生物技术概述省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第一章第一章 生物技术概述生物技术概述 生物技术教研室生物技术教研室任课教师：王妍任课教师：王妍第1页序序 言言 当今世界，我们所处这个时代，是科学技术飞当今世界，我们所处这个时代，是科学技术飞速发展、知识信息爆炸知识经济时代，世界各国都速发展、知识信息爆炸知识经济时代，世界各国都在相互竞争，竞争焦点集中在科学技术上，谁科技在相互竞争，竞争焦点集中在科学技术上，谁科技发达，谁综合国力就强大。发达，谁综合国力就强大。现在世界七大高新技术分别是当代生物技术、现在世界七大高新技术分别是当代生物技术、航天技术、信息技术、激光技术、自动化技术、新航天技术、信息技术、激光技术、自动化技术、新能源技术和新材料技术。能源技术和新材料技术。第2页 研究人员培育研究人员培育“超级水稻超级水稻”.”.粮粮 食食 联合国粮农组织联合国粮农组织水稻研究所水稻研究所(菲菲,马马尼拉尼拉)。绿色革命绿色革命第3页 资资 源源 矿物能源矿物能源(石油石油 煤煤)必将枯竭必将枯竭,生物能源生物能源已在已在开发之中。开发之中。很多不起眼生物很多不起眼生物,很可很可能就是能就是药品、材料药品、材料等宝等宝贵资源。贵资源。图为墨西哥荒原中图为墨西哥荒原中仙人仙人掌类掌类植物。植物。防辐射、降压、血凝等作用防辐射、降压、血凝等作用第4页 一个一个20 20 米直径水池米直径水池年产年产 4 4 吨吨藻类藻类,加工后加工后可得相当于可得相当于3000 3000 升柴升柴油燃料。油燃料。一英亩一英亩三角大戟三角大戟可生可生产相当于产相当于 50 50 吨石油燃吨石油燃料。料。图为生长在淡水和海水中一个硅藻图为生长在淡水和海水中一个硅藻第5页 环环 境境 这是最早一份关这是最早一份关于环境对生物种群于环境对生物种群影响研究。影响研究。工业化前英国乡村有很多工业化前英国乡村有很多白色蛾子白色蛾子停在充满淡色停在充满淡色苔藓树皮上，不易被鸟发觉；苔藓树皮上，不易被鸟发觉；工业化后，工业化后，黑色蛾子黑色蛾子逐步取而代之，因为黑烟污逐步取而代之，因为黑烟污染了环境，黑色蛾子更易藏身。染了环境，黑色蛾子更易藏身。第6页 工人正在向被工人正在向被石油污染石油污染海滩喷洒营养液，促使吃石油海滩喷洒营养液，促使吃石油细菌细菌长长起来。起来。第7页 其中生物技术列在首位，生物技术之所以令世界各国如此重其中生物技术列在首位，生物技术之所以令世界各国如此重视，是因为它是处理人类所面临视，是因为它是处理人类所面临最重大最重大问题和挑战问题和挑战n人口膨胀；人口膨胀；n粮食短缺；粮食短缺；n疾病危害；疾病危害；n环境污染；环境污染；n能源危机；能源危机；n资源匮乏；资源匮乏；n生态平衡破坏；生态平衡破坏；n生物物种大量消亡。生物物种大量消亡。处理人类生存与发展所面临一系列重大问题，在很大程度上将依赖于生处理人类生存与发展所面临一系列重大问题，在很大程度上将依赖于生命科学发展。生命科学对人类经济、科技、政治和社会发展作用是命科学发展。生命科学对人类经济、科技、政治和社会发展作用是全方位全方位全方位全方位。第8页 1980 1980年以来，世界著名大学如年以来，世界著名大学如MITMIT等，纷纷等，纷纷把生物类课程列为把生物类课程列为全校必修课全校必修课.19951995年以后，国内重点大学陆续把生物类课年以后，国内重点大学陆续把生物类课程列为程列为全校非生物类专业大学生限选或必修课程。全校非生物类专业大学生限选或必修课程。第9页 这是因为人们意识到，二十一世纪将是生命科学世纪，面向二十一世纪大学生应有生命科学基础，而不应该成为“生物盲”。第10页n细胞是生物基本组成单位细胞是生物基本组成单位(病毒除外病毒除外)第11页n新陈代谢、生长和运动是生命基本功效新陈代谢、生长和运动是生命基本功效 物理运动物理运动化学运动化学运动生命运动生命运动 第12页 生命经过繁殖而延续生命经过繁殖而延续,DNADNA是生物遗传基本物是生物遗传基本物质。