第七章微生物遺傳與基因工程

第七章微生物遺傳與基因工程第一節(jié)微生物遺傳有關(guān)概念1遺傳性（inheritance）

生物的親代傳遞給其子代一套遺傳信息的特性遺傳型（genotype）

生物體所攜帶的全部基因的總稱(chēng)有關(guān)概念2表型(phenotype)

具有一定遺傳型的個(gè)體，在特定的外界環(huán)境中，通過(guò)生長(zhǎng)和發(fā)育所表現(xiàn)出來(lái)的種種形態(tài)和生理特征的總和。飾度（modification)

同型遺傳型的生物，在不同的外界條件下，會(huì)呈現(xiàn)不同的表型。變異（variation)

只有遺傳性的改變，即生物體遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)上發(fā)生的變化，才稱(chēng)為變異。在群體中，自然發(fā)生變異的機(jī)率極低，但一旦發(fā)生后，卻是穩(wěn)定的和可遺傳的。微生物不同于其他生物的生物學(xué)特性1

單細(xì)胞體制或多細(xì)胞而極少分化的體制營(yíng)養(yǎng)體多數(shù)是單倍體多數(shù)能在一定成分的培養(yǎng)基上迅速生長(zhǎng)繁殖在固體培養(yǎng)基上能從單個(gè)細(xì)胞通過(guò)無(wú)性繁殖方式形成菌體微生物不同于其他生物的生物學(xué)特性2代謝作用旺盛環(huán)境因素對(duì)于分散的細(xì)胞起均勻而直接的作用有性世代在較短時(shí)間內(nèi)完成有最簡(jiǎn)單的類(lèi)型，例如病毒

DNA

螺旋體DNA結(jié)

構(gòu)模式真核生物和原核生物就遺傳物質(zhì)上的區(qū)別1

真核生物的遺傳物質(zhì)是DNA，原核生物的遺傳物質(zhì)是DNA或RNA；

真核生物的染色體由DNA及蛋白質(zhì)構(gòu)成，原核生物的染色體是單純的DNA或RNA；真核生物和原核生物遺傳物質(zhì)上的區(qū)別2

真核生物的染色體不止一個(gè)，原核生物的染色體往往只有一個(gè)；

真核生物的許多染色體為核膜所包被，原核生物的染色體外無(wú)膜包圍。1、DNA在真核生物中的存在狀態(tài)染色體DNA就含量言，真核生物高于原核生物，高等動(dòng)物和植物又高于真核類(lèi)微生物。染色體外的DNA以細(xì)胞器內(nèi)形式存在，常呈環(huán)狀，數(shù)量只占染色體DNA的1%以下。2、DNA在原核生物中的存在狀態(tài)染色體DNA細(xì)菌和放線菌的遺傳物質(zhì)是雙鏈DNA病毒為DNA或RNA，雙鏈或單鏈，線狀或環(huán)狀染色體外DNA即為細(xì)菌質(zhì)粒軟病毒

軟病毒蛋白細(xì)菌染色體(左）和質(zhì)粒（右）質(zhì)粒存在的三種形態(tài)細(xì)菌質(zhì)粒和真核生物細(xì)胞器DNA的共同點(diǎn)1、自體復(fù)制。2、一旦消失以后，后代細(xì)胞中不再出現(xiàn)3、它們的DNA只占染色體DNA的一小部分。細(xì)菌質(zhì)粒和真核生物細(xì)胞器DNA的區(qū)別1、成分和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一般都是較小的環(huán)狀DNA分子，并不和其他物質(zhì)一起構(gòu)成一些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。2、功能更為多樣化，可一般不是必需的。3、許多細(xì)菌質(zhì)粒能通過(guò)細(xì)胞接觸而自動(dòng)地從一個(gè)細(xì)菌轉(zhuǎn)移到另一個(gè)細(xì)菌，使兩個(gè)細(xì)菌都帶有此質(zhì)粒。2、DNA的自體復(fù)制

定義：復(fù)制不是依靠細(xì)胞中酶的作用，而是指它的分子結(jié)構(gòu)的特異性由它本身所決定的。經(jīng)典實(shí)驗(yàn)：利用同位素標(biāo)記方法在大腸桿菌中進(jìn)行試驗(yàn)。密度梯度離心試驗(yàn)結(jié)果以及半保留復(fù)制模型大腸桿菌DNA復(fù)制放射自顯影試驗(yàn)細(xì)菌遺傳物質(zhì)的特性1

