生物技術(shù)的概論解讀課件

1、生物技術(shù)的概論 The Secret of How Life Works生物技術(shù)的概論The Secret of 什麼是生物技術(shù)？利用生物體本身或其產(chǎn)物來製造或生產(chǎn)對(duì)人類醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)或工業(yè)有用的物質(zhì)Biotechnology（生物科技）Bioindustry（生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)）什麼是生物技術(shù)？利用生物體本身或其產(chǎn)物來製造或生產(chǎn)對(duì)人類醫(yī)學(xué)傳統(tǒng)生物技術(shù)育種（動(dòng)物/植物）演化論的基礎(chǔ)微生物利用發(fā)酵技術(shù)釀酒醬油、醋、味噌乳酪、優(yōu)格泡菜生產(chǎn)抗生素、胺基酸等生物性農(nóng)藥：蘇力菌個(gè)體與細(xì)胞層次的應(yīng)用傳統(tǒng)生物技術(shù)育種（動(dòng)物/植物）現(xiàn)代生物技術(shù)基因重組(p.9)細(xì)胞融合兩種細(xì)胞的基因可能同時(shí)表現(xiàn)生體反應(yīng)：把生物個(gè)體當(dāng)作

2、工廠酵素技術(shù)將酵素固定成固態(tài)增加酵素穩(wěn)定性延長(zhǎng)使用期限工業(yè)使用：觸媒；民生使用：酵素洗衣粉組織培養(yǎng)與細(xì)胞培養(yǎng)胚與細(xì)胞核移轉(zhuǎn)複製生物分子層次的應(yīng)用現(xiàn)代生物技術(shù)基因重組(p.9)生物技術(shù)發(fā)展史1855 Mendel豌豆實(shí)驗(yàn)古典遺傳1882 Fleming觀察到染色體1910 Morgan果蠅實(shí)驗(yàn)性聯(lián)遺傳1926 MullerX-ray可誘發(fā)突變生物技術(shù)發(fā)展史1855 Mendel豌豆實(shí)驗(yàn)古典遺傳生物技術(shù)發(fā)展史1944 Avery, MacLeod&McCarthy肺炎雙球菌（鏈球菌）證明DNA為遺傳物質(zhì)，發(fā)現(xiàn)細(xì)菌有性狀轉(zhuǎn)變(transform)的現(xiàn)象1946 Delbruck & Hershey不

3、同病毒結(jié)合能產(chǎn)生新型病毒DNA是有可能重組的生物技術(shù)發(fā)展史1944 Avery, MacLeod&McC生物技術(shù)發(fā)展史1953 Watson & Crick (Rosalind Franklin) DNA雙股螺旋結(jié)構(gòu)DNA複製機(jī)制的推論1964 Yanofsky證實(shí)DNA序列與蛋白質(zhì)之胺基酸序列的對(duì)應(yīng)關(guān)係生物技術(shù)發(fā)展史1953 Watson & Crick (Ro生物技術(shù)發(fā)展史1969 Beckwith 分離出第一個(gè)基因：細(xì)菌中負(fù)責(zé)醣類代謝的DNA片段1970 Temin & Baltimore發(fā)現(xiàn)病毒的反轉(zhuǎn)錄酶(1975 Nobel Prize)1970 Cohen & Boyer 將非洲蟾

4、蜍基因插入細(xì)菌DNA並表現(xiàn)遺傳工程的起始1978 美國Genetech公司及Duarte醫(yī)學(xué)中心選殖出人類胰島素基因1982FDA核準(zhǔn)藉由細(xì)菌製造的人類胰島素上市生物技術(shù)發(fā)展史1969 Beckwith 分離出第一個(gè)基因生物技術(shù)發(fā)展史1983 Mary-Dell Chilton第一株成功的基因轉(zhuǎn)殖作物1983 Huntington在人類第四對(duì)染色體上找到Huntingtons disease的遺傳標(biāo)誌生物技術(shù)發(fā)展史1983 Mary-Dell Chilton生物技術(shù)發(fā)展史1983 Mullis發(fā)明PCR 可大量複製DNA1984 Jefferys 發(fā)展 DNA Fingerprints的技術(shù)生