质。漂亮模特漂亮模特 遗传学家遗传学家“中心法则中心法则”第13页n 生物含有个体发育和系统进化历史生物含有个体发育和系统进化历史第14页生物对外界可产生应激反应，对环境有适应性生物对外界可产生应激反应，对环境有适应性第15页生命生命(生物体生物体)基本特征基本特征 1 1、细胞是生物基本组成单位、细胞是生物基本组成单位(病毒除外病毒除外)2 2、新陈代谢、生长和运动是生命基本功效、新陈代谢、生长和运动是生命基本功效 3 3、生命经过繁殖而延续，、生命经过繁殖而延续，DNADNA是生物遗传基本物质是生物遗传基本物质 4 4、生物含有个体发育和系统进化历史、生物含有个体发育和系统进化历史 5 5、生物对外界可产生应激反应和自我调整，对环境、生物对外界可产生应激反应和自我调整，对环境含有适应性含有适应性第16页n 在 20世纪90年代初，“二十一世纪是生命科学世纪”，还是科学家预言，仅仅十年发展，在刚刚进入二十一世纪，这个预言正在变成现实。n 圣经载，上帝在创世纪中创造了果木、动物和人；二十一世纪人类将成为造物主，因为基因发现使人类能够改变生命并创造生命。第17页人类文明发展三次技术革命：人类文明发展三次技术革命：生物技术革命二十一世纪：创造生命！信息革命20世纪：解放大脑工业革命19世纪：解放双手 第18页 生物学经历了三个发展阶段：生物学经历了三个发展阶段：描述生物学阶段描述生物学阶段(19(19世纪中叶以前世纪中叶以前)从传统生物学到现代生命科学 生命科学能够迎接二十一世纪挑战 试验生物学阶段试验生物学阶段(19(19世纪中到世纪中到2020世纪中世纪中)创造生物学阶段创造生物学阶段(20(20世纪中叶以后世纪中叶以后)第19页(1)(1)描述生物学阶段描述生物学阶段(19(19世纪中叶以前世纪中叶以前)主要从外部形态特征观察、描述、记载各主要从外部形态特征观察、描述、记载各种类型生物，寻找他们之间异同和进化脉种类型生物，寻找他们之间异同和进化脉络。络。达尔文达尔文 物种起源物种起源(1859)(1859)第20页(2)(2)试验生物学阶段试验生物学阶段(19(19世纪中到世纪中到2020世纪中世纪中)利用各种仪器工具，经过试验过程，利用各种仪器工具，经过试验过程，探索生命活动内在规律。探索生命活动内在规律。第21页巴斯德巴斯德在试验室里在试验室里第22页 “自生说自生说”是一个古老学说，认为一切生物是自然发生。认为一切生物是自然发生。到了17世纪，即使因为研究植物和动物生长发育和生活循环，使“自生说”逐步减弱，不过因为技术问题，怎样证实微生物不是自然发生依然是一个难题，这不不过“自生说”一个顽固阵地，同时也是人们正确认识微生物生命活动一大屏障。巴斯德巴斯德在前人工作基础上，进行了许多试验，其中著名曲颈瓶试曲颈瓶试验验无可反驳地证实，空气内确实含有微生物，它们引发有机质腐败。空气内确实含有微生物，它们引发有机质腐败。巴斯德自制了一个含有细长而弯曲颈玻瓶，其中盛有有机物水浸液，经加热灭菌后，瓶内可一直保持无菌状态，有机物不发生腐败，因为弯曲瓶颈阻挡了外面空气中微生物直达有机物浸液内，一旦将瓶颈打断，瓶内浸液中才有了微生物，有机质发生腐败。巴斯德试验彻底否定了“自生说”，并从此建立了病原学说建立了病原学说，推进了微生物学发展。第23页(3)(3)创造生物学阶段创造生物学阶段(20(20世纪中叶以后世纪中叶以后)分子生物学和基因工程发展使人们分子生物学和基因工程发展使人们有可能有可能“创造创造”新物种。新物种。第24页沃生和克里克在讨论沃生和克里克在讨论DNADNA双螺旋模型双螺旋模型第25页第一例基因工程试验第一例基因工程试验第26页含有荧光水母基因小猪含有荧光水母基因小猪美国密苏里大学最近经过克隆技美国密苏里大学最近经过克隆技术培育出四只含有荧光水母基因小术培育出四只含有荧光水母基因小猪。猪。