細(xì)菌代表大腸桿菌和其他原核生物中的基因數(shù)基本接近根據(jù)其基因組大小所估計(jì)的基因數(shù)，即這些微生物基因組DNA絕大部分用于編碼蛋白質(zhì)、RNA,用作為復(fù)制起點(diǎn)、啟動(dòng)子、終止子和一些由調(diào)節(jié)蛋白識(shí)別和結(jié)合的位點(diǎn)等信號(hào)序列。

絕大部分原核生物不含內(nèi)含子，遺傳信息是連續(xù)而不中斷的。大腸桿菌總共有2584個(gè)操縱子。操縱子中73%只含有1個(gè)基因，16.6%含2個(gè)基因，4.6%含3個(gè)基因，6%含有4或4個(gè)以上基因。如此多的操縱子與原核基因的表達(dá)大多采用轉(zhuǎn)錄調(diào)控有關(guān)，組成操縱子有極為方便的一面。

大腸桿菌中功能相關(guān)的RNA基因也串聯(lián)在一起。如構(gòu)成核糖核蛋白體的3種RNA基因轉(zhuǎn)錄在同一個(gè)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物16SrRNA-23SrRNA-5SrRNA中，三者比例為1：1：1。如它們不在同一轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中，則可造成3種RNA比例失調(diào)，影響細(xì)胞功能，或需要一個(gè)極為復(fù)雜、耗費(fèi)巨大的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來(lái)保證正常必須的1：1：1。細(xì)菌遺傳物質(zhì)的特性2大多數(shù)情況下，大腸桿菌結(jié)構(gòu)基因在基因組中是單拷貝的，但編碼rRNA的基因rrn往往是多拷貝的。反映了基因組經(jīng)濟(jì)而有效的結(jié)構(gòu)。大腸桿菌有7個(gè)rRNA操縱子，其特征都與基因組的復(fù)制方向有關(guān)即按復(fù)制方向表達(dá)。其中6個(gè)分布在DNA的雙向復(fù)制起點(diǎn)oric(83min處)附近，而不是在復(fù)制終點(diǎn)（33min）附近。復(fù)制起點(diǎn)處基因表達(dá)量幾乎是復(fù)制終點(diǎn)同樣基因的2倍，這有利于核糖體的快速組裝，便于在急需蛋白質(zhì)合成時(shí)細(xì)胞可以在短時(shí)間內(nèi)有大量的核糖體生成?；蚪M的重復(fù)序列少而短。原核生物基因組有一定數(shù)量的重復(fù)序列，但比真核生物少得多，且重復(fù)序列短，一般位4～40bp。重復(fù)程度有的為10多次，多者達(dá)上1000次。大腸桿菌K12菌株的染色體物理圖譜古菌的遺傳特性1

古細(xì)菌詹氏甲烷球菌（Methanococcusjannaschii）分離自2600m深,2.63x107Pa(260大氣壓)，94oC的海底火山口附近。此菌的基因組全序列分析表明，幾乎有一半的基因在現(xiàn)有的細(xì)菌和真菌基因數(shù)據(jù)庫(kù)中找不到同源序列，只有40%左右的基因與其他二域生物具有同源性，其中有的類(lèi)似于真細(xì)菌，有的類(lèi)似于真核生物，有的就是兩者的融合，是真細(xì)菌和真核生物特征的一種奇異結(jié)合體。古細(xì)菌基因組在結(jié)構(gòu)上類(lèi)似于細(xì)菌。胞內(nèi)16SrRNA的堿基序列既不同于真細(xì)菌的16SrRNA堿基序列，也不同于真核生物。古菌具有特殊的與細(xì)菌不同而與真核生物相類(lèi)似的基因轉(zhuǎn)錄和翻譯系統(tǒng)，此系統(tǒng)不受利福平等抗生素抑制，且RNA聚合酶由多個(gè)亞基組成，核糖體30S亞單位的形狀、tRNA結(jié)構(gòu)、蛋白質(zhì)合成的起始氨基酸，對(duì)各種抗生素的敏感性等都不同于細(xì)菌而類(lèi)似于真核生物。古菌的遺傳特性2