5、物技術(shù)發(fā)展史1983 Mullis發(fā)明PCR 可大量複製生物技術(shù)發(fā)展史1989-2003 人類基因體計(jì)畫人類DNA序列的解碼1990 Anderson第一次基因治療（先天免疫性疾病）1991 Mary-Claire King發(fā)現(xiàn)乳癌之致癌基因(17th chromosome)1993 Lanza複製第一個(gè)人類胚胎，引起極大爭(zhēng)議1997 Roslin複製羊生物技術(shù)發(fā)展史1989-2003 人類基因體計(jì)畫人類DNA生物技術(shù)發(fā)展史1998 Gearhart & Thomson人類胚胎幹細(xì)胞2007 日美團(tuán)隊(duì)同時(shí)研發(fā)皮膚細(xì)胞培養(yǎng)幹細(xì)胞Cell, Nov. 20Induction of Pluripot

6、ent Stem Cells from Adult Human Fibroblasts by Defined FactorsKazutoshi Takahashi, Koji Tanabe, Mari Ohnuki, Megumi Narita, Tomoko Ichisaka, Kiichiro Tomoda,and Shinya YamanakaScience online, Nov.20Induced Pluripotent Stem Cell Lines Derived from Human Somatic CellsJunying Yu , Maxim A. Vodyanik , K

7、im Smuga-Otto , Jessica Antosiewicz-Bourget , Jennifer L Frane , Shulan Tian , Jeff Nie , Gudrun A. Jonsdottir , Victor Ruotti , Ron Stewart , Igor I. Slukvin , James A. Thomson 生物技術(shù)發(fā)展史1998 Gearhart & Thomson幹細(xì)胞培養(yǎng)方式的新突破幹細(xì)胞培養(yǎng)方式的新突破Yamanaka:OCT3/4, SOX2, KLF4, c-MYCYu:OCT3/4, SOX2, NANOG, LIN28Yamanak

8、a:Induction of Pluripotent Stem Cells from Adult Human Fibroblasts by Defined FactorsTakahashi, Tanabe, Ohnuki, Narita, Tomoda, & YamanakaCell, Nov.20.Induction of Pluripotent Stem 生物技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)傳統(tǒng)生技重組DNA時(shí)期基因轉(zhuǎn)殖時(shí)期基因體學(xué):定序後基因體時(shí)代:蛋白質(zhì)體學(xué)，生物資訊學(xué)生物技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)傳統(tǒng)生技重組DNA時(shí)期基因轉(zhuǎn)殖時(shí)期基因體學(xué):國際水稻基因組定序計(jì)劃(International Rice Genome S

9、equencing Project, IRGSP)目標(biāo)是完成水稻全基因組之定序工作(2002)水稻為世界極為重要的糧食作物水稻的基因組總共有430MB，12對(duì)染色體，在所有作物是最小的水稻的遺傳、細(xì)胞遺傳研究已有成果，基因轉(zhuǎn)殖技術(shù)也已建立，其結(jié)果可進(jìn)一步應(yīng)用水稻和其他禾本科作物染色體之排列極為相似，水稻基因組分析之結(jié)果可應(yīng)用於其他禾本科作物。中央研究院植物基因組中心參與此計(jì)畫國際水稻基因組定序計(jì)劃(International Rice蛋白質(zhì)體學(xué) Proteomics短時(shí)間內(nèi)大規(guī)模探討眾多蛋白質(zhì)的功能又稱功能性基因體學(xué), Functional genomics基因只是四種鹼基分子的特定排列組合，

10、之所以對(duì)生物體有決定性的影響，乃是透過細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)錄(DNA mRNA)及轉(zhuǎn)譯(mRMA Protein)作用所製造出一個(gè)個(gè)功能不一的蛋白質(zhì)來執(zhí)行的蛋白質(zhì)體學(xué)的焦點(diǎn)，放在系統(tǒng)的行為表現(xiàn)，而不是單一組成的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)體學(xué) Proteomics短時(shí)間內(nèi)大規(guī)模探討眾多蛋生物資訊學(xué) Bioinformatics嚴(yán)謹(jǐn)定義應(yīng)用電腦工具貯存、採用、分析核酸和胺基酸序列數(shù)據(jù)和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù) 廣義定義:應(yīng)用電腦工具貯存、採用、分析所有的生物數(shù)據(jù)，包含文字?jǐn)?shù)據(jù)、血緣分類樹、代謝圖等 多應(yīng)用在生物學(xué)的研究、藥物的設(shè)計(jì)和醫(yī)學(xué)上。生物資訊學(xué) Bioinformatics嚴(yán)謹(jǐn)定義生物技術(shù)未來趨勢(shì)新的基因操作技術(shù)的產(chǎn)生生物晶片

