生物工程导论重点.docx

生物工程包括基因工程、细胞工程、蛋白质工程、发酵工程和酶工程；学科基础为生物化学、分子生物学、细胞生物学、遗传学、微生物学、动物学、植物学、化学、工程学、电子学、数学等。生物工程对经济和社会发展的影响1） 改善农业生产、解决食品短缺2） 提高生命质量、延长人类寿命。开发新型药物，如抗肿瘤药物；疾病预防和诊断；基因治疗；人类基因组计划。3） 解决能源危机、治理环境污染4） 制造工业原料、生产贵重金属十大生物技术药品：促红细胞生成素、胰岛素、乙肝疫苗、生长激素。生物公司成功的经验1） 强有力地专利保护，对公司开发的产品及时申请专利，使公司的产品独占市场。2） 注重科学研究，加大对新技术和新产品的研发力度（充足的资金支持）。3） 鼓励创新，营造以知识为中心的企业文化。4） 形成自己的技术优势。我国存在的问题是资金和设备方面显著落后，自主知识产权的工业产品开发严重滞后，企业的科研实力弱；要利用自身的市场优势，如庞大的人口和日益增长的消费能力和人才优势如基础研究和应用研究与发达国家差距不大，走一条技术-专利-标准之路。1 基因工程基因工程（P11）：将外源基因通过体外重组后导入受体细胞（也称宿主细胞或寄主细胞）内，使这个基因能在受体细胞内复制、转录、翻译表达的操作。核心内容是在分子水平上对生物的遗传特性进行有目的的改造。四个必要条件：工具酶（限制性内切酶、DNA连接酶、DNA聚合酶、修饰酶）、基因、载体、受体细胞基因库（P28）：也叫基因组文库，是指用克隆的方法将一种生物的全部基因组长期以重组体的形式保持在适当的宿主中。另一种说法是指将基因组DNA通过限制性内切酶部分酶解后所产生的基因组DNA片段随机地同相应的载体重组，经体内扩增得到的克隆群体，代表了基因组DNA的所有序列。基因文库：也叫cDNA文库。首先获得mRNA，反转录得cDNA，经克隆形成文库。与基因库相比，没有内含子成分，DNA重组时可以直接使用。原核生物目的基因的获得：构建基因组文库；基因组文库的筛选，如DNA杂交法、免疫反应法和酶活性法。真核生物目的基因的获得：cDNA法、DNA的化学合成法、PCR法。限制性内切酶（P19）：识别和切割双链DNA分子内特殊核苷酸序列的酶统称为限制性内切酶。II类限制性内切酶是基因工程中使用的主要工具酶。 I类和III类限制性内切酶在基因工程中基本不用。PCR流程（P31）：1）变性，将DNA置于95的高温下，使双链DNA的双链解开变成单链DNA；2）退火，将反应体系温度降至55左右；3）延伸，将反应体系的温度调整至TaqDNA聚合酶作用的最适温度72，以目的基因为模板，合成新的DNA链。DNA双螺旋结构模型（P13）：1）DNA由两条互补的链组成，两链平行反向且右旋；2）两链之间的碱基一氢键配对互补，A=T，G=C；3）螺旋每周含10个碱基对，每周垂直升高340mm，螺旋直径200mm；4）磷酸-核糖主链在螺旋外侧，碱基对平面在内侧且与主链垂直。（估计不会考这么细）。模型的核心：碱基配对互补。质粒的使用时存在的问题（P43）1）质粒的稳定性在外源基因位于质粒上的重组微生物培养过程中，由于各种原因，会产生一些丢失质粒的细胞，这些细胞由于不需要表达目标基因，会具有比含质粒细胞更快的生长速率，从而导致发酵体系中含质粒细胞的比例随时间下降，有时这种情况会极大地影响生产效率。2）存在能量分流现象，限制了重组菌的高密度培养；3）在重组菌中表达的目的蛋白为细胞的异源物质，往往对细胞造成一定程度的毒害，从而抑制细胞生长和目的基因的高效表达。高密度培养的主要策略：流加培养是解决质粒稳定性问题和减少有毒副产物形成的主要手段之一。2 细胞工程细胞工程：通过在细胞水平上重组细胞的结构和内含物，以改造生物的结构和功能的技术植物细胞利用植物细胞的全能型，培养基中必须组分包括碳源和能源（主要采用蔗糖）、无机盐、维生素和生长调节剂，温度为25，pH为5-6。植物细胞培养过程放大的主要难点在于：对需要光照的体系，大规模的光生物反应器的设计和制造有一定难度。动物细胞培养利用细胞的增殖，培养液成分为葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清等。培养液特点：液态培养基、含动物血清。动物细胞培养成功的关键在于培养液中是否含有动物血清。动物细胞培养的条件：无菌、无毒的环境；营养物质（合成培养基）；温度和pH（37左右，7.4左右）；气体环境（氧气和二氧化碳）等。