詹氏甲烷球菌環(huán)形染色體DNA大小為1.66x106bp,具有1682個(gè)編碼蛋白質(zhì)的ORF。功能相關(guān)的基因組成操縱子結(jié)構(gòu)，共轉(zhuǎn)錄成一個(gè)多順?lè)醋樱挥?個(gè)rRNA操縱子；有37個(gè)tRNA基因，基本上無(wú)內(nèi)含子；無(wú)核膜。但負(fù)責(zé)信息傳遞功能的基因（復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯）則類(lèi)似于真核生物，特別是轉(zhuǎn)錄起始系統(tǒng)與真核生物基本相同，而與細(xì)菌絕然不同。古細(xì)菌的RNA聚合酶在亞基組成和亞基序列上類(lèi)同于真核生物的RNA聚合酶II和III,而不同于細(xì)菌的RNA聚合酶。相應(yīng)的啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)也類(lèi)同于真核生物，TATA-box序列都位于轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游25-30核苷酸處，與細(xì)菌啟動(dòng)子的典型結(jié)構(gòu)（-10和-35）不一樣。古菌的翻譯延長(zhǎng)因子是EF-Ia和EF-2，而細(xì)菌中分別為EF-Tu和EF-G，氨酰tRNA合成酶基因，復(fù)制起始因子等均與真核生物相似。古菌另有5個(gè)組蛋白基因，其組蛋白的存在可能表明，雖然甲烷球菌基因圖譜看來(lái)酷似細(xì)菌的基因圖譜，但基因組本身在細(xì)胞內(nèi)可能實(shí)際上是按典型的真核生物方式組成真正的染色體結(jié)構(gòu)。生命三域的16SrRNA、18SrRNA的特征核苷酸序列特征核苷酸序列

序列位置

在三域的16SrRNA、18SrRNA中出現(xiàn)（%）

概率

細(xì)菌域

古菌域

真核生物域CACYYG315>9500CYAAYUNYG510>9500AAACUCAAA91010030AAACUUAAAG9100100100NUUAAUUCG960>9500YUYAAUUG960<1100100CAACCYYCR1110>9500UUCCCG1380>9500UCCCUG13800>95100CUCCUUG13900>950UACACACCG1400>990100CACACACCG140001000Y：任一嘧啶，R：任一嘌呤，N：任一嘌呤或嘧啶酵母菌的遺傳特性

酵母是單細(xì)胞真核生物，已完成全基因組測(cè)序，基因組大小13.5x106bp，分布在16個(gè)不連續(xù)的染色體中。DNA與4種主要的組蛋白(H2A，H2B，H3和H4)結(jié)合成染色質(zhì)(chromatin)的14bp核小體核心DNA，染色體DNA上有著絲粒(centromere)和端粒(telomere)，沒(méi)有明顯的操縱子結(jié)構(gòu)，有間隔區(qū)或內(nèi)含子序列。最顯著的特點(diǎn)是高度重復(fù)，如tRNA基因在每個(gè)染色體上至少4個(gè)，多則30多個(gè)，共約有250個(gè)拷貝。基因組上有許多較高同源性的DNA重復(fù)序列，這是一種進(jìn)化。即可在少數(shù)基因發(fā)生突變而失去功能時(shí)不會(huì)影響生命過(guò)程，也可適應(yīng)復(fù)雜多變的環(huán)境，豐余的基因可在不同的環(huán)境種起用多個(gè)功能相同或相似的基因產(chǎn)物，有備無(wú)患。酵母菌確實(shí)比細(xì)菌和病毒進(jìn)步而富有，而細(xì)菌和病毒似乎更聰明，能更經(jīng)濟(jì)更有效地利用遺傳資源。基因突變一、突變類(lèi)型依據(jù)表型改變分為：1、形態(tài)突變型：發(fā)生細(xì)胞形態(tài)變化或引起菌落形態(tài)改變的突變型。2、生化突變型：一類(lèi)發(fā)生代謝途徑變異但無(wú)明顯形態(tài)變化的突變型。3、致死突變型：造成個(gè)體死亡或生活力下降的突變型，后者稱(chēng)為半致死突變型。4、條件致死突變型：在某一條件下具致死效應(yīng)，而在另一條件下無(wú)致死效應(yīng)的突變型。生化突變型分類(lèi)