11、基因工程藥物與疫苗基因轉(zhuǎn)殖動(dòng)植物食品安全？生物基因體的研究（人類、水稻、阿拉伯芥）人類重大疾病相關(guān)基因農(nóng)作物產(chǎn)量、質(zhì)量、抗蟲、抗病相關(guān)基因基因治療：癌癥生物技術(shù)未來趨勢(shì)新的基因操作技術(shù)的產(chǎn)生生物晶片生物技術(shù)的概論解讀課件生物技術(shù)的概論解讀課件組成生物體最小的單位 細(xì)胞 (cell) 原核細(xì)胞直徑大小約為0.25 微米(10-6) ：細(xì)菌 (bacteria) 則屬於原核生物真核細(xì)胞則稍大，介於1020 微米範(fàn)圍：真菌 (fungi)、植物 (plants) 和動(dòng)物 (animals)目前已知能獨(dú)立生活 最小的生命體，為黴漿菌 (Mycoplasma)，其大小只有0.3 微米。組成生物體最小的單

12、位 細(xì)胞 (cell) 原核細(xì)胞直徑生物技術(shù)的概論解讀課件生物技術(shù)的概論解讀課件探索細(xì)胞內(nèi)的奈米世界 細(xì)胞核：去氧核醣核酸 (deoxyribonucleic acid)，簡(jiǎn)稱DNA； 細(xì)胞質(zhì)：細(xì)胞結(jié)構(gòu) (cytoskeleton)、內(nèi)質(zhì)網(wǎng) (endoplasmic reticulum)、核糖體 (ribosome)、高基氏體 (Golgi apparatus)、粒線體 (mitochondrion)、微粒體 (microbody, peroxisome) 及溶小體 (lysosome) 等。探索細(xì)胞內(nèi)的奈米世界 細(xì)胞核：去氧核醣核酸 (deoxyri細(xì)胞核 具有雙層膜的胞器，細(xì)胞核是橾控整個(gè)

13、細(xì)胞的控掣站，主要攜帶遺傳物質(zhì)(DNA)，包括染色體（脫氧核糖核酸加上一些特殊的蛋白質(zhì)）、核糖核酸等，細(xì)胞核 具有雙層膜的胞器，細(xì)胞核是橾控整個(gè)細(xì)胞的控掣站染色體染色體存在細(xì)胞核內(nèi)，由DNA與蛋白質(zhì)所組成，如果我們?cè)陔娮语@微鏡下觀察，會(huì)發(fā)現(xiàn)絲狀的DNA分子，盤旋纏繞在一顆顆的染色體的組織蛋白上；只有當(dāng)細(xì)胞要進(jìn)行分裂時(shí)，細(xì)胞核內(nèi)疏鬆的染色質(zhì)，才會(huì)捲曲濃縮成棒狀的染色體。基因存在染色體上，而基因特別是指在DNA序列上，能夠表現(xiàn)出功能的部分；在人類的所有染色體上，約存在著30000個(gè)基因，而且每對(duì)染色體上，存在的基因種類及數(shù)量並不相同。有時(shí)單一個(gè)基因便能控制一種性狀的表現(xiàn)，然而，大部分的生理性狀，都

14、是由一系列相關(guān)的基因一同調(diào)控而表現(xiàn)的。染色體染色體存在細(xì)胞核內(nèi)，由DNA與蛋白質(zhì)所組成，如果我們?cè)谧罨镜倪z傳物質(zhì)俗話說種瓜得瓜，種豆得豆，這說明生物的性狀可從上一代傳到下一代，也就是遺傳現(xiàn)象，而決定這些遺傳特性的物質(zhì)是去氧核醣核酸，簡(jiǎn)稱DNA。 最基本的遺傳物質(zhì)俗話說種瓜得瓜，種豆得豆，這說明生物的性染色體與遺傳物質(zhì)1865年瑞士化學(xué)家米歇爾從病人的膿細(xì)胞中分離出核酸的成份。1879年，德國生物學(xué)家弗來明在細(xì)胞核內(nèi)發(fā)現(xiàn)了染色質(zhì)。1903年，美國細(xì)胞學(xué)家薩頓則發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞染色體的活動(dòng)方式，與孟德爾所描述的遺傳因子極為類似。因此，是否染色體就是遺傳因子呢？一般來說，生物的染色體數(shù)目總是少於性狀表現(xiàn)