左为荧光小猪，右为正常小猪左为荧光小猪，右为正常小猪悠游奇幻精灵悠游奇幻精灵水母水母 第27页生物技术定义生物技术定义n19821982年，国际合作与发展组织年，国际合作与发展组织(ICDO)(ICDO)对生物技术对生物技术进行了定义：进行了定义：即应用自然科学及工程学原理，依即应用自然科学及工程学原理，依靠微生物、动物体、植物体作为生物反应器，将靠微生物、动物体、植物体作为生物反应器，将原料加工以提供产品来为社会服务技术。原料加工以提供产品来为社会服务技术。n美国政府技术顾问委员会美国政府技术顾问委员会(OAT)(OAT)定义：定义：应用生物应用生物或来自生物体物质制造或改进一个商品技术，其或来自生物体物质制造或改进一个商品技术，其还包含改良有主要经济价值植物与动物和利用微还包含改良有主要经济价值植物与动物和利用微生物改良环境技术。生物改良环境技术。第28页 一、概述一、概述1 1、生物技术概念、生物技术概念P1P1：生物技术，有时也称为生：生物技术，有时也称为生物工程，是以物工程，是以当代生命科学当代生命科学为基础，利用先进为基础，利用先进科学原理和科学原理和工程技术工程技术伎俩按预先设计来加工或伎俩按预先设计来加工或改造改造生物材料生物材料从而产生出人类需要从而产生出人类需要产品或到达产品或到达某种目标。某种目标。化学工程、基因化学工程、基因工程、控制工程、工程、控制工程、环境工程等环境工程等与人类健康、与人类健康、农业、资源、农业、资源、能源、环境能源、环境基因、细胞、基因、细胞、有用物、个体有用物、个体或个体一部分或个体一部分植物学、动物植物学、动物学、遗传学、学、遗传学、分子生物学、分子生物学、微生物学等微生物学等粮食、医药、粮食、医药、食品、能源、食品、能源、金属等金属等第29页生命科学生命科学工程科学工程科学生物技术生物技术(生物工程生物工程)研究领域研究领域基因基因工程工程细胞细胞工程工程酶工酶工程程发酵发酵工程工程分离分离工程工程蛋白质蛋白质工程工程服务领域服务领域人类人类健康健康农业农业资源资源能源能源环境环境食品食品化学化学设备设备第30页传统生物技术：传统生物技术：是指经过微生物初级发酵来生是指经过微生物初级发酵来生产产品，包含酱、醋、酒、面包、奶酪、酸奶产产品，包含酱、醋、酒、面包、奶酪、酸奶等传统制造工艺。等传统制造工艺。当代生物技术：当代生物技术：2020世纪世纪7070年代末年代末8080年代初年代初,以当以当代生物学研究结果为基础，以基因工程为关键代生物学研究结果为基础，以基因工程为关键新兴学科。新兴学科。生物技术生物技术第31页 DNADNA重组技术重组技术发展改变了生物技术本质，发展改变了生物技术本质，当代生物技术应运而生。当代生物技术应运而生。当代生物技术生命科学工程技术其它相关学科第32页当代生物技术当代生物技术n19531953年，年，WatsonWatson和和CrickCrick发觉发觉DNADNA双螺旋双螺旋分子结构。分子结构。第33页当代生物技术当代生物技术n19731973年，年，Boyer Boyer和和CohnCohn实现了实现了DNADNA体外重组。体外重组。n“基因克隆基因克隆”策略。策略。第34页n传统与当代生物技术区分传统与当代生物技术区分n古代传统生物技术和近代生物技术古代传统生物技术和近代生物技术(旧有制造酱、酒、旧有制造酱、酒、面包、奶酪、面包、奶酪、酸奶及其它食品传统工艺。酸奶及其它食品传统工艺。)只是利用只是利用现有生物类型或生物机能为人类服务，而当代生物技现有生物类型或生物机能为人类服务，而当代生物技术术(5(5大工程大工程)是按照人们意愿创造全新生物类型和生物是按照人们意愿创造全新生物类型和生物机能，造福于人类。它是人类在建立实用生物技术中机能，造福于人类。它是人类在建立实用生物技术中从必定王国走向自由王国，从等候大自然恩赐转向索从必定王国走向自由王国，从等候大自然恩赐转向索取质飞跃。取质飞跃。第35页（1 1）以制酒、食品加工、农业、畜牧业为主）以制酒、食品加工、农业、畜牧业为主作坊作坊式生物技术式生物技术。