高三生物细胞工程简介.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,考纲解读:,1、一般都在生物膜的概念、组织培养的过程、细胞融合的方法等采点设立选项，考的层次在识记水平比较容易，但也有用综合知识做设问选项的。,2、可能在一个小考点中将几项知识揉在一起，如单克隆问题中将细胞杂交、膜的化学处理、体外培养等合在一起，也可将本考点与相关的新陈代谢、调节等知识结合在一起，重在考分析能力，有一定的难度。,细胞工程,细胞工程,概念,植物细胞工程,植物组织培,幻灯片 11,养,植物体细胞杂交,理论基础,技术手段,动物细胞工程,技术手段,动物细胞培养,动物细胞融合,单克隆抗体,细胞核移植,胚胎移植等,概念,：细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的方法，通过某种工程学手段，在细胞整体水平或细胞器水平上，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合技术科学。,应用的原理和方法,研究的水平,研究的目的,细胞工程概念和类型,细胞工程的应用,、单克隆抗体,将免疫淋巴与骨髓瘤细胞融合在一起，形成杂交瘤细胞。这种细胞既能够像肿瘤细胞那样长期进行无性繁殖，又能像淋巴细胞那样分泌抗体。而且由于这种抗体可以是由单一的无性繁殖细胞系的细胞产生的，故又可以称单克隆抗体。,单克隆抗体制备过程,注射抗原,B淋巴细胞,骨髓瘤细胞,细胞融合、筛选,杂交瘤细胞,细胞培养,筛选，继续培养,足够数量的、能产生特定抗体的细胞群,体外培养,注射到小鼠腹腔,单克隆抗体,诱导其融合的方法有哪些？,两次筛选分别有什么目的？,单克隆过程,、植物组织培养,是指将植物的器官、组织或细胞从植物体上取出，在一定的容器里供给适当的营养物质，使它们得到分化、发育和生长的培养技术。,该技术的基本原理是植物细胞的全能性。现已得到广泛的应用。如繁殖名贵优良的农作物品种，培养脱毒苗等。,细胞的全能性,概念,原因,大小,必要条件,受精卵,生殖细胞,体细胞,细胞离体、一定的营养物质、激素和其他外界条件,过程,离体的植物器官、组织或细胞,愈伤组织,根、芽,植物体,外植体,脱分化,植物激素：,细胞分裂素、生长素,再分化,植物组织培养,植物组织培养条件,：,含有全部营养成分的培养基、一定的温度、空气、无菌环境、适合的PH、适时光照等。,细胞工程的应用,、试管婴儿,是指将精子和卵子从人体内取出来，在人工提供的生活条件下（通常是试管内）进行受精，并让其发育到一定的阶段形成早期胚胎，再将其移植到“代理母亲”的子宫内继续发育，直至诞生。,、克隆动物,335-51,克隆即无性繁殖系，是指从一个共同的祖先，通过无性繁殖的方法产生出来的一群遗传特性相同的分子、细胞或个体。克隆动物一般是指通过无性繁殖形成动物后代。如1997年英国生物学家首次用成年羊的（乳腺细胞）体细胞，成功地克隆出一只小母羊“多莉”。（如下图）,多莉羊的培育过程,1、谁是“多莉”的母亲？,2、“多莉羊”是雄还是雌？,3、是否符合孟德尔遗传,？,问题,卵细胞,C母绵羊子宫,母绵羊,母绵羊,乳腺细胞,细胞质,细胞核,细胞核移植,胚胎移植,早期胚胎,多莉羊,分娩,卵裂,重组细胞,细胞拆合技术,妊娠,区分几组概念：,1、分化、脱分化、再分化,分化：在个体发育中，相同细胞的后代在形态、结构和生理功能上发生差异的过程，具有普遍性、持久性、稳定性和不可逆性。分化的结果是形成不同的组织器官，帮助个体完成正常的生长发育。,脱分化（去分化）：由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程。脱分化有利于细胞全能性的表达。动物细胞的卵细胞有帮助动物细胞核脱分化的作用。,再分化：愈伤组织经过培养，又重新分化成根或芽等器官的过程。由于愈伤组织是由已经分化的植物器官、组织或细胞脱分化产生的，所以把这次分化叫再分化。