生物技术生物工程与生物制药(第七章)ppt

1、第七章 生物技术、生物工程与生物制药第一节第一节 生物学简介生物学简介第二节第二节 现代生物工程现代生物工程第三节第三节 生物药物生物药物2生物学简介 一、生一、生 物物 学学 发发 展展 史史 简简 介介（一）进化论和细胞学说（一）进化论和细胞学说 二、人二、人 类类 基基 因因 组组 计计 划划（二）经典遗传学（二）经典遗传学（三）分子生物学（三）分子生物学（四）现代生物技术（四）现代生物技术3进化论和细胞学说n达尔文(C. Darwin,18091882,英国) 1831.12.7，随“贝格尔”号环球旅行。4进化论和细胞学说 1859年，达尔文发表了物种起源一书，标志着进化论的诞生。 达

2、尔文第一次用大量事实和系统的理论论证了生物进化的规律。强调生物进化的主导力量是自然选择。5进化论和细胞学说 1871年，达尔文发表了人类的由来及其性选择，描述了人类进化的过程。6进化论和细胞学说 达尔文的进化论受到了当时反动教会势力和宗教神学家的猛烈抨击和嘲讽。 7进化论和细胞学说n赫胥黎(T. H. Huxley,18251895,英国) 最先提出了人猿同祖论，并大力宣扬和传播达尔文的进化论观点。 捍卫真理的斗士。 1860年6月30日， “牛津大辩论”进化论与神创论的激烈战斗。8进化论和细胞学说n严复(18541921,中国) 1896年，将赫胥黎的著作进化论与伦理学译成天演论出版。“物竞

3、天择，适者生存”。9进化论和细胞学说n虽然还有人坚持神创论，但我们仍然可以说：没有进化论，生物学将毫无意义。19C三大自然科学发现n进化论n细胞学说n能量守恒和转换定律10进化论和细胞学说n罗伯特胡克(R. Hooke,16351703,英国) 1664年用自制显微镜观察到植物的组织由许多空心的小室组成，遂将这些小室命名为“ cell ”。11进化论和细胞学说n列文虎克(A. van Leeuwenhock,荷兰) 1676年，用自制显微镜观察到许多微小生物，遂将其命名为“微动物”。12进化论和细胞学说n施莱登(Schleiden,德国)n施旺(Schwann,德国) 两人分别于1838年、1

4、839年提出细胞是组成生物体的基本单位。 两人共同创立了生物科学的理论基础细胞学说。13经典遗传学n孟德尔(G. J. Mendel,18221884,奥地利) 1857年开始做豌豆杂交遗传实验，得出了“遗传因子”的分离律和自由组合律。14经典遗传学n孟德尔的遗传分离律和自由组合律15经典遗传学 孟德尔显性遗传的经典实例： 欧洲的哈布斯皇族，世代都具有一个显著的特征下唇连同下颌一起向前突出。16经典遗传学 1865年，孟德尔将其8年的研究成果整理成植物杂交实验。 在遗传的内在规律和物质基础方面，孟德尔比达尔文的认识更深了一步，并支持和完善了生物进化理论。 孟德尔：遗传学之父。17经典遗传学19

5、00年，孟德尔定律的“再发现”n德弗里斯(H. De Vries,18481935,荷兰) 研究月见草、麦瓶草、罂粟 n柯伦斯(C. Correns,18641933,德国) 研究玉米、豌豆n西马克(E. Tschermark,18711962,奥地利) 研究豌豆18经典遗传学n约翰森(W. L. Johannsen,18571927,丹麦) 1909年，约翰森提议用“基因( gene )”代替“遗传因子”，意思是最基本的因子，得到了广泛赞同。19经典遗传学n摩尔根(T. H. Morgan,18661945,美国) 1910年，发表“关于果蝇性连锁遗传的论文”，将一个基因和一个具体的染色体的

6、行为联系起来，从此，染色体被认为是遗传基因的载体。20经典遗传学n果蝇复眼颜色的性连锁遗传21经典遗传学 1915年，摩尔根与他的学生等人发表孟德尔遗传机理,遗传的物质基础和基因论，系统地阐述基因学说和染色体理论。1933 Nobel Prize22分子生物学n薛定锷(E. Schrdinger,18871961,奥地利) 1943年，应邀在都柏林大学作“生命是什么”的演讲，讲稿次年汇册出版。 薛定锷预言了生命科学的研究深度将从生命的表面现象和细胞的层次，深入到分子的水平。他还提出将物理学、化学的理论与方法引入生命科学的研究中。 23分子生物学n格里菲思(F. Griffith,1877194