1、營(yíng)養(yǎng)突變型：由基因突變而引起代謝過(guò)程中某酶合成能力喪失的突變型，它們必須在培養(yǎng)基中添加相應(yīng)的營(yíng)養(yǎng)成分才能正常生長(zhǎng)。2、抗性突變型：一類(lèi)能抵抗有害理化因素的突變型。根據(jù)其抵抗對(duì)象可分為抗藥性、抗紫外線或抗噬菌體等突變類(lèi)型。3、抗原突變型：指細(xì)胞成分尤其是細(xì)胞表面成分（細(xì)胞壁、莢膜、鞭毛）的細(xì)微變異而引起抗原性變化的突變型。突變的其他分類(lèi)類(lèi)型

依遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)改變，分為：堿基置換，移碼，DNA片段的缺失和插入

依突變引起的遺傳信息的改變分為：同義突變，錯(cuò)義突變和無(wú)義突變第二節(jié)基因工程基因工程I基因工程是一種DNA的體外重組技術(shù)，是根據(jù)人們的需要，在分子水平上用人工方法取得供體DNA上的基因，在體外重組于載體DNA上，再移入原體細(xì)胞，使轉(zhuǎn)錄翻譯及復(fù)制，表達(dá)出供體基因原有的生物學(xué)特性。

基因工程II這種使DNA分子進(jìn)行重組，再在受體細(xì)胞內(nèi)無(wú)性繁殖的技術(shù)也被稱(chēng)為分子無(wú)性繁殖或分子克隆。通過(guò)基因工程改造后的菌株被稱(chēng)為“工程菌”?；蚬こ讨饕襟E①分離或合成基因；②體外重組將基因插入載體；③重組DNA導(dǎo)入受體細(xì)胞；④基因克隆和篩選重組子；⑤克隆的基因進(jìn)行鑒定或測(cè)序；⑥外源基因的表達(dá)和基因產(chǎn)物或轉(zhuǎn)基因微生物、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物、轉(zhuǎn)基因植物的獲得?；蚬こ痰幕静僮鞑襟E21、目的基因的取得2、載體的選擇3、目的基因與載體DNA的體外重組4、重組載體引入受體細(xì)胞

基因工程的操作步驟示意圖目的基因的取得1）從適當(dāng)?shù)墓w細(xì)胞的DNA中分離。2）通過(guò)逆轉(zhuǎn)錄酶的作用由mRNA合成cDNA。3）由化學(xué)方法合成特定功能的基因。一、微生物基因工程的工具酶

對(duì)DNA片段進(jìn)行操作，必須要運(yùn)用能“切短”DNA的得心應(yīng)手的工具。工具酶就是對(duì)不同來(lái)源的DNA片段進(jìn)行切割拼接組裝。在分離目的基因或切割載體時(shí)，需利用特異的限制性核酸內(nèi)切酶對(duì)DNA進(jìn)行準(zhǔn)確切割。在構(gòu)建重組DNA時(shí)，需要DNA連接酶催化，使目的DNA片段與載體DNA進(jìn)行連接。1、限制性核酸內(nèi)切酶限制性核酸內(nèi)切酶（restrictionendonuclease）或簡(jiǎn)稱(chēng)為限制性酶（restrictionenzyme）是指能識(shí)別雙鏈DNA分子的特定序列，并在識(shí)別位點(diǎn)或其附近切割DNA的一類(lèi)內(nèi)切酶。2、限制性核酸內(nèi)切酶的分類(lèi)

限制性核酸內(nèi)切酶可分成三類(lèi)：I類(lèi)酶結(jié)合于識(shí)別位點(diǎn)并隨機(jī)切割識(shí)別位點(diǎn)不遠(yuǎn)處的DNA。III類(lèi)酶在識(shí)別位點(diǎn)上切割DNA分子，然后從底物上解離。以上二類(lèi)酶兼有切割和修飾（甲基化）的作用，并依賴(lài)于ATP的存在。II類(lèi)酶由二種酶組成，一種為限制性?xún)?nèi)切核酸酶，它切割某一特異的核苷酸序列；另一種為獨(dú)立的甲基化酶，它修飾同一識(shí)別序列。至今已分離出600多種II類(lèi)酶。限制性核酸內(nèi)切酶EcoRI的作用

