第14章基因工程与蛋白质工程.ppt

基因工程与蛋白质工程 第一节生物工程概述 一、生物工程的概念及研究技术 二、生物工程在现代工业、农业、医学实践中的应用  一、生物工程的概念及研究技术 1 ．基因工程― 在分子水平的遗传操作技术基因工程是生物工程的主体和核心。它是指对不同生物的遗传物质（基因），在体外人工“剪切”、“组合”和“拼接”，使遗传物质重新组合，然后通过载体（微生物质粒、噬菌体、病毒），转人微生物或高等生物细胞内，进行无性繁殖(称为克隆，clone ) ，并使所需要的基因（称为目的基因）在细胞内表达，产生出人类所需要的新产品，或创建新的生物类型。基因工程卞要涉及DNA 的复制、转录和表达，是在分子水平上的一种操作技术，所以它是分子水平的生物工程。转基因动植物就是利用重组DNA 技术，将动物植物或微生物中经过鉴定和分离的特定基因，经过精心设计后转移到动植物体内，实现定向改造而获得新品种或产生新的生物功能。 一、生物工程的概念及研究技术 2 ．细胞工程― 遗传物质在细胞间的转移细胞工程（cell engineering ）是在细胞水平和亚细胞水平的生物工程。包括细胞融合、核移植、细胞大规模培养快速繁殖技术和细胞克隆技术。细胞融合是不同种类的细胞，通过生物学、化学或物理学方法，使其原生质体融合在一起，这可以克服远缘种间的不亲和性，扩大遗传重组范围，筛选杂种后代；细胞大规模培养技术，是以工业生产为目的，不受气候、季节等限制，从大量培养的细胞中获得药物和其他有用物质；组织培养快速繁殖技术，是利用动植物组织和细胞的全能性，进行快速的无性繁殖，在比天然生长发育短得多的时间内得到动植物幼苗或组织，便于工业化生产。此外，还有通过显微或超微技术，将一种细胞的细胞核或某种细胞器转移到另一种不同细胞中的核移植和细胞质移植技术，可以产生具有超级功能的新细胞。 一、生物工程的概念及研究技术 3 ．酶工程― 酶的改造与设计酶工程（enzyme engineering ）包括酶的开发与生产、酶的固定化和酶的分子改造与新酶研制等技术。在工业生产上，就是在一定的生物反应器中，利用酶的催化作用，将相应的原料转化成所需的产品。酶的固定化技术，就是将酶（或细胞）与高分子化合物相结合，成为固相，便于长期反复使用进行连续化生产。这样，既保证了酶的特异催化作用，又延长了酶的使用寿命；酶的分子改造和化学修饰技术，是通过对酶分子主链的“切割”、“剪接”和侧链基团的修饰，以改变酶的物化性质（如提高稳定性）及生物活性（如提高酶活力、解除抗原性等），或者给酶赋予新的功能，大大提高酶的实用性；此外，根据对酶结构的研究以及结构与功能关系的阐明，按照人们的要求设计新的酶，也是酶工程的重要内容及研究方向，在更高层次上扩大酶的应用范围。 一、生物工程的概念及研究技术 4 ．生化工程（发酵工程）― 生物工程产品的最终取得手段生化工程（biochemistry engineering ）包括生物反应器的设计、传感器的研制和产品的分离、精制技术。生物反应器是生物技术开发中的一个关键设备，它为微生物、活细胞或酶提供良好的环境，以使细胞增殖和产品积累。反应器系统的设计应逐步实现自动化的程序控制，具有良好的能量和反应传递性能，并适宜于细胞的大量增殖，或在产品的分离、精制中必须具有高纯度、高回收率的特点。这种反应体系如果用于微生物发酵，即是发酵工程( fermet engineering ) , 它不同于传统的发酵技术。发酵工程是将传统的发酵与DNA 重组、细胞融合等新技术相结合并加以发展的现代发酵技术，所使用的生产菌种应是通过生物工程手段选育、改造，并具有新的生物机能的所谓“工程菌”，因此，所得到的产品无论产量和质量都是传统发酵技术不能比拟的。 二、生物工程在现代工业、农业、医学实践中的应用 1 ．化工及冶金工业 2 ．轻工和食品工业 3 ．医药和医药工业 4 ．农业和畜牧业 5 ．环保和能源工业  1 ．化工及冶金工业 生物工程在化学工业方面的应用越来越广，随着生物工程技术的进步，在这方面的应用前景十分广阔。它不仅可提供大量廉价的原料和产品，而且不断出现省能耗、少污染的新工艺，甚至给整个现代化工业带来革新。 2 ．轻工和食品工业 用生物工程技术改造传统食品工业，不仅可大为提高产量，改善质量，增进效益，而且可开发新产品，改善人们的膳食结构。目前在这方面主要包括氨基酸的发酵生产、酶制剂的开发利用、新糖原的开发、酒类酿造新工艺以及新型食品添加剂的研制等。 3 ．医药和医药工业 生物工程在医学研究、疾病的诊断和治疗、药物研究和新药开发方面是最活跃的领域，进展也十分迅速。现在，完全可以做到直接从基囚人手，在活体内从RNA 、蛋白质、组织细胞以及生理或形态表型的水平上进行综合分析，了解许多疾病的发生机制。