（2 2）以抗生素为代表，发酵工程为主要技术）以抗生素为代表，发酵工程为主要技术工业工业化生物技术化生物技术。（3 3）以基因工程为主）以基因工程为主当代生物技术当代生物技术。生物技术发展经历三个阶段：生物技术发展经历三个阶段：第36页生物技术内容生物技术内容n基因工程技术基因工程技术n细胞（组织）工程技术细胞（组织）工程技术n酶工程技术酶工程技术n发酵工程技术发酵工程技术n蛋白质工程技术蛋白质工程技术第37页第一节第一节 基因工程操作原理基因工程操作原理第二节第二节 细胞工程操作原理细胞工程操作原理第三节第三节 酶工程酶工程第四节第四节 发酵工程发酵工程第五节第五节 蛋白质工程蛋白质工程第38页第一节第一节 基因工程操作原理基因工程操作原理第39页一、基因工程概念一、基因工程概念 利利用用DNA体体外外重重组组或或PCR扩扩增增技技术术从从某某种种生生物物基基因因组组中中分分离离感感兴兴趣趣基基因因，或或是是用用人人工工合合成成方方法法获获取取基基因因，然然后后经经过过一一系系列列切切割割，加加工工修修饰饰，连连接接反反应应形形成成重重组组DNA分分子子，再再将将其其转转入入适适当当受受体细胞，以期取得基因表示过程。体细胞，以期取得基因表示过程。第40页二、基因工程技术及其应用二、基因工程技术及其应用第41页第二节第二节 细胞工程细胞工程第42页细胞工程：细胞工程：是指以细胞为对象，应用生命科学理是指以细胞为对象，应用生命科学理论，借助工程学原理与技术，有目标地利用或改论，借助工程学原理与技术，有目标地利用或改造生物遗传特征，以取得特定细胞、组织产品或造生物遗传特征，以取得特定细胞、组织产品或新型物种一门综合性科学技术。新型物种一门综合性科学技术。一、什么是细胞工程一、什么是细胞工程第43页细胞工程与基因工程一起代表着生物技术最新发细胞工程与基因工程一起代表着生物技术最新发展前沿，伴伴随试管植物、试管动物、转基因展前沿，伴伴随试管植物、试管动物、转基因生生物反应器物反应器等相继问世，细胞工程在生命科学、农等相继问世，细胞工程在生命科学、农业、医药、食品、环境保护等领域发挥着越来越业、医药、食品、环境保护等领域发挥着越来越主要作用。主要作用。第44页细胞（组织）工程细胞（组织）工程 利用工程学原理进行细胞生物学基础研利用工程学原理进行细胞生物学基础研究和制造使用活细胞产品，如组织工程和生究和制造使用活细胞产品，如组织工程和生物加工工程。前者是利用移植细胞、骨架、物加工工程。前者是利用移植细胞、骨架、DNA、蛋白质或蛋白质片段替换或修复已受、蛋白质或蛋白质片段替换或修复已受伤或损坏组织和器官；后者是利用活细胞生伤或损坏组织和器官；后者是利用活细胞生产生物医药产品。产生物医药产品。第45页组织工程组织工程人造器官人造器官 干细胞：干细胞：1999年年4月，月，美国科研人员首次成功地美国科研人员首次成功地从成年人骨髓干细胞在体外培养分化出软骨、脂肪从成年人骨髓干细胞在体外培养分化出软骨、脂肪和骨骼细胞。标志着干细胞研究取得了重大进展。和骨骼细胞。标志着干细胞研究取得了重大进展。以这项技术为代表组织工程突破含有辽阔应用以这项技术为代表组织工程突破含有辽阔应用前景，在不远未来为实现人造前景，在不远未来为实现人造“器官器官”成为可能。成为可能。第46页原理：原理：先用一个高分子材料先用一个高分子材料聚羟基乙酸做成聚羟基乙酸做成“人耳人耳”模模型支架，然后让人体软骨组织型支架，然后让人体软骨组织细胞在这个支架上繁殖生长。细胞在这个支架上繁殖生长。一周以后，在裸鼠背上割开一一周以后，在裸鼠背上割开一个口子，将培育过这个个口子，将培育过这个“人耳人耳”模子植入缝合，软骨组织细模子植入缝合，软骨组织细胞不停增殖，聚羟基乙酸做成胞不停增殖，聚羟基乙酸做成支架慢慢地被机体降解吸收，支架慢慢地被机体降解吸收，使使“人耳人耳”和裸鼠融为一体。和裸鼠融为一体。