第三章 细胞工厂.pptxVIP

资源能源与可持续发展第三章细胞工厂

01概述03现代酶工程代谢工程与合成生物02提纲目录

Part01概述

医药生物技术人类基因组学及相关科学农业生物技术动植物基因组学及相关科学工业生物技术微生物基因组学及相关科学推动推动推动拉动人口健康食品资源能源环境拉动拉动科学技术社会需求RedBiotechnologyGreenBiotechnologyWhiteBiotechnology现代生物技术的发展历程4

医药生物技术现代生物制药发展包括两个方向：“采用基因工程的加工技术来生产蛋白质”和“将基因和分子生物学领域先进技术作为研究工具”来提高常规“小分子”药品开发的效率。前一类药品仍将是未来5-10年生物技术药品市场的主流，后一类药品代表着生物技术行业的研发方向，主要指靶向性药物，包括治疗型单抗和治疗型疫苗领域。抗生素：青霉素等生物法制备的药物及其衍生药物5

农业生物技术百亩水稻高产攻关示范田，位于河北省永年区2017年10月15日，它刚刚创下一个世界纪录-平均亩产1149.02公斤。湖南衡南基地早稻高产攻关田，2021年10月，创世界纪录-早稻+晚稻实现亩产1600公斤农业生物技术是指运用基因工程、发酵工程、细胞工程、酶工程以及分子育种等生物技术，改良动植物及微生物品种生产性状、培育动植物及微生物新品种、生产生物农药、兽药与疫苗的新技术。

工业生物技术7通过细胞工厂，以微生物或酶为生物催化剂进行物质转化，大规模生产人类所需的化学品、医药、能源、材料等，是解决人类目前面临的资源、能源及环境危机的有效手段。

生物制造技术8生物化工技术工业生物技术微生物细胞工厂底盘细胞合成生物技术

产品化学品和能源植物生物量阳光过去化石资源石油路线现在和将来生物可再生资源生物路线原料和加工路线的变更9

OECD预测：至2030年，将有35%的化学品和其它工业产品来自生物制造工业39%农业36%医药25%2030年：生物技术的经济贡献与环境效益生物制造已显示出巨大潜力10OECD：OrganizationforEconomicCo-operationandDevelopment经济合作与发展组织

糖平台葡萄糖果糖木糖阿拉伯糖高分子材料平台化合物基础原料成份分离SGC2C3C5C6C4淀粉半纤维素纤维素蛋白质碳水化合物热化学平台合成气平台化合物系列生物质H2、甲烷混合醇衣康酸乙酰丙酸富马酸丁二酸天冬氨酸苹果酸柠檬酸葡萄糖酸山梨醇乳酸、甘油、丙烯酸3-羟基丙酸乙醇、乙烯微生物现代化学工业体系木质素油脂11

尼龙材料前体乙二酸乙二胺尼龙6，6(聚己二酸己二胺)细胞工厂低值生物质糖源微生物12

碳纤维材料前体低值生物质细胞工厂谷氨酸丙烯腈聚丙烯腈聚丙烯腈基碳纤维(Polyacrylonitrile-PAN)微生物13

丁二酸玉米、大麦、木材可再生资源淀粉/葡萄糖丁二酸固定CO2C6H12O6+2CO22C4H6O4利用温室气体，而且原子经济性高，相对葡萄糖理论质量收率为131%。14丁二酸又称琥珀酸：调味剂、酸味剂、缓冲剂、解毒剂、利尿剂、镇静剂、止血药、螯和剂、润滑剂、添加剂、清洗剂

Part02代谢工程与合成生物

SirAlexanderFleming(1881–1955)16细胞工厂实例：青霉菌1928年，偶然”发现亚历山大·弗莱明英国细菌学家?特异青霉菌1945年，荣获诺贝尔生理学和医学奖前言

前言17青霉素的作用青霉素是一种高效、低毒、临床应用广泛的重要抗生素

18前言青霉素的应用第二次世界大战期间：青霉素广泛应用工业生产瓶颈:产量低1939年至今:0.001g/L→50g/L

19抗生素使用的窘境前言

微生物及其生长20ProkaryotesEukaryotes原核生物与真核生物比较

21迟缓期对数生长期平缓期衰亡期批式培养生长阶段微生物及其生长

Hemocytometer22细胞计数-血球计数板微生物及其生长

23细胞质量测定-细胞干重细胞干重(DCW):细胞去除水分后的净重量，一般为湿重的20%～25%细胞湿重一般是干重的4.5倍微生物及其生长

24细胞生长测定：测定关键组分:蛋白质，核酸微生物及其生长

25细胞生长测定测定底物消耗量碳源（糖）氮源氧气测定底物的生成量二氧化碳pH值H+测定放热变化微生物及其生长

26从细胞工厂到生物化工细胞工厂的元件与构建

27中心法则：FrancisCrick1958年提出细胞工厂的元件与构建

28细胞工厂的元件与构建DNA分子结构脱氧核糖核酸三磷酸核苷酸是DNA/RNA的基本组成单位DNA合成过程中,只有α-phosphate参与磷酸双酯键的形成,β-γ-phosphate基团自动脱离

29