现代生物技术及其应用

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1、第七章：现代生物技术及其应用7.1生物技术概论7.2基因工程7.3蛋白质工程7.4细胞工程7.1生物技术概论一.生物技术的定义及内涵•生物技术是指应用生物科学及工程学原理，依靠生物体系作反应器，将物料进行加工改造，获得人类所需产品的技术。•现代生物技术：以现代生命科学为基础,把生物体系与工程学技术有机结合在一起，按照预先的设计，定向地在不同水平上改造生物遗传性状或加工生物原料,产生对人类有用的新产品(或达到某种目的)之综合性科学技术。二、生物技术的内容•医学生物技术•药学生物技术•动物生物技术•农业生物技术•海洋生物技术•微生物生物技术国家科委规

2、定统计上报的十项工程内容生物技术的上中下游•上游工程：实验室研究和开发阶段，包括基因、细胞、干细胞、转基因生物、组织工程等获得优良菌株、细胞系或固定化的菌体等。•中游工程：中游加工以生物反应器为中心，优化和放大生产工艺。•下游工程：从反应液中提取目的产物加工精制成合格产品。7.2基因工程1基因工程的基本概念重组DNA技术•重组DNA技术是指将一种生物体（供体）的基因与载体在体外进行拼接重组。然后转入另一种生物体（受体）内，使之按照人们的意愿稳定遗传并表达出新产物或新性状的DNA体外操作程序，也称为分子克隆技术。•供体、受体、载体是重组DNA技术的

3、三大基本元件。1基因工程的基本概念基因工程的基本定义•广义的基因工程是指重组DNA技术的产业化设计与应用。包括上游技术和下游技术两大组成部分。上游技术指的是基因重组、克隆和表达的设计与构建（即重组DNA技术）；而下游技术则涉及到基因工程菌或细胞的大规模培养以及基因产物的分离纯化过程。1基因工程的基本概念基因工程的基本形式第一代基因工程蛋白多肽、基因的高效表达经典基因工程第二代基因工程蛋白编码基因的定向诱变蛋白质工程第三代基因工程代谢信息途径的修饰重构途径工程第四代基因工程基因组或染色体的转移基因组工程2基因工程的基本原理基因工程的支撑技术核酸凝胶

4、电泳技术核酸分子杂交技术细菌转化转染技术DNA序列分析技术寡核苷酸合成技术基因定点突变技术聚合酶链反应（PCR）技术基因工程的基本条件A用于核酸操作的工具酶B用于基因克隆的载体C用于基因转移的受体菌或细胞基因工程的基本条件A用于核酸操作的工具酶限制性核酸内切酶DNA连接酶DNA聚合酶核酸酶核酸修饰酶限制性核酸内切酶•限制性核酸内切酶的生物功能：识别双链DNA分子中的特定序列，并切割DNA双链。•主要存在于原核细菌中，帮助细菌抑制外来DNA的入侵。•细菌的限制与修饰作用：细菌自身的DNA在甲基化酶的作用下被保护起来。OHP5’…G-C-T-C-T-

5、G-C-AG-G-A-G…3’3’…C-G-A-GA-C-G-T-C-C-T-C…5’POHDNA连接酶•作用：修复双链DNA上缺口处的磷酸二酯键nickOHP5’…G-C-T-C-T-G-C-AG-G-A-G…3’3’…C-G-A-GA-C-G-T-C-C-T-C…5’POHnickDNA连接酶5’…G-C-T-C-T-G-C-A-G-G-A-G…3’3’…C-G-A-G-A-C-G-T-C-C-T-C…5’DNA连接酶5’…G-C-T-C-A-G-OHP-C-T-G-G-A-G…3’3’…C-G-A-G-T-C-POH-G-A-C-C-T-C

6、…5’T4-DNA连接酶5’…G-C-T-C-A-G-C-T-G-G-A-G…3’3’…C-G-A-G-T-C-G-A-C-C-T-C…5’DNA聚合酶•包括依赖于DNA的DNA聚合酶和依赖于RNA的DNA聚合酶（反转录酶）核酸酶•单链核酸外切酶：核酸外切酶VII（ExoVII）5’3’3’5’ExoVII5’3’3’5’核酸酶•双链核酸外切酶：核酸外切酶III（ExoIII）大肠杆菌的核酸外切酶III特异性地从3’端外切5’3’3’5’ExoVII5’3’3’5’核酸酶•双链核酸外切酶：l核酸外切酶（lExo）l核酸外切酶特异性地从5’端外切5

7、’3’3’5’lExo5’3’3’5’核酸修饰酶•末端脱氧核苷酰转移酶（TdT）不需要模板的DNA聚合酶，随机掺入dNTPs5’-pOH-3‘3’-HOP-5’TdTMg2+dATP5’-pAAAAAAAAAAAAOH-3‘3’-HOP-5’基因工程的基本条件B用于基因克隆的载体载体的功能及特征质粒（plasmid）噬菌体或病毒DNA考斯质粒（cosmid）与噬菌粒人造染色体载体载体的功能及特征载体的功能运送外源基因高效转入受体细胞为外源基因提供复制能力或整合能力为外源基因的扩增或表达提供必要的条件载体应具备的条件具有针对受体细胞的亲缘性或亲和性

8、（可转移性）具有与特定受体细胞相适应的复制位点或整合位点具有较高的外源DNA的载装能力具有多种单一的核酸内切酶识别切割位点具有合适的筛选