7、4,英国) 1928年，在对两种肺炎球菌( S型和R型)的研究中发现了“转化”现象。24分子生物学n艾弗里(O. Avery,1877-1955,美国) 1944年，揭示了“格里菲思之谜”，在世界上第一次证明了遗传基因就在DNA上。25分子生物学n赫尔希(A. D. Hershey,1908,美国) 1952年，赫尔希和他的学生蔡斯用放射性同位素标记法再次证明DNA是遗传信息的真正载体。1969 Nobel Prize26分子生物学n沃生(J. D. Watson,1928,美国)n克里克(F. H. C. Click,1916,英国) 1953年，在自然杂志上发表论文核酸的分子结构，建立了D

8、NA的双螺旋结构。标志着分子生物学的诞生。1962 Nobel Prize27分子生物学DNA双螺旋结构n双链反向平行，围绕同一轴形成双螺旋n碱基在内侧，互补配对（AT，CG）n磷酸基团和脱氧核糖在外侧28分子生物学n威尔金斯(M. Wilkins,1916,英国) 在剑桥大学国王学院DNA结构研究室就职期间，计算出DNA分子螺旋的直径与长度。还对DNA分子的结构作出了确切而关键性的描述：磷酸根在螺旋的外侧，碱基在螺旋内侧。 1962 Nobel Prize29分子生物学n富兰克林(R. Franklin,19201958,英国) 运用X射线衍射技术拍摄了清晰而优美的DNA照片。 30分子生物

9、学n沃生(J. D. Watson)n克里克(F. H. C. Click) 随后，二人在自然上再次发表论文，阐述了DNA的半保留复制。31分子生物学n克里克 1957年，提出蛋白质合成的“中心法则”。 32分子生物学n莫诺(19101976,法国)n雅各布(1920,法国) 1961年，二人合作提出了“信使核糖核酸” (mRNA)的概念。 mRNA的作用：从DNA长链上转录所需要的遗传密码，成为合成蛋白质的模版。1965 Nobel Prize33分子生物学n尼伦伯格(M. W. Nirenberg,1927,美国)n霍拉纳(H. G. Khorana, 1922, 巴基斯坦裔美籍) 两人采

10、用先合成已知序列的mRNA，再与其体外翻译的多肽链顺序比较的方法破译密码子。1968 Nobel Prize34分子生物学 1966年，所有的遗传密码破译。这个密码决定了每一种蛋白的每一种氨基酸是由DNA里哪几种核苷酸所决定的，而且决定规律是什么。35现代生物技术 1946年，美国生物化学家E. L. 塔特姆(19091975)和美国遗传学家J. 莱德伯格(1925 )发现两种细菌在混合培养时发生了“杂交”，在世界上首次实现了基因重组。1958 Nobel Prize36现代生物技术 1972年，瑞士微生物遗传学家W阿尔伯(1929 ) 发现基因工程的手术刀核酸限制性内切酶EcoRI。 限制性

11、内切酶的发现使近代基因工程得以开展。1978 Nobel Prize37现代生物技术n1977年，首次将人胰岛素基因通过大肠杆菌表达成为人胰岛素，基因工程学诞生。n凝胶电泳技术38现代生物技术nPCR 缪里斯(K. Mullis)在1983年4月一个周末之夜想出来的。随后缪里斯反复进行实验，结果表明PCR技术是可行的。 1988年，西特斯公司开始在PCR中使用Taq酶，从而实现了PCR的自动化。1993 Nobel Prize39现代生物技术nPCR40现代生物技术n克隆技术。n转基因技术。411.人类基因组计划的提出 1986年3月7日，美国病毒学家雷杜尔贝柯石(1914)在美国科学杂志上发