细胞系：原代细胞经传代后形成的细胞群体，是具有增殖能力，类型均匀的培养细胞，多为有限细胞系。细胞株：细胞系经过选殖克隆、物理性细胞分离或其他方法而得的由单一类型的细胞世系组成的培养物。有限细胞系：如细胞系的生存期有限，则称之为有限细胞系。无限细胞系：已获无限繁殖能力能持续生存的细胞系，称连续细胞系或无限细胞系。胚胎干细胞：是从早期胚胎内细胞团分离出来，能在体外培养的一种高度未分化的多功能细胞。具有发育全能性的二倍体细胞，其突出的优点在于它可以在体外进行人工培养。注意胚胎干细胞具有全能性，可以发育成各种组织和器官，而造血干细胞、神经及其他干细胞不具有全能性，只具有自我复制能力。 3 酶工程酶的分类（P92）：1氧化还原酶，2转移酶，3水解酶，4裂合酶，5异构酶，6连接酶记住第一类和第二类酶的名称。酶的国际命名规则（P92），记一下ppt39和40页的例子。酶工程中的两个假说及说明的问题（P99-100）锁-钥理论。可以解释酶对底物的选择性（或酶的功能）由底物分子的立体结构决定(如原子间的位置关系)。诱导-契合理论。认为酶的活性部位在结构上是柔性的，可以解释酶与底物在结合时存在构象变化。酶的最适作用条件（P98）：常温，大气压，中性pH；酶的特性（P98）：催化效率高、专一性强、反应条件温和、催化剂活性容易调节和控制。激活剂（P104）：通常将能提高酶的活性、加速酶催化反应进行的物质称为酶的激活剂或活化剂。抑制剂（P104）：将能引起酶的必需基团或活性中心化学性质改变，而引起酶活性的降低或丧失的物质称为抑制剂。辅酶（P99）：许多酶只有在某些非蛋白质成分存在时才能表现出催化作用，人们将这些非蛋白质成分称为辅助因子，其中能通过透析除去的称为辅酶。并不是所有的酶都是蛋白质，如核酸酶和环糊精。优良产酶微生物的要求（P95-96）1）繁殖快、产酶量高，酶的性质应符合使用要求，所产的酶最好分泌到胞外；2）菌种性能稳定，不易退化和被噬菌体感染；3）易于培养，能利用廉价原料，发酵周期短；4）菌种不是致病菌，不产生有毒物质；5）除了目标产物是蛋白酶外，应不产或尽量少产蛋白酶。 4 微生物工程微生物培养基的组成（P146-147）：碳源（有机碳源如葡萄糖、淀粉质原料、糖蜜等）、氮源（有机氮源有黄豆饼粉、花生饼粉、鱼粉、酵母粉等）、氧和氢、无机盐以及维生素等生长因子。种子培养的逐级放大（P149）工业发酵罐规模庞大，单个发酵罐体积达到几十至几百立方米，种子培养需要一个逐级扩大的过程，包括从斜面接种到摇瓶，再从摇瓶接入种子罐（一级种子罐、二级种子罐），最后从种子罐接种到发酵罐。最早发酵的产品（P125），啤酒、葡萄酒、白酒、面包，原料粮食、葡萄等，菌类：酵母菌。工业发酵常用原料和产品：粮食、糖蜜、纤维素、半纤维素；主要工业产品包括微生物的初级代谢产物：乙醇、氨基酸、有机酸、核苷酸、维生素、酶制剂等，微生物的次级代谢产物主要是抗生素。大肠杆菌培养基，不记得有没有这个重点了。工业生产中对菌株的要求（P141）：提高目标产物产量（使微生物能够超量的生产我们所需的特定产物），缩短生产周期、降低营养要求、提高对氧的吸收能力、合成新的产品等。5 环境生物工程生物可降解或可分解性（P191）：是指在微生物作用下将有机污染物转变成小分子化合物的的可能性。生物放大（P193）：是指在生态系统中基于食物链关系的生物富集与积累，使某种元素或难分解毒物在生物机体中的浓度随着营养级的提高而逐步增大的现象。生物累积（P193）：指生物通过吸收、吸附、吞食等，蓄积某些重金属及其化合物或难分解有机毒物等，并随着生长发育过程使污染物的浓度进一步增加的现象。生物修复（P216）：生物修复就是利用生物的吸收、富集、代谢等作用将污染物转化或降解为无害物质甚至有用物质，从而去除或消除环境污染的一种生物技术。P177生物需氧量（BOD）：生化需氧量（biochemical oxygen demand, BOD）是指在氧的存在下，微生物将有机物降解并达稳定化所需的氧量。BOD5：一般状况下，以20、5天的生化需氧量作为度量污染水体中的有机物浓度，以BOD5表示。BOD越大，污染越严重。化学需氧量（COD）：化学需氧量（chemical oxygen demand, BOD）是指在一定条件下用强氧化剂（如重铬酸钾、高锰酸钾）所消耗的氧量。当水体中存在有毒有机物时，一般