生物技術(shù)課件.ppt

1、生 物 技 術(shù),前言 生物技術(shù)四大體系 生物技術(shù)新浪潮,一、生物工程形成簡史,傳統(tǒng)發(fā)酵釀酒、制醬制醋技術(shù)； 1860年，巴斯德單一霉菌純粹培養(yǎng)技術(shù)； 1878年, 啤酒酵母單一培養(yǎng)技術(shù)； 1881年，細(xì)菌的純粹培養(yǎng)技術(shù)； 1929年，抗菌素盤尼西林發(fā)現(xiàn)； 1946年，用細(xì)菌可以生產(chǎn)氨基酸； 1952年，用微生物轉(zhuǎn)化荷爾蒙獲得成功；,前 言,一、生物工程形成簡史,1953年，Waston、Crick提出了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)； 1972年，美國斯坦福大學(xué)構(gòu)建了第一個(gè)重組DNA分子； 1977年，在美國舊金山建立了世界上第一家遺傳工程公司。,二、生物工程定義,生物工程是生物技術(shù)的總稱，是對生命有機(jī)體在

2、分子水平、細(xì)胞水平、組織水平、個(gè)體水平進(jìn)行不同層次的創(chuàng)造性設(shè)計(jì)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(yīng)用技術(shù)學(xué)科。 生物工程主要包括細(xì)胞工程、基因工程、酶工程、發(fā)酵工程和生化工程等。,三、研究生物工程的意義,使人類進(jìn)入了按照自己的需要人工創(chuàng)造新生物的偉大時(shí)代； 它是世界新技術(shù)革命的三大支柱之一（信息、材料、生物工程），具有相當(dāng)大的潛在生產(chǎn)力。,生物技術(shù)的四大體系,基因工程 細(xì)胞工程 酶工程 發(fā)酵工程,一、基因工程,定義 基因工程就是從生物體中把生物遺傳物質(zhì)分離出來，或人工合成一個(gè)DNA分子，用人工的方法對遺傳物質(zhì)進(jìn)行搭配、組合，然后轉(zhuǎn)入某細(xì)胞內(nèi)，通過改變其遺傳物

3、質(zhì)的結(jié)構(gòu)，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。,1、用于分子生物學(xué)研究 2、用于改造生物，創(chuàng)造對人類有 用的 新品系、新物種。,基因工程用途,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(shí)別雙鏈DNA分子中的特異性核苷酸序列，使它在特定的位點(diǎn)水解。,基因工程的基本過程,EcoR I 識(shí)別序列：,G A A T T C C T T A A G,并切割如下：,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,限制性內(nèi)切酶,Pst I 識(shí)別序列：,C T G C A G G

4、A C G T C,并切割如下：,5 N N N N C T G C A G N N N 3 3 N N N N G A C G T C N N N 5,限制性內(nèi)切酶,在基因工程中的運(yùn)載體 包括：質(zhì)粒載體 噬菌體載體 復(fù)合載體 病毒載體,載 體,是細(xì)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(dú)立于染色體外進(jìn)行自我復(fù)制。它的拷貝數(shù)較多，每個(gè)細(xì)胞中可含10-200個(gè)拷貝。其表型效應(yīng)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,pBR322 質(zhì)粒圖譜,是一種細(xì)菌病毒，可作為克隆載體。其優(yōu)點(diǎn)是可以在體外包裝產(chǎn)生感染性很高的噬菌體顆粒。

5、,噬菌體載體,噬 菌 體,頭部,尾部,尾絲,噬菌體感染細(xì)菌示意圖,病毒載體 這是一類真核載體，能把基因引入到 真核細(xì)胞中，并在其中被表達(dá)。因此是研 究真核細(xì)胞表達(dá)及調(diào)控的有力工具。如： 腺病毒、乳頭瘤病毒、皰疹病毒等。,復(fù)合載體,1、從生物基因組中分離得到 基因組DNA 酶切產(chǎn)物 總RNA mRNA cDNA 2、人工合成 化學(xué)合成 PCR（聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)）,分離,逆轉(zhuǎn)錄,基因工程步驟一-獲得DNA片段，取得目的基因,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(diǎn),酶切位點(diǎn),酶切,酶切,混合,DNA連接酶,基因工程步驟二-DNA片段和載體DNA在體外連接,質(zhì)粒D