12、表了一篇题为癌症研究的转折点人类基因组的全序列分析的文章，他指出：“人类DNA序列是人类的真谛，这个世界上发生的一切事情，都与这一序列息息相关。”该文后来被称为“人类基因组计划( HGP )” 的“标书”。422.人类基因组计划的实施 1990年，美国国会批准了“人类基因组计划”，并于10月1日正式启动。 英国、日本、法国、德国和中国先后加盟，充分显示了多国合作在当代科研中的重要性。433.人类基因组计划的研究内容 人类基因组计划要测定的是人体23对染色体中的所有DNA的序列，它由31.647亿个碱基对组成，共有33.5万个基因。n结构基因组学：遗传图、物理图、测序；n功能基因组学：转录图和基

13、因鉴定；n比较基因组学：不同进化阶段生物基因组 的比较。444.人类基因组草图绘制完成 1999年12月1日，国际人类基因组计划联合研究小组宣布完整破译出人体第22对染色体的遗传密码，解读结果刊登在1999年12月2日的自然杂志上。454.人类基因组草图绘制完成 22号染色体的长臂约有3400万个碱基对，短臂约1500万个碱基对。分析结果共发现545个基因，134个假基因（目前未发现其功能的基因），并初步断定了22号染色体上与遗传病有关的一些基因。464.人类基因组草图绘制完成 中国承担的1人类基因组测序结果。474.人类基因组草图绘制完成 2000年6月26日，美国总统克林顿和英国首相布莱尔

14、联合宣布：人类有史以来的第一个基因组草图已经完成。484.人类基因组草图绘制完成 2001年2月12日，中、美、日、德、法、英6国科学家和美国塞莱拉公司联合公布人类基因组图谱及初步分析结果。 2003年4月15日，在DNA双螺旋结构模型发表50周年前夕，中、美、日、德、法、英6国元首或政府首脑签署文件，6国联合宣布：人类基因组序列图完成。 495.在医药方面的意义n基因治疗505.在医药方面的意义n基因治疗515.在医药方面的意义n基因治疗525.在医药方面的意义n基因制药535.在医药方面的意义n基因芯片(DNA芯片)54DNA芯片技术的概念芯片技术的概念基因芯片基因芯片(Gene chip

15、)(Gene chip)技术：技术： 是指通过是指通过微阵列微阵列技术将高密度技术将高密度DNADNA片段阵片段阵列通过高速机器人或原位合成方式以一定的列通过高速机器人或原位合成方式以一定的顺序或排列方式使其附着在如玻璃片等固相顺序或排列方式使其附着在如玻璃片等固相表面，以荧光标记的表面，以荧光标记的DNADNA探针，借助碱基互补探针，借助碱基互补杂交原理，进行大量的基因表达及监测等方杂交原理，进行大量的基因表达及监测等方面研究的技术。面研究的技术。55基因芯片的原理基因芯片的原理核酸杂交技术核酸杂交技术是基因芯片应用的基础。是基因芯片应用的基础。 其基本原理是将一系列的核酸片段固定在芯片载体

16、上其基本原理是将一系列的核酸片段固定在芯片载体上作为固相靶片段（作为固相靶片段（ target ），待测的核酸片段人工标记），待测的核酸片段人工标记上不同的荧光、或同位素等作为探针（上不同的荧光、或同位素等作为探针（ probe），一定条），一定条件下两者杂交，根据杂交后不同的信号即可获得靶片段件下两者杂交，根据杂交后不同的信号即可获得靶片段的信息，进行计算机分析。的信息，进行计算机分析。56PCR PCR 制备固制备固相靶相靶基因基因杂交杂交结果观察，信息分析结果观察，信息分析药物处理细药物处理细胞胞 总总 mRNACy5 标记标记未处理的细未处理的细胞总胞总mRNACy3 标记标记57固相介质固相介质 有硅片、二氧化硅、玻璃、尼龙膜、有硅片、二氧化硅、玻璃、尼龙膜、 塑料等。塑料等。探探 针针 mRNA， 或是以或是以mRNA为模板合成的为模板合成的cDNA。靶片段靶片段 DNA、寡核苷酸、寡核苷酸、RNA等。等。标记物标记物 常采用荧光剂，如常采用荧光剂，如Cy3、Cy5， 同位素、地高辛等。同位素、地高辛等。58检测与疾病相关的基因检测与疾病相关的基因, 进而用于疾病诊断进而用于疾病诊断目前主要涉及：目前主要涉及：癌症、癌症、心血管疾病、心血管疾病、血液病、血液病、遗传性疾病、遗传