第47页在培育多莉过程中，科学家采取体细胞克隆技术，在培育多莉过程中，科学家采取体细胞克隆技术，主要分四个步骤进行：主要分四个步骤进行：从一只六岁雌性芬兰多塞特白面绵羊乳腺从一只六岁雌性芬兰多塞特白面绵羊乳腺中取出乳腺中取出乳腺细胞细胞，将其放入低浓度培养液中，细，将其放入低浓度培养液中，细胞逐步停顿分裂，此细胞称之为供体细胞。胞逐步停顿分裂，此细胞称之为供体细胞。从一头苏格兰黑面母绵羊从一头苏格兰黑面母绵羊卵巢卵巢中取出未中取出未受受精精卵细胞卵细胞，并马上将，并马上将细胞核细胞核除去，留下一个无核除去，留下一个无核卵细胞，此细胞称之为受体细胞。卵细胞，此细胞称之为受体细胞。利用电脉冲方法，使供体细胞和受体细胞融合，最终形成融合细胞。融利用电脉冲方法，使供体细胞和受体细胞融合，最终形成融合细胞。融合细胞也能像受精卵一样进行细胞分裂、分化，从而形成合细胞也能像受精卵一样进行细胞分裂、分化，从而形成胚胎胚胎细胞。细胞。将胚胎细胞转移到另一只苏格兰黑面母绵羊子宫内，胚胎细胞深入分化将胚胎细胞转移到另一只苏格兰黑面母绵羊子宫内，胚胎细胞深入分化和发育，最终形成小绵羊多莉。和发育，最终形成小绵羊多莉。第48页第三节第三节 酶工程酶工程第49页酶酶是一个在生物体内含有新陈代谢催化剂作用蛋白是一个在生物体内含有新陈代谢催化剂作用蛋白质。含有反应效率高、条件温和、反应产物污染小、质。含有反应效率高、条件温和、反应产物污染小、能耗低和反应易控制等特点。能耗低和反应易控制等特点。酶工程酶工程又称酶工艺学，就是利用酶催化作用，利用又称酶工艺学，就是利用酶催化作用，利用酶或者微生物细胞，动植物细胞，细胞器等，经过酶或者微生物细胞，动植物细胞，细胞器等，经过工程学伎俩，在一定生物反应器中，将对应原料转工程学伎俩，在一定生物反应器中，将对应原料转化成所需要产品。化成所需要产品。一、酶工程概念和内容一、酶工程概念和内容第50页n传统酶工程主要是指天然酶制剂在工业上大规模传统酶工程主要是指天然酶制剂在工业上大规模生产与应用。伴随科学发展，尤其是基因工程技生产与应用。伴随科学发展，尤其是基因工程技术日趋完善，为酶工程赋予了新内容，尤其是利术日趋完善，为酶工程赋予了新内容，尤其是利用用DNA操作技术，修饰改造酶分子结构或活性位操作技术，修饰改造酶分子结构或活性位点、酶与底物作用位点，重组酶生产，模拟酶人点、酶与底物作用位点，重组酶生产，模拟酶人工设计与合成等成为新内容。工设计与合成等成为新内容。第51页 酶工程主要内容酶工程主要内容n酶分离纯化酶分离纯化n酶与细胞固定化技术及反应器酶与细胞固定化技术及反应器n酶制剂发酵生产酶制剂发酵生产n酶分子化学修饰、遗传突变及结构改造酶分子化学修饰、遗传突变及结构改造n酶抑制剂与激活剂开发与研究酶抑制剂与激活剂开发与研究n人工设计与合成模拟酶及酶分子人工设计与合成模拟酶及酶分子第52页 酶工程应用主要集中于食品工业、轻酶工程应用主要集中于食品工业、轻工业、医药工业和临床诊疗等方面。工业、医药工业和临床诊疗等方面。第53页 18571857年年，法法国国微微生生物物学学家家巴巴斯斯德德发发觉觉了了发发酵酵原原理理，人人们们才才认认识识到到发发酵酵是是微微生生物物活活动结果。动结果。第四节第四节 发酵工程发酵工程第54页发酵工程发酵工程n 发酵已经从过去简单生产酒精类饮料、生产醋酸和发发酵已经从过去简单生产酒精类饮料、生产醋酸和发酵面包发展到今天成为生物工程一个极其主要分支，成酵面包发展到今天成为生物工程一个极其主要分支，成为一个包含了微生物学、化学工程、基因工程、细胞工为一个包含了微生物学、化学工程、基因工程、细胞工程、机械工程和计算机软硬件工程一个多学科工程。程、机械工程和计算机软硬件工程一个多学科工程。n 当代发酵工程不但生产酒精类饮料、醋酸和面包，而当代发酵工程不但生产酒精类饮料、醋酸和面包，而且生产胰岛素、干扰素、生长激素、抗生素和疫苗等各且生产胰岛素、干扰素、生长激素、抗生素和疫苗等各种医疗保健药品，生产天然杀虫剂、细菌肥料和微生物种医疗保健药品，生产天然杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂等农用生产资料，在化学工业上生产氨基酸、香除草剂等农用生产资料，在化学工业上生产氨基酸、香料、生物高分子、酶以及维生素和单细胞蛋白等。