6、NA,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,1、轉(zhuǎn)化 某一基因型細(xì)胞從周圍介質(zhì)中吸收另一基因型細(xì)胞的DNA，而使其基因型和表型發(fā)生相應(yīng)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(xì)胞或原生質(zhì)體的過程。 3、轉(zhuǎn)導(dǎo) 用噬菌體做載體，將一個(gè)細(xì)胞的基因傳遞給另一個(gè)細(xì)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(xì)胞內(nèi),從大量攜帶重組體DNA分子的宿主細(xì)胞中分離出攜帶 目的基因的細(xì)胞。,基因工程步驟四-選擇、篩選,1、遺傳學(xué)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(jìn)

7、行篩選。,篩 選 方 法,2、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,3、免疫學(xué)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,看新基因能否在新細(xì)胞中定居下來，能否復(fù)制自己穩(wěn)定傳代，能不能產(chǎn)生表達(dá)作用，指導(dǎo)蛋白的合成。,基因工程步驟五-培養(yǎng)，觀察,DNA重組體的構(gòu)建與克隆,固氮基因的應(yīng)用 抗卡那霉素基因的應(yīng)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,二、細(xì)胞工程,定義： 將一種生物細(xì)胞中攜帶全套遺傳信息的基因或染色體整個(gè)地轉(zhuǎn)入另一種生物細(xì)胞，從而改變細(xì)胞的遺傳性，改造生物的性狀和功能，創(chuàng)

8、造新的生物類型。 它包括細(xì)胞融合、細(xì)胞器移植、染色體工程、細(xì)胞和組培技術(shù)等。,通過生物學(xué)、化學(xué)或物理學(xué)的方法，使兩個(gè)不同種類的體細(xì)胞融合在一起，從而產(chǎn)生具有兩個(gè)親本遺傳性狀的新細(xì)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(xì)胞雜交/細(xì)胞融合技術(shù),組織培養(yǎng)/快速無性繁殖 利用植物組織、植物細(xì)胞的全能性，進(jìn)行快速無性繁殖。 優(yōu)點(diǎn)： 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(xì)胞培養(yǎng)技術(shù),組 織 培 養(yǎng),葉肉組織,愈傷組織,新植株,快速無性繁殖,單個(gè) 細(xì)胞,營養(yǎng)培養(yǎng)基,克隆植株,細(xì)胞育種 誘導(dǎo)突變，篩選

9、新品系、新品種,植物組織與細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù),誘導(dǎo)突變，從組織再生植株中篩選出的個(gè)大、肉多、汁少的西紅柿突變體,突變與突變體篩選,植物組織與細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù),次生代謝產(chǎn)物生成 從培養(yǎng)的植物細(xì)胞中提取所需的代謝產(chǎn)物。 優(yōu)點(diǎn)： 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(dòng)費(fèi)用，提高生產(chǎn)力。,三、酶 工 程,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(shù) 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(yīng)器，利用這種反應(yīng)器將底物轉(zhuǎn)化為人類需要的產(chǎn)品。 優(yōu)點(diǎn)：快速；高效；產(chǎn)品回收和提純工藝簡便

10、。,1、酶分子的改造與修飾 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(kuò)大酶的應(yīng)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(gè)方面：,四、發(fā) 酵 工 程,定義 是工程學(xué)與微生物學(xué)的結(jié)合。利用微生物的特性，通過現(xiàn)代化工程技術(shù)，生產(chǎn)有用物質(zhì)或直接將其應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)的一門技術(shù)。 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(jī)能的利用等。 優(yōu)點(diǎn)： 投資省；見效快；污染小。,應(yīng)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(yīng)用3.微生物機(jī)能的應(yīng)用,四、發(fā) 酵 工 程,發(fā)酵工程的效

11、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,生物技術(shù)的新浪潮,蛋白質(zhì)工程 海洋生物工程 生物計(jì)算機(jī) 農(nóng)業(yè)生物工程 生物傳感器,蛋白質(zhì)工程 -第二代基因工程,以蛋白質(zhì)為對象為目的的生物工程 必須突破以下幾個(gè)難關(guān)：1、基因結(jié)構(gòu)的改變2、基因的高效表達(dá)3、翻譯后的蛋白修飾4、新蛋白的提純,海洋生物工程,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 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,生物計(jì)算機(jī),特點(diǎn)：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(xué)反應(yīng)模擬人體機(jī)能進(jìn)行工作，所需能量很少 目前已制成蛋白質(zhì)薄膜、DNA芯片等,農(nóng)業(yè)生物工程,生物工程技術(shù)在農(nóng)業(yè)革命中的應(yīng)用 包括：基因工程改良； 細(xì)胞工程育