2、DNA連接酶將不同的DNA片段連接在一起的酶叫DNA連接酶。DNA連接酶主要來(lái)自T4噬菌體和大腸桿菌。DNA連接酶催化兩個(gè)雙鏈DNA片段相鄰的5’端磷酸與3’端羥基之間形成磷酸二酯鍵。它既能催化雙鏈DNA中單鏈切口的封閉，也能催化兩個(gè)雙鏈DNA片段進(jìn)行連接。DNA連接酶主要有兩種：一種是T4DNA連接酶，另一種是大腸桿菌DNA連接酶。T4DNA連接酶由一條多肽鏈組成，相對(duì)分子量為6800Da，通常催化粘性末端間的連接效率要比催化平末端連接效率為高。催化反應(yīng)需要Mg2+和ATP，ATP作為反應(yīng)的能量來(lái)源。T4DNA連接酶在基因工程操作中被廣泛應(yīng)用。大腸桿菌DNA連接酶的相對(duì)分子量為7500Da，連接反應(yīng)的能量來(lái)源是NAD+，此酶催化DNA連接反應(yīng)與T4DNA連接酶大致相同，但不能催化DNA分子的平端連接。體外DNA連接方法目前常用的三種：1）用T4或E.coliDNA連接酶可連接具有互補(bǔ)粘性末端的DNA片段；2）用T4DNA連接酶連接具有平末端DNA片段；3）先在DNA片段末端加上人工接頭，使其形成粘性末端，然后再進(jìn)行連接。二、微生物基因克隆載體克隆載體（cloningvector）是把一個(gè)有用的目的DNA片段通過(guò)重組DNA技術(shù)，送進(jìn)受體細(xì)胞中去進(jìn)行繁殖和表達(dá)的工具叫載體（vector）。作為克隆載體的基本要求：①

能進(jìn)行獨(dú)立自主復(fù)制；②

具有便于外源DNA的插入和限制酶作用的單一切割位點(diǎn)；③

必須具有可供選擇的遺傳標(biāo)記，例如具有對(duì)抗生素的抗性基因，便于對(duì)陽(yáng)性克隆的鑒別和篩選。基因工程中使用的載體基本上均來(lái)自微生物，主要包括6大類(lèi)：質(zhì)粒載體；λ噬菌體載體；柯斯質(zhì)粒載體；M13噬菌體載體；真核細(xì)胞的克隆載體；人工染色體等。載體的選擇I1）是一個(gè)有自我復(fù)制能力的復(fù)制子（replicon)2)能在受體細(xì)胞內(nèi)大量增殖，即有較高的復(fù)制率。3）載體上最好只有一個(gè)限制性?xún)?nèi)切核酸酶的切口，使目的基因能固定地整合到載體DNA的一定位置上。4）載體上必須有一種選擇遺傳標(biāo)記，以便及時(shí)將“工程菌”選擇出來(lái)。載體的選擇II有條件作為載體的，對(duì)原核受體細(xì)胞來(lái)說(shuō)，主要有細(xì)菌質(zhì)粒（松弛型）和λ噬菌體兩類(lèi)對(duì)真核微生物受體來(lái)說(shuō)，主要有SV4O病毒SV4O病毒是猴體內(nèi)小型環(huán)狀雙鏈DNA病毒對(duì)植物細(xì)胞受體來(lái)說(shuō)，主要是Ti質(zhì)粒第三節(jié)微生物酶學(xué)工程MicrobialEnzymologicalEngineering酶學(xué)工程酶學(xué)工程（enzymeengineering）是指從細(xì)胞和分子水平上對(duì)酶進(jìn)行改造和加工，使酶最大限度地發(fā)揮其效率的過(guò)程。

一、酶的分離純化對(duì)酶分子進(jìn)行改造和加工，首先必須對(duì)酶進(jìn)行分離純化。分離：對(duì)胞內(nèi)酶，先破碎細(xì)胞，然后用稀酸、稀堿或稀鹽溶液將酶抽提出來(lái)，對(duì)胞外酶，用離心或過(guò)濾等方法去除沉淀物。純化：這些抽提液或培養(yǎng)液經(jīng)濃縮后，用層析、離心、凝膠過(guò)濾等方法純化。由于酶很容易失活，操作時(shí)應(yīng)盡可能溫和，最好在低溫（0℃~4oC）下進(jìn)行。二、酶的分子改造由于酶是生物細(xì)胞產(chǎn)生的，因此其最適作用條件常常是常溫、中性pH范圍。但是在應(yīng)用酶時(shí)，常是在體外的各種環(huán)境中，而這些環(huán)境常會(huì)引起酶的不穩(wěn)定。即酶的產(chǎn)生條件與作用條件不一致。為此，需要對(duì)酶分子進(jìn)行改造，使其能適應(yīng)多方面的需要。對(duì)酶分子的改造一般有以下兩種方法：1、分子修飾2、生物酶工程

