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文檔簡介

1、2021/6/161生 物 技 術n前言n生物技術四大體系n生物技術新浪潮2021/6/162一、生物工程形成簡史w傳統(tǒng)發(fā)酵釀酒、制醬制醋技術;w1860年,巴斯德單一霉菌純粹培養(yǎng)技術;w1878年, 啤酒酵母單一培養(yǎng)技術;w1881年,細菌的純粹培養(yǎng)技術;w1929年,抗菌素盤尼西林發(fā)現(xiàn);w1946年,用細菌可以生產(chǎn)氨基酸;w1952年,用微生物轉(zhuǎn)化荷爾蒙獲得成功;前 言2021/6/163一、生物工程形成簡史w1953年,Waston、Crick提出了DNA雙螺旋結構;w1972年,美國斯坦福大學構建了第一個重組DNA分子;w1977年,在美國舊金山建立了世界上第一家遺傳工程公司。2021

2、/6/164二、生物工程定義w生物工程是生物技術的總稱,是對生命有機體在分子水平、細胞水平、組織水平、個體水平進行不同層次的創(chuàng)造性設計和改造,使之能定向組建具有特定性狀的新物種或新品系,從而造福人類的現(xiàn)代應用技術學科。w生物工程主要包括細胞工程、基因工程、酶工程、發(fā)酵工程和生化工程等。2021/6/165三、研究生物工程的意義w使人類進入了按照自己的需要人工創(chuàng)造新生物的偉大時代;w它是世界新技術革命的三大支柱之一(信息、材料、生物工程),具有相當大的潛在生產(chǎn)力。2021/6/166生物技術的四大體系w基因工程w細胞工程w酶工程w發(fā)酵工程2021/6/167一、基因工程w定義 基因工程就是從生物

3、體中把生物遺傳物質(zhì)分離出來,或人工合成一個DNA分子,用人工的方法對遺傳物質(zhì)進行搭配、組合,然后轉(zhuǎn)入某細胞內(nèi),通過改變其遺傳物質(zhì)的結構,來改變它的遺傳特性,使之定向地產(chǎn)生符合人類需要的新型生物物種、類型。2021/6/1681、用于分子生物學研究2、用于改造生物,創(chuàng)造對人類有 用的 新品系、新物種?;蚬こ逃猛?021/6/169限制性內(nèi)切酶 是生物工程中最重要的工具酶,主要從原核生物中提取,它能識別雙鏈DNA分子中的特異性核苷酸序列,使它在特定的位點水解?;蚬こ痰幕具^程2021/6/1610EcoR I 識別序列:G A A T T CC T T A A G并切割如下:5 N N N N

4、 G A A T T C N N N 33 N N N N C T T A A G N N N 5限制性內(nèi)切酶2021/6/1611Pst I 識別序列:C T G C A GG A C G T C并切割如下:5 N N N N C T G C A G N N N 33 N N N N G A C G T C N N N 5限制性內(nèi)切酶2021/6/1612 在基因工程中的運載體 包括:質(zhì)粒載體 噬菌體載體 復合載體 病毒載體載 體2021/6/1613 是細菌、酵母菌和放線菌等生物中染色體以外的雙鏈閉合環(huán)狀分子,大小為1-200Kb,能獨立于染色體外進行自我復制。它的拷貝數(shù)較多,每個細胞中可

5、含10-200個拷貝。其表型效應主要有決定抗藥性,合成抗菌素,編碼限制或修飾酶等。 質(zhì)粒載體染色體質(zhì)粒2021/6/1614 pBR322 質(zhì)粒圖譜2021/6/1615 是一種細菌病毒,可作為克隆載體。其優(yōu)點是可以在體外包裝產(chǎn)生感染性很高的噬菌體顆粒。噬菌體載體2021/6/1616噬 菌 體頭部尾部尾絲2021/6/1617噬菌體感染細菌示意圖2021/6/1618病毒載體病毒載體 這是一類真核載體,能把基因引入到 真核細胞中,并在其中被表達。因此是研 究真核細胞表達及調(diào)控的有力工具。如: 腺病毒、乳頭瘤病毒、皰疹病毒等。復合載體2021/6/16191、從生物基因組中分離得到基因組DNA