,2、原代培养和传代培养,3、细胞系和细胞株,4、愈伤组织,5、人工种子,6、,生物导弹,：单克隆抗体作为载体分子，同抗癌药物相结合，将他们运载到肿瘤部位，杀死癌细胞，这种抗体药物结合物称之为生物导弹。它能定向杀灭癌细胞，避免或减少对正常细胞的伤害，大大减轻了抗癌药物的副作用。,7、植物体细胞杂交和多倍体育种,植物体细胞杂交 多倍体育种,相同点,染色体,方法,原理,不同点,7、植物体细胞杂交和多倍体育种,植物体细胞杂交 多倍体育种,相同点,都采用一定的方法，通过改变细胞或植株染色体数目来改变生物性状，获得新品种,染色体,方法,原理,不同点,原生质体融合和 组织培养,染色体数目变异,获得杂种植株,秋水仙素,加倍，同种,不一定加倍，不同种,8、植物体细胞杂交与杂交育种,相同点,不同点,植物体细胞杂交,杂交育种,原理,杂交性质,染色体变化,亲本来源,育种年限,8、植物体细胞杂交与杂交育种,相同点,不同点,植物体细胞杂交,杂交育种,原理,杂交性质,染色体变化,亲本来源,育种年限,基因重组,原生质体融合和 组织培养,有性杂交,无性杂交,与亲代相同,与亲代不同,不一定同种，种间杂种,同种，种内杂种,1-2年,4-5年,通过改变细胞内遗传物质，达到改变植物体性状的目的，培育出符合人们要求的新品种,酶工程,主讲老师：包一中 李 红,生物技术,的,四大支柱,酶的基础知识,一 什么是酶？,Enzyme proteins,酶是由生物体产生的具有催化剂活性的蛋白质,。,Ribozyme,RNAs,本身就是一段,RNA,，不需要额外蛋白酶就可以对自身进行剪切。,二 酶催化特性,高效率,比非催化高,10,8,10,20,倍,比非酶催化高,10,7,10,13,倍,高度专一性,反应条件温和,酶催化是可调控的,三 酶的化学本质,蛋白质,RNA,四 酶的组成,简单酶,酶,结合酶,辅酶Coenzyme,辅因子,辅基Prosthetic group(Table 2),五 酶的命名与分类,原则：,根据酶所用的底物来命名,根据所催化的反应来命名,上述两个原则结合,上述原则再加上酶的来源,牛胰核糖核酸酶,（一）国际系统分类法,氧化还原酶类,Oxidoreductases,转移酶类,Transgerases,水解酶类,Hydrolases,裂合酶类,Lyases,异构酶类,Isomerases,合成酶类,Synthetases,Synthases,酶工程,酶工程即利用酶的催化作用，在一定的生物反应器中，将相应的原料转化成所需的产品。酶工程是现代酶学理论与化工技术的交叉技术，它的应用主要集中于食品工业、轻工业和医药工业等领域。,酶工程的应用范围,（1）对生物宝库中存在天然酶的开发和生产；,（2）自然酶的分离纯化及鉴定技术；,（3）酶的固定化技术（酶和细胞固定化）；,（4）酶反应器的研制和应用；,（5）与其他生物技术领域的交叉和渗透。,其中固定化酶技术是酶工程的核心,。实际上有了酶的固定化技术，酶在工业生产中的利用价值才真正得以体现。,尽管人类19世纪前后才建立起酶的概念，但酶的催化作用却很早就为人们的生活所利用。比如：,(1)在人类游牧生活时期，就已会利用动物的胃液来凝固牛乳；,(2)人类在4000多年前就已掌握的酿酒和制酱技术其实也是酶作用的结果。,放线菌,1987年以后，Bucher发现酶的细胞外作用现象，从而导致了酶的商品化生产。,霉菌,最初的商品酶制剂主要以动植物为原料提取，如从牛胃中提取凝乳酶、从胰脏中提取胰酶、从血液中提取凝血酶、从植物材料中提取淀粉酶等。之后，Takamine利用霉菌来生产淀粉酶使得酶制剂工业取得突破，其方法至今仍被采用,第二次世界大战以后，随着微生物培养技术、发酵工业和设备的渐渐完善，利用微生物来获得商品化酶制剂已形成规模化产业，并开辟了广阔的市场。,20世纪90年代，随着基因工程的广泛介入，一些原来只能由动物或植物生产的酶，经过酶基因重组，可以在微生物上表达。由于在发酵过程中很容易对微生物进行控制，因此“基因工程发酵工艺先进的发酵设备”可以算是酶工业的第三次飞跃。