料、生物高分子、酶以及维生素和单细胞蛋白等。第55页 发酵工程：发酵工程：是指利用微生物特定性状，经过当是指利用微生物特定性状，经过当代化工程技术，在生物反应器中生产有用物质一个代化工程技术，在生物反应器中生产有用物质一个技术系统，或直接把微生物应用于工业生产过程一技术系统，或直接把微生物应用于工业生产过程一个新技术。个新技术。发酵工程内容包含菌种选育、培养基配制、灭发酵工程内容包含菌种选育、培养基配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品分离提纯等菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品分离提纯等方面。方面。一、发酵工程概念和内容一、发酵工程概念和内容第56页二、工业发酵步骤和工艺流程二、工业发酵步骤和工艺流程(1)(1)用作培养菌种及扩大生产发酵罐培养基配制用作培养菌种及扩大生产发酵罐培养基配制(2)(2)培养基、发酵罐以及辅助设备消毒灭菌培养基、发酵罐以及辅助设备消毒灭菌(3)(3)将已培养好有活性纯菌株以一定量转接到发酵罐中将已培养好有活性纯菌株以一定量转接到发酵罐中(4)(4)将接种到发酵罐中菌株控制在最适条件下生长并形成代将接种到发酵罐中菌株控制在最适条件下生长并形成代谢产物谢产物(5)(5)将产物抽提并进行精制，以得到合格产品将产物抽提并进行精制，以得到合格产品(6)(6)回收或处剪发酵过程中产生废物和废水回收或处剪发酵过程中产生废物和废水第57页菌种筛选菌种筛选摇瓶试验摇瓶试验发酵罐试验发酵罐试验第58页发酵工程由三部分组成：发酵工程由三部分组成：1 1、上游工程上游工程:包含利用常规方法、基因工程方法、包含利用常规方法、基因工程方法、细胞工程方法等选育优良种株，最适发酵条件确实细胞工程方法等选育优良种株，最适发酵条件确实定，营养物准备等。定，营养物准备等。2 2、发酵工艺发酵工艺：主要指在最适发酵条件下，发酵罐中：主要指在最适发酵条件下，发酵罐中大量培养细胞和生产代谢产物工艺技术。大量培养细胞和生产代谢产物工艺技术。3 3、下游工程下游工程：指从发酵液中分离和纯化产品技术。：指从发酵液中分离和纯化产品技术。第59页第五节第五节 蛋白质工程蛋白质工程第60页n 蛋白质是蛋白质是生命生命表达者，离开了蛋白质，生命将不复存表达者，离开了蛋白质，生命将不复存在。可是，生物体内存在天然蛋白质，有往往不尽人意，在。可是，生物体内存在天然蛋白质，有往往不尽人意，需要进行改造。因为蛋白质是由许多需要进行改造。因为蛋白质是由许多氨基酸氨基酸按一定次序连按一定次序连接而成，每一个蛋白质有自己独特氨基酸次序，所以改变接而成，每一个蛋白质有自己独特氨基酸次序，所以改变其中关键氨基酸就能改变蛋白质性质。而氨基酸是由三联其中关键氨基酸就能改变蛋白质性质。而氨基酸是由三联体密码决定，只要改变组成遗传密码一个或两个碱基就能体密码决定，只要改变组成遗传密码一个或两个碱基就能到达改造蛋白质目标。到达改造蛋白质目标。第61页n 蛋白质工程一个主要路径就是依据人们需要，蛋白质工程一个主要路径就是依据人们需要，对负责编码某种蛋白质基因重新进行设计，使合对负责编码某种蛋白质基因重新进行设计，使合成蛋白质变得更符合人类需要，成蛋白质变得更符合人类需要，甚至是自然界不甚至是自然界不存在蛋白质。存在蛋白质。第62页 蛋蛋白白质质工工程程是是以以蛋蛋白白质质结结构构功功效效关关系系知知识识为为基基础础，经经过过周周密密分分子子设设计计，把把蛋蛋白白质质改改造造为为合合乎乎人人类类需需要要新新突突变变蛋蛋白白质质。蛋蛋白白质质工工程也被称为程也被称为第二代基因工程第二代基因工程。