6、 酶切產(chǎn)物總RNA mRNA cDNA2、人工合成化學合成PCR(聚合酶鏈式反應)分離逆轉(zhuǎn)錄基因工程步驟一-獲得DNA片段,取得目的基因2021/6/1620基因工程步驟二-DNA片段和載體DNA在體外連接外源DNA質(zhì)粒酶切位點酶切位點酶切酶切混合DNA連接酶2021/6/1621基因工程步驟二-DNA片段和載體DNA在體外連接質(zhì)粒DNA外源DNA酶切酶切外切酶外切酶膜端轉(zhuǎn)移酶 膜端轉(zhuǎn)移酶DNA聚合酶DNA連接酶加熱并慢慢變冷2021/6/16221、轉(zhuǎn)化 某一基因型細胞從周圍介質(zhì)中吸收另一基因型細胞的DNA,而使其基因型和表型發(fā)生相應變化的現(xiàn)象。2、轉(zhuǎn)染 除去蛋白質(zhì)外殼的病毒核酸感染細胞或原

7、生質(zhì)體的過程。3、轉(zhuǎn)導 用噬菌體做載體,將一個細胞的基因傳遞給另一個細胞的過程。4、顯微注射基因工程步驟三-將重組的DNA分子引入合適的宿主細胞內(nèi)2021/6/1623 從大量攜帶重組體DNA分子的宿主細胞中分離出攜帶 目的基因的細胞?;蚬こ滩襟E四-選擇、篩選2021/6/16241、遺傳學方法 對于帶有抗藥性基因的質(zhì)粒,可通過檢測受體菌是否由敏感狀態(tài)變成抗藥狀態(tài)進行篩選。篩 選 方 法2021/6/16252、核酸雜交法篩 選 方 法硝酸纖維薄膜與探針雜交薄膜放射自顯影膠片選擇所需克隆2021/6/16263、免疫學方法用特異性抗體檢測基因產(chǎn)物從而篩選陽性克隆的方法。篩 選 方 法2021

8、/6/1627 看新基因能否在新細胞中定居下來,能否復制自己穩(wěn)定傳代,能不能產(chǎn)生表達作用,指導蛋白的合成?;蚬こ滩襟E五-培養(yǎng),觀察2021/6/1628DNA重組體的構建與克隆2021/6/1629固氮基因的應用抗卡那霉素基因的應用基因工程產(chǎn)品介紹:生長激素 人胰島素疾病診斷基因工程的成果2021/6/1630二、細胞工程w定義: 將一種生物細胞中攜帶全套遺傳信息的基因或染色體整個地轉(zhuǎn)入另一種生物細胞,從而改變細胞的遺傳性,改造生物的性狀和功能,創(chuàng)造新的生物類型。 它包括細胞融合、細胞器移植、染色體工程、細胞和組培技術等。2021/6/1631 通過生物學、化學或物理學的方法,使兩個不同種類

9、的體細胞融合在一起,從而產(chǎn)生具有兩個親本遺傳性狀的新細胞。 童魚世界上第一條沒有父母的魚: “鯽鯉核質(zhì)雜交魚”體細胞雜交/細胞融合技術2021/6/1632組織培養(yǎng)/快速無性繁殖 利用植物組織、植物細胞的全能性,進行快速無性繁殖。優(yōu)點: 1.可固定雜種優(yōu)勢 2.免除制種環(huán)節(jié) 3.對珍貴植物的引種生產(chǎn)具有特 別意義舉例:組織培養(yǎng)法再生蘭花;人工種子植物組織與細胞培養(yǎng)技術2021/6/1633組 織 培 養(yǎng)葉肉組織愈傷組織新植株2021/6/1634快速無性繁殖單個細胞營養(yǎng)培養(yǎng)基克隆植株2021/6/1635細胞育種誘導突變,篩選新品系、新品種植物組織與細胞培養(yǎng)技術誘導突變,從組織再生植株中篩選出