,霉菌,微生物酶的开发,一、应用微生物来开发酶的优点：,(1)微生物生长繁殖快，生活周期短。因此，用微生物来生产酶产品，生产能力（发酵）几乎可以不受限制地扩大，能够满足迅速扩张的市场需求。,(2)微生物种类繁多，它们散布于整个地球的各个角落，而且在不同的环境下生存的微生物都有其完全不同的代谢方式，能分解利用不同的底物。,(3)这一特征就为微生物酶品种的多样性提供了物质基础。,(4)特别是当基因工程介入时，动植物细胞中存在地酶，几乎都能够利用微生物细胞获得。,因此，有计划和仔细地筛选微生物菌种，通常可以获得能够生产几乎任何一种酶的适当细胞。,微生物酶开发的一般程序,(一)样品的采集,采样的目的、采样地点、采样方法及采样的数量。,(二)菌种的分离,培养基的确定、培养条件的确定,(三)菌种的初筛,(1)用简单的定性反应进行初筛；,(2)在最初分离阶段就给予特殊的培养基或培养条件，进而让目的菌株得以繁 殖，尽可能地把只成为目的菌的菌株或只将其最适菌株的一株纯化分离。,(四)菌种的复筛,初筛之后，还要进行复筛。复筛的目的是在初筛的基础上，筛选产酶量高、性能更符合生产要求的菌种。复筛。,酶活的测定方法的建立尤其重要。,(五)对复筛获得菌株的要求,(1)不是致病菌；,(2)菌株不易变易退化；,(3)不易感染噬菌体；,(4)微生物产酶量高；,(5)酶的性质符合应用的需要，而且最好是胞外酶；,(6)产生的酶便于分离和提取，得率高；,(7)微生物培养营养要求低。,微生物酶的应用,1、,蛋白酶:,洗毛工艺中蛋白酶的应用,生产中经常会发现,洗净毛色泽黯沉,影响后加工的质量和成品的色光。国内外学者研究发现,原毛表面除了含有羊毛脂、羊汗、土杂、草屑污染物外,还存在另一种蛋白质污染物(PCL),它的残存使洗净毛色泽黯沉,采用传统的洗毛方法很难完全去除。为洗除羊毛表面的蛋白质污染物,在洗毛工艺中应用AS1398 中性枯草杆菌蛋白酶,采用二步法洗毛,先使用合成洗涤剂601 洗去羊毛脂、羊汗、土杂,再利用蛋白酶洗去蛋白质污染物,提高洗净毛的质量。,控制蛋白酶治疗疾病,蛋白酶对冠状病毒的复制起着重要的控制作用，因此如果可以有效抑制住蛋白酶的活性，那么就可以控制住病毒在体内的传播，这样虽然不能预防感染上SARS，但却将会使人类有了治疗SARS的有效药物。一种名为“AG7088”的药物有望在改良后用于治疗SARS。该药物用于治疗鼻病毒（rhinovirus）引起的普通感冒，而控制这种病毒复制的蛋白酶与SARS冠状病毒蛋白酶结构非常相似。科学家认为，AG7088这种正处于临床试验阶段的药物，虽然不能直接抑制SARS冠状病毒蛋白酶，但鉴于两种蛋白酶的相似性，这一药物有望在经过改良后抑制SARS病毒蛋白酶的活动，从而成为对付SARS的良药。,2、脂肪酶,广泛用于化妆品、食品、医药、洗涤剂工业中的生物表面活性剂包括脂肪酸单甘油酯、脂肪酸糖酯、聚甘油脂肪酸酯和长链脂肪酸蜡酯。传统化学法以碱为催化剂在高温下进行,不仅能耗高且产品纯度低。脂肪酶作为一种天然生物催化剂,可在温和条件下催化合成上述生物表面活性剂,能耗低且产品纯度高。,3、医药生产用酶 青霉素酰化酶,青霉素酰化酶是一种能转化天然青霉素的酶.它水解苯乙酸和一些密切相关的芳香脂肪酸的酰胺.在适当条件下,它还能催化6-氨基青霉烷酸生成半合成青霉素.可获得高效、广谱、服用方便的半合成抗生素,由于这些抗生素在临床上广泛的应用,从而使青霉素酰化酶的需要量日益增长.青霉素酰化酶常由微生物产生,分胞内酶及胞外酶两种形式.,4、特殊的治疗用酶,1.透明质酸酶(治疗肝炎、肝硬化)2.血纤维蛋白溶酶(治疗心肌梗塞等)3.L-天冬酰胺酶(治疗可用于治疗白血病),什么是固定化酶？,水溶性酶,水不溶性载体,水不溶性酶,（固定化酶）,固定化技术,化学偶联,酶,固定化,间歇,可溶,交联,包埋,吸附,间歇,连续,酶的固定化技术和固定化酶,固定化酶的特点：,优点：,不溶于水，易于与产物分离；,可反复使用；,可连续化生产；,稳定性好。,缺点：,固定化过程中往往会引起酶的失活,