2016生物基础（高教版）电子教案：生物技术的基本内容.doc

生物基础（高教版）电子教案 第二节 生物技术的基本内容 现代生物技术主要包括基因工程、细胞工程、酶与发酵工程、组织工程、蛋白质工程、抗体工程、干细胞技术、克隆技术、转基因技术、高通量筛选技术以及生物芯片等。但总的来说,一般分为基因工程、发酵工程、酶工程、细胞工程和蛋白质工程五个部分。 一、基因工程 1972年,Berg Jackson将猿猴病毒基因组sv40的DNA通过λ噬菌体导入大肠杆菌后获得表达,成功地完成了世界上首次DNA体外重组实验,标志着基因工程技术的开始。 1、定义：基因工程又称DNA重组技术,是在基因水平上进行的遗传操作。主要是通过有机合成,或者以mRNA为模板,利用反转录酶合成碱基因互补的DNA,按照人们的需要对DNA序列进行设计、剪接、修饰加工,再和载体DNA(质粒)连接在一起重新导入细胞,大量繁殖,生产所需要的蛋白质、激素、疫苗、酶等,培育出具有某些特殊性能的转基因动、植物新品种。 总之,基因工程的最终目的是把一个生物体中的遗传信息( DNA)转入另一个生物体,并表达出其特有的、人们需要的性状。 2、基因工程主要包括以下几个步骤： (1)提取供体生物的目的基因(外源基因),用限制性内切酶切开,将含所需性状的目的基因连接到另一DNA分子上(常用大肠杆菌),形成新的重组DNA分子。 (2)转化过程。将重组DNA分子转入受体细胞,并在受体细胞中复制保存。 (3)对受体细胞进行筛选和鉴定,以保存并复制含有目的基因的细胞,一般通过特殊培养基进行选择性培养,淘汰没有转化的细胞,筛选出那些带有目的基因的外源DNA重组质粒。 (4)对含有重组DNA的细胞进行大量培养,并检测外源基因是否表达。 基因工程的意义在于:大规模生产生物分子;设计构建新物种;搜集、分离、鉴定生物信息资源。在医学上、轻工食品上、环保上的应用,农林领域带来的是第二次农业大革命。 二、发酵工程 1、定义：发酵( fermentation)来自拉丁语“发泡”( fervere)一词,当时是指酒精发酵时产生二氧化碳的现象。 狭义的发酵是指微生物的一种呼吸类型, 广义发酵,是指利用微生物制造和生产各种目的产物的过程,包括利用好氧微生物进行的需氧发酵、利用兼行厌氧微生物进行的兼气发酵和利用厌氧微生物进行的厌氧发酵。 发酵主要应用于工业、农业、食品卫生、医学、环境保护等领域。 2、发酵工程主要包括四个方面的内容和步骤: (1)发酵原料的预处理。 (2)菌种的活化和种子扩大。 具体操作为: 种子培养 培养容器为5 ～ 10 mL试管。 一级种子培养 将种子接种到200 ～ 1 000 mL锥形瓶中,在振荡器内培养。 二级种子培养 将一级种子接种到10 ～ 100 L的种子发酵器内培养。 (3)微生物发酵和控制。 (4)发酵产物的分离提取。 对发酵液进行浓缩、纯化过程是提纯产品的过程。 三、细胞工程 1定义：细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法,通过某种工程学手段,按照人们的设计蓝图,进行细胞整体水平或细胞器水平上的遗传操作,即将具有某种特定基因和性状的细胞与异种细胞融合,形成新型细胞,使其具有两种亲本细胞的基因和特点。 2、细胞工程的主要步骤分两部分,一是上游工程,包含细胞培养、细胞遗传操作和细胞保藏三个步骤;另一部分是下游工程,是用已转化的细胞来生产生物产品的过程。 (1)细胞培养：包括单个细胞培养、组织培养和器官培养。 (2)细胞融合 (3)细胞亚结构移植 四、酶工程 1、酶工程的主要任务是通过预先设计、经人工操作而获得大量所需的酶,并使酶发挥最大的催化功能。 2、酶工程的内容主要是:酶的生产分离纯化、酶的固定化、酶及固定化酶的反应器、酶与固定化酶的应用等。 1)酶的来源 2)酶的分离纯化过程 3)酶的固定化，酶的固定化方法主要有三种: (1)载体结合法 (2)交联法 (3)包埋法 (4)酶反应器 五、蛋白质工程 1、定义：蛋白质工程主要是在明晰编码蛋白质的基因DNA碱基排列顺序或蛋白质的氨基酸序列的基础上进行的,通过定点突变技术更换蛋白质分子的某一特定氨基酸,即更换一个片段,修饰改造现在已有的酶、多肽激素、疫苗等,使之具有某些新的特性,满足人类的需要。 2、蛋白质工程一般需经过以下步骤: ①分离纯化需要改造的目的蛋白; ②对已分离纯化的蛋白进行氨基酸序列测定、 X射线晶体衍射分析、核磁共振分析等一系列测试,尽可能多地获得该蛋白的结构和功能的数据; ③通过蛋白序列设计核酸引物或探针,从cDNA文库或核基因文库中获取编码该蛋白的基因序列; ④设计改造方案; ⑤对基因序列进行改造; ⑥将经过改造的基因片段插入适当的表达载体,并通过蛋白质加以表达; ⑦分离、纯化经过改造的蛋白质,并对其进行功能检测。 1