1、分子修飾通過(guò)對(duì)主鏈的剪接切割和側(cè)鏈的化學(xué)修飾來(lái)改造酶分子，如水解去除酶的部分非活性主鏈，利用修飾劑對(duì)酶分子上的某些側(cè)鏈基團(tuán)（盡可能選擇非必需基團(tuán)）進(jìn)行共價(jià)修飾，輔酶因子的置換等，以提高酶活力，改進(jìn)酶的穩(wěn)定性和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。

2、生物酶工程通過(guò)遺傳工程手段改造編碼酶分子的基因從而達(dá)到改變酶分子的目的?？砂ㄈ齻€(gè)方面內(nèi)容：①

用基因工程技術(shù)生產(chǎn)克隆酶－－酶的克隆是指用基因工程的方法將酶編碼基因克隆至微生物受體中，使其在微生物中高效表達(dá)，并通過(guò)發(fā)酵大量生產(chǎn)的一種技術(shù)。②

修飾酶基因——酶基因的修飾是通過(guò)定向誘變改變基因的某幾個(gè)堿基，使其編碼的酶的部分氨基酸發(fā)生變化，從而改進(jìn)酶性狀的一種技術(shù)。③

設(shè)計(jì)出新酶基因，合成自然界中從未有過(guò)的酶。三、酶與細(xì)胞的固定化

酶是一種生物催化劑，穩(wěn)定性較差，而且催化結(jié)束后難于收回。為此發(fā)展出了固定化技術(shù)。即用物理或化學(xué)方法將酶（或細(xì)胞）固定于某一限制性空間，并保持其固有的催化活性，使其活性能被反復(fù)利用的技術(shù)。尤其是對(duì)多酶反應(yīng)體系來(lái)說(shuō)，直接用固定化細(xì)胞可能更方便、更經(jīng)濟(jì)。

固定化方法1常用的制備方法有：載體結(jié)合法，交聯(lián)法和包埋法等幾大類(lèi)。載體結(jié)合法是將酶或細(xì)胞通過(guò)物理吸附、離子吸附、螯合和共價(jià)結(jié)合等方式連接到載體上的固定化技術(shù)；交鏈法是通過(guò)雙功能或多功能的交聯(lián)劑，使酶或細(xì)胞與載體間形成共價(jià)結(jié)合的一種固定化技術(shù)包埋法是通過(guò)高分子凝膠網(wǎng)格或半透膜將酶或細(xì)胞固定的技術(shù)。固定化的細(xì)胞具有明顯的特點(diǎn)：①

酶活力的穩(wěn)定性增強(qiáng)；②

酶促效率明顯升高；③

具有多步酶反應(yīng)的特點(diǎn)；④

反應(yīng)時(shí)不需添加輔助因子；⑤

細(xì)胞透性增強(qiáng)；⑥

熱穩(wěn)定性增強(qiáng)；⑦

易產(chǎn)生副反應(yīng)。

固定化方法示意圖2（1）離子結(jié)合法（2）共價(jià)結(jié)合法（3）交聯(lián)法（4）聚合物包埋法（5）微膠囊法四、生物傳感器

由于固定化酶或細(xì)胞具有穩(wěn)定性好，能重復(fù)利用的優(yōu)點(diǎn)，人們將它與化學(xué)或物理元件組裝在一起，利用其催化特性來(lái)分析樣品中的有機(jī)物質(zhì)（酶的底物）。這種由生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、電化學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)等多學(xué)科相互滲透而成長(zhǎng)起來(lái)的分析檢測(cè)裝置就是生物傳感器，它具有選擇性高、分析速度快、操作簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，能進(jìn)行連續(xù)在線分析。

將酶、細(xì)胞，甚至細(xì)胞器、組織或抗體固定于透性膜上構(gòu)成生物敏感膜。待測(cè)物質(zhì)經(jīng)擴(kuò)散作用進(jìn)入生物膜層，經(jīng)分子識(shí)別，發(fā)生特異性的生化反應(yīng)，產(chǎn)生的信號(hào)繼而被相應(yīng)的化學(xué)或物理?yè)Q能器轉(zhuǎn)換成可定量、可處理的電信號(hào)，再經(jīng)放大輸出，就可從儀表上讀取待測(cè)物的濃度。五、蛋白質(zhì)工程

通過(guò)修飾基因的