一、什么是蛋白质工程一、什么是蛋白质工程第63页n蛋白质工程是在基因重组技术、蛋白质工程是在基因重组技术、生物化学生物化学、分子生物学分子生物学、分子遗传学分子遗传学等学科基础之上，融合了蛋白质晶体学、蛋白等学科基础之上，融合了蛋白质晶体学、蛋白质动力学、蛋白质化学和计算机辅助设计等多学科而发展质动力学、蛋白质化学和计算机辅助设计等多学科而发展起来新兴研究领域。其内容主要有两个方面：依据需要合起来新兴研究领域。其内容主要有两个方面：依据需要合成含有特定氨基酸序列和空间结构蛋白质；确定蛋白质化成含有特定氨基酸序列和空间结构蛋白质；确定蛋白质化学组成、空间结构与生物功效之间关系。在此基础之上，学组成、空间结构与生物功效之间关系。在此基础之上，实现从氨基酸序列预测蛋白质空间结构和生物功效，设计实现从氨基酸序列预测蛋白质空间结构和生物功效，设计合成含有特定生物功效全新蛋白质，这也是蛋白质工程最合成含有特定生物功效全新蛋白质，这也是蛋白质工程最根本目标之一。根本目标之一。第64页n基因工程是关键基因工程是关键，带动其它四大工程发展，四大，带动其它四大工程发展，四大工程发展又促使基因工程发展更迅猛。基因工程和工程发展又促使基因工程发展更迅猛。基因工程和细胞工程看作生物工程上流处理技术，将发酵工程细胞工程看作生物工程上流处理技术，将发酵工程和酶工程看作生物工程下流处理技术。基因工程、和酶工程看作生物工程下流处理技术。基因工程、细胞工程和发酵工程中所需酶往往是经过酶工程来细胞工程和发酵工程中所需酶往往是经过酶工程来取得。取得。第65页五大工程间关系五大工程间关系优良动植物品系动、植物个体或细胞基因工程微生物工程菌产品细胞工程发酵工程蛋白质或酶工程蛋白质或酶第66页第六节第六节 生物技术应用生物技术应用第67页当代生物技术前景当代生物技术前景n生物技术基本特征：生物技术基本特征：n高效益高效益，可带来高额利润。，可带来高额利润。n高智力高智力，含有创造性和突破性。，含有创造性和突破性。n高投入高投入，前期需要投入大量资金。，前期需要投入大量资金。n高竞争高竞争，时效性竞争非常强烈。，时效性竞争非常强烈。n高风险高风险。n高势能高势能 。第68页 伴伴随生命科学新突破，当代生物技伴伴随生命科学新突破，当代生物技术已经广泛地应用于工业、农牧业、医药、术已经广泛地应用于工业、农牧业、医药、环境保护等众多领域，产生了巨大经济和环境保护等众多领域，产生了巨大经济和社会效益。社会效益。第69页依据其用途不一样可分为三大类，即依据其用途不一样可分为三大类，即基因基因工程药品、工程药品、生物疫苗、生物诊疗与基因。生物医药行业特征：生物疫苗、生物诊疗与基因。生物医药行业特征：(1)(1)高技术高技术(2)(2)高投入高投入(3)高风险高风险(4)高收益高收益一、生物技术在医药卫生方面应用一、生物技术在医药卫生方面应用第70页n人类健康：提升生命质量、延长人类寿命人类健康：提升生命质量、延长人类寿命n1)1)开发制造奇特而又珍贵新型药品开发制造奇特而又珍贵新型药品 n19771977年，美国首先采取大肠杆菌生产了人类第一个基因工年，美国首先采取大肠杆菌生产了人类第一个基因工程药品程药品-人生长激素释放抑制激素人生长激素释放抑制激素 n2)2)疾病预防和诊疗疾病预防和诊疗19981998年初，美国食品和药品管理局（年初，美国食品和药品管理局（FDAFDA）同意了首个艾）同意了首个艾滋病疫苗进入人体试验。滋病疫苗进入人体试验。nDNADNA探针，主要用来诊疗遗传性疾病和传染性疾病。探针，主要用来诊疗遗传性疾病和传染性疾病。第71页n3)3)基因治疗基因治疗n19901990年年9 9月，美国月，美国FADFAD同意了用同意了用AIJA(AIJA(腺昔脱氨腺昔脱氨酶酶)基因治疗严重联合型免疫缺点病基因治疗严重联合型免疫缺点病(一个单基一个单基因遗传病因遗传病)，并取得了较满意结果。，并取得了较满意结果。第72页当当代代生生物物技技术术除除了了可可培培育育高高产产抗抗寒寒等等作作物物品品系系外外，还还可可培培育育品品质质好好、营营养养价价值值高高新新品品种种。