15、的數(shù)目，所以科學(xué)家推測(cè)，遺傳因子應(yīng)該存在於染色體上，也就是說在一條染色體上，會(huì)帶有許多不同的遺傳因子！染色體與遺傳物質(zhì)1865年瑞士化學(xué)家米歇爾從病人的膿細(xì)胞中分DNA與遺傳物質(zhì)1909年，丹麥的植物遺傳學(xué)家約翰遜開始以基因取代遺傳因子一詞。1910年，美國遺傳學(xué)家摩根藉由果蠅的研究，終於證明了基因的確是存在染色體上。然而，其真正確立DNA是遺傳物質(zhì)的，是兩組科學(xué)家的重要貢獻(xiàn)。一位是英國生物學(xué)家格里夫茲所進(jìn)行細(xì)菌轉(zhuǎn)型實(shí)驗(yàn) 您的瀏覽器，不支援script語法，請(qǐng)按此連結(jié)細(xì)菌轉(zhuǎn)型實(shí)驗(yàn)；另外是赫希與蔡斯兩位科學(xué)家進(jìn)行的噬菌體實(shí)驗(yàn) ，他們相繼地證實(shí)了DNA才是真正的遺傳物質(zhì)，而不是蛋白質(zhì)。 DNA與遺

16、傳物質(zhì)1909年，丹麥的植物遺傳學(xué)家約翰遜開始以細(xì)菌的轉(zhuǎn)型作用(Transformation)DNA為遺傳物質(zhì)的直接證據(jù)：1928年，英國的生物學(xué)家Griffith格里夫茲，他利用兩種不同品系(Strain)的細(xì)菌來感染老鼠，並觀察受感染的老鼠之生存情形，而這個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果証明了遺傳物質(zhì)是DNA而不是蛋白質(zhì)。 細(xì)菌的轉(zhuǎn)型作用(Transformation)DNA為遺傳赫希(Hershey)與蔡斯(chase)，利用放射性同位素追蹤法，證明噬菌體的遺傳物質(zhì)亦為DNA。 赫希(Hershey)與蔡斯(chase)，利用放射性同位素生命操控機(jī)制DNA轉(zhuǎn)錄 transcription及本身的複製 rep

17、lication RNA 轉(zhuǎn)譯 translation 蛋白質(zhì) 控制生理生化現(xiàn)象不含DNA之RNA病毒，可由RNA控制。有些經(jīng)由反轉(zhuǎn)錄酶reverse transcriptase將RNA形成DNA（反轉(zhuǎn)錄病毒、B型肝炎病毒）RNA又分為傳訊者messenger RNA (mRNA)傳遞者trasfer RNA (tRNA)核糖體ribosome RNA (rRNA)生命操控機(jī)制轉(zhuǎn)錄作用轉(zhuǎn)譯作用核醣體RNA轉(zhuǎn)運(yùn)RNA蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄作用與轉(zhuǎn)譯作用轉(zhuǎn)錄作用：原核生物：細(xì)胞質(zhì)真核生物：細(xì)胞核經(jīng)過剪切才成熟轉(zhuǎn)譯作用：細(xì)胞質(zhì)中的核醣體根據(jù)mRNA指令合成勝肰核醣體：多種蛋白質(zhì)+核醣體RNA轉(zhuǎn)錄作用轉(zhuǎn)譯作用核醣

18、體RNA轉(zhuǎn)運(yùn)RNA蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄作用與轉(zhuǎn)譯作生命的最小分子：核酸核酸是以核酸為單元體所聚成的巨分子，乃細(xì)胞內(nèi)分子最巨大的功能性分子，包括DNA 及RNA ( 核醣核酸，ribonucleic acid)；其主要功能為遺傳訊息的貯存、傳遞與表現(xiàn)。透過X 射線照射原子時(shí)所產(chǎn)生的繞射去解DNA 的結(jié)構(gòu)。從這些X 射線影像推測(cè)這可能是一個(gè)旋結(jié)構(gòu)，進(jìn)而解開DNA 的化學(xué)結(jié)構(gòu)。生命的最小分子：核酸核酸是以核酸為單元體所聚成的巨分子，乃細(xì)DNA與RNA的結(jié)構(gòu)遺傳物質(zhì)：核酸(nucleic acid)核酸：DNA（去氧核醣核酸）、RNA（核醣核酸）核酸基本單位：核苷酸(nucleotide)核苷酸：鹼基(base)、五碳醣(pentose sugar)、磷酸(phosphate)DNA與RNA的結(jié)構(gòu)遺傳物質(zhì)：核酸(nucleic acid生物技術(shù)的概論解讀課件3、DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)1）定義：指DNA雙螺旋進(jìn)一步扭曲盤繞所形成的特定空間結(jié)構(gòu)。是一種比雙螺旋更高陳次次的空間構(gòu)象。2）主要形式：超螺旋結(jié)構(gòu)（正超螺旋和負(fù)超螺旋）3、DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)1）定義：指DNA雙螺旋進(jìn)一步扭曲盤繞所生物技術(shù)的概論解讀課件DNA的複