10、的個大、肉多、汁少的西紅柿突變體突變與突變體篩選2021/6/1636植物組織與細胞培養(yǎng)技術次生代謝產(chǎn)物生成 從培養(yǎng)的植物細胞中提取所需的代謝產(chǎn)物。優(yōu)點: 1.比栽培原料作物更易控制 最佳生產(chǎn)條件; 2.培養(yǎng)物為無菌、無蟲材料, 能保證產(chǎn)品質(zhì)量; 3. 工藝操作較為簡單,可減 少勞動費用,提高生產(chǎn)力。2021/6/1637三、酶 工 程w定義:利用酶的特異催化功能,將一種物質(zhì)轉(zhuǎn)化為另一種物質(zhì)的技術w基本步驟:將酶制劑精制成固相的酶,然后將其組裝在特殊的器件中形成生物反應器,利用這種反應器將底物轉(zhuǎn)化為人類需要的產(chǎn)品。w優(yōu)點:快速;高效;產(chǎn)品回收和提純工藝簡便。2021/6/16381、酶分子的改

11、造與修飾 通過這種改造來改變酶的物化性質(zhì)及其生物活性,甚至賦予新的功能,提高其在不良環(huán)境中的穩(wěn)定性,擴大酶的應用范圍。2、酶抑制劑的開發(fā)研究 所謂酶抑制劑是指能引起酶分子活力下降甚至完全喪失的物質(zhì)。酶工程研究的兩個方面:2021/6/1639四、發(fā) 酵 工 程w定義 是工程學與微生物學的結合。利用微生物的特性,通過現(xiàn)代化工程技術,生產(chǎn)有用物質(zhì)或直接將其應用于工業(yè)化生產(chǎn)的一門技術。 包括菌種選育、菌種生產(chǎn)、代謝產(chǎn)物發(fā)酵和分離,以及微生物機能的利用等。w優(yōu)點: 投資省;見效快;污染小。2021/6/1640w應用范圍1.微生物菌體的生產(chǎn)和利用2.微生物代謝產(chǎn)物的應用3.微生物機能的應用四、發(fā) 酵

12、工 程2021/6/1641w發(fā)酵工程的效益發(fā)酵工程的效益 1. 醫(yī)藥工業(yè)方面 2. 食品工業(yè)方面 3. 能源工業(yè)方面 4. 飼料工業(yè)方面 5. 冶金工業(yè)方面 6. 農(nóng)業(yè)方面四、發(fā) 酵 工 程2021/6/1642生物技術的新浪潮w蛋白質(zhì)工程w海洋生物工程w生物計算機w農(nóng)業(yè)生物工程w生物傳感器2021/6/1643蛋白質(zhì)工程 -第二代基因工程w以蛋白質(zhì)為對象為目的的生物工程w必須突破以下幾個難關:1、基因結構的改變2、基因的高效表達3、翻譯后的蛋白修飾4、新蛋白的提純2021/6/1644海洋生物工程w以海洋為對象,生產(chǎn)、開發(fā)人類所需的新食物、新能源、新藥物和新材料的生物工程w如:培育新品種的海鮮 生產(chǎn)海洋生物活性物質(zhì) 治理海域污染等2021/6/1645生物計算機w特點:1、能制成超高密度的線路、生物集成塊2、能制成半永久性元件3、以生物化學反應模擬人體機能進行工作,所需能量很少w目前已制成蛋白質(zhì)薄膜、DNA芯片等2021/6/1646農(nóng)業(yè)生物工程w生物工程技術在農(nóng)業(yè)革命中的應用w包括:基因工程改良; 細胞工程育種; 快速無性繁殖; 畜牧業(yè)中的生物工程技術等。2021/6/1647生物傳感器

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