还还可可用用转转基基因因技技术术取取得得优优良良品品种种。另另外外生生物物农农药药使使用用，能能够够愈愈加安全有效预防病虫害。加安全有效预防病虫害。生生物物农农药药：是是指指利利用用生生物物活活体体或或其其代代谢谢产产物物对对害害虫虫、病病菌菌、杂杂草草、线线虫虫、鼠鼠类类等等有有害害生生物物进进行行防防治治一一类类农农药药制制剂剂，或或者者是是经经过过仿仿生生合合成成含含有有特特异异作作用用农药制剂。农药制剂。二、生物技术在农业方面应用二、生物技术在农业方面应用第73页n普通大米实际上不是普通大米实际上不是“健康食品健康食品”。n大大米米中中含含有有一一个个叫叫做做肌肌醇醇六六磷磷酸酸小小分分子子，它它能能与与铁铁紧紧紧紧地地结结合合，使使得得小小肠肠难难以以吸吸收收食食物物中中铁；铁；n以大米为主食人，易患铁缺乏症而造成贫血以大米为主食人，易患铁缺乏症而造成贫血哪种大米更有益身体健康？第74页n转基因水稻转基因水稻 n“金金大大米米”：转转入入胡胡萝萝卜卜素素合合成成相相关关基基因因提提升升大大米米中中维维生素生素A A前体含量，以降低亚洲人普遍存在维生素前体含量，以降低亚洲人普遍存在维生素A A缺乏症缺乏症n处理铁吸收问题，往处理铁吸收问题，往“金大米金大米”中再转入三种基因：中再转入三种基因：n一一个个是是来来自自真真菌菌酶酶基基因因，这这种种酶酶能能够够把把肌肌醇醇六六磷磷酸酸降降解掉；解掉；n一个是来自菜豆铁蛋白基因，铁蛋白能够储存铁；一个是来自菜豆铁蛋白基因，铁蛋白能够储存铁；n还还有有一一个个是是来来自自印印度度香香米米基基因因，它它生生产产蛋蛋白白质质有有利利于于人肠道吸收铁人肠道吸收铁第75页（1 1）污污水水生生物物净净化化：污污水水中中有有毒毒物物质质成成份份十十分分复复杂杂，包包含含各各种种酚酚类类、氰氰化化物物、重重金金属属、有有机机磷磷、有有机机汞汞、有有机机酸酸、醛醛、醇醇及及蛋蛋白白质质等等等等。能能够够解解除除污污水水毒毒害害作作用用，从从而而使使污污水水中中有有毒毒物物质质转转化化为为有有益益无无毒毒物物质质，使使污污水水得得到到净净化化。当当今今固固定定化化酶酶和和固固定定化化细细胞胞技技术术处处理理污污水水就就是是生生物物净净化化污污水水方法之一。方法之一。三、生物技术在保护环境方面应用三、生物技术在保护环境方面应用第76页（2 2）污污染染土土壤壤生生物物净净化化：重重金金属属污污染染是是造造成成土土壤壤污污染染主主要要污污染染物物。重重金金属属污污染染生生物物修修复复是是利利用用生生物物(主主要要是是微微生生物物、植植物物)作作用用，削削减减、净净化化土土壤壤中中重重金金属属或或降降低低重重金金属属毒毒性性。其其原原理理是是:经经过过生生物物作作用用(如如酶酶促促反反应应)改改变变重重金金属属在在土土壤壤中中化化学学形形态态，使使重重金金属属固固定定或或解解毒毒，降降低低其其在在土土壤壤环环境境中中移移动动性性和和生生物物可可利利用用性性，经经过过生生物物吸吸收收、代代谢谢到到达达对对重重金金属属削削减减、净化与固定作用。净化与固定作用。第77页（3）白色污染清除：废弃塑料和农用地膜经久不化解，估计是形成环境污染重要成分。塑料在土壤中残存会引起农作物减产，利用生物工程技术一方面可以广泛地分离筛选能够降解塑料和农膜优势微生物、构建高效降解菌，其次可以分离克隆降解基因并将该基因导入某一土壤微生物(如：根瘤菌)中，使两者同时发挥各自作用。第78页（4 4）化化学学农农药药污污染染去去除除：普普通通情情况况下下，使使用用化化学学杀杀虫虫剂剂约约80%80%会会残残留留在在土土壤壤中中，尤尤其其是是氯氯代代烃烃类类农农药药是是最最难难分分解解，经经生生态态系系统统造造成成滞滞留留毒毒害害作作用用。所所谓谓生生物物农农药药它它们们多多是是生生物物体体代代谢谢产产物物，主主要要包包含含微微生生物物杀杀虫虫剂剂、农农用用抗抗生生素素制制剂剂和和微微生生物物除除草草剂剂等等。第79页