞杂交 细胞融合技术 组织培养 快速无性繁殖利用植物组织 植物细胞的全能性 进行快速无性繁殖 优点 1 可固定杂
8、种优势2 免除制种环节3 对珍贵植物的引种生产具有特别意义举例 组织培养法再生兰花 人工种子 植物组织与细胞培养技术 组织培养 叶肉组织 愈伤组织 新植株 快速无性繁殖 单个细胞 营养培养基 克隆植株 细胞育种诱导突变 筛选新品系 新品种 植物组织与细胞培养技术 诱导突变 从组织再生植株中筛选出的个大 肉多 汁少的西红柿突变体 突变与突变体筛选 植物组织与细胞培养技术 次生代谢产物生成从培养的植物细胞中提取所需的代谢产物 优点 1 比栽培原料作物更易控制最佳生产条件 2 培养物为无菌 无虫材料 能保证产品质量 3 工艺操作较为简单 可减少劳动费用 提高生产力 三 酶工程 定义 利用酶的特异催化
9、功能 将一种物质转化为另一种物质的技术基本步骤 将酶制剂精制成固相的酶 然后将其组装在特殊的器件中形成生物反应器 利用这种反应器将底物转化为人类需要的产品 优点 快速 高效 产品回收和提纯工艺简便 1 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 扩大酶的应用范围 2 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降甚至完全丧失的物质 酶工程研究的两个方面 四 发酵工程 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
10、离 以及微生物机能的利用等 优点 投资省 见效快 污染小 应用范围1 微生物菌体的生产和利用2 微生物代谢产物的应用3 微生物机能的应用 四 发酵工程 发酵工程的效益1 医药工业方面2 食品工业方面3 能源工业方面4 饲料工业方面5 冶金工业方面6 农业方面 四 发酵工程 生物技术的新浪潮 蛋白质工程海洋生物工程生物计算机农业生物工程生物传感器 蛋白质工程 第二代基因工程 以蛋白质为对象为目的的生物工程必须突破以下几个难关 1 基因结构的改变2 基因的高效表达3 翻译后的蛋白修饰4 新蛋白的提纯 海洋生物工程 以海洋为对象 生产 开发人类所需的新食物 新能源 新药物和新材料的生物工程如 培育新
11、品种的海鲜生产海洋生物活性物质治理海域污染等 生物计算机 特点 1 能制成超高密度的线路 生物集成块2 能制成半永久性元件3 以生物化学反应模拟人体机能进行工作 所需能量很少目前已制成蛋白质薄膜 DNA芯片等 农业生物工程 生物工程技术在农业革命中的应用包括 基因工程改良 细胞工程育种 快速无性繁殖 畜牧业中的生物工程技术等 生物传感器 是一类通过各种类型的敏感膜将生物体内的化学信息转化为电 热 光等讯号的传感检测器 第一代 由固定化酶膜和电化学器件组成的酶电极 第二代 微生物 细胞器 动植物组织 免疫等生物传感器 第三代 生物电子学传感器 将具有智能 小结 生物技术四大体系生物技术新浪潮 Theend 返回总目录
