第一节生物学简介

生物技术、生物工程与生物制药第一节生物学简介一、生物学开展简史进化论和细胞学说经典遗传学分子生物学现代生物技术二、人类基因组方案人类基因组方案(humangenomeproject,HGP)是由美国科学家于1985年率先提出，于1990年正式启动的。美国、英国、法兰西共和国、德意志联邦共和国、日本国国和我国科学家共同参与了这一价值达30亿美圆的人类基因组方案。这一方案旨在为30多亿个碱基对构成的人类基因组准确测序，发现一切人类基因并搞清其在染色体上的位置，破译人类全部遗传信息。与曼哈顿原子弹方案和阿波罗方案并称为三大科学方案。

HGP的诞生和启动1985年5月在加州SantaCruz由美国DOE的SinsheimerRL主持的会议上提出了测定人类基因组全序列的动议，构成了美国能源部的“人类基因组方案〞草案。1988年，美国成立了“国家人类基因组研讨中心〞1990年10月1日，经美国国会同意美国HGP正式启动，总体方案在15年内投入至少30亿美圆进展人类全基因组的分析。1989年2月英国开场HGP1990年6月法兰西共和国的HGP启动。1995年德意志联邦共和国开场HGP。2、物理图谱〔physicalmap〕

物理图谱是指有关构成基因组的全部基因的陈列和间距的信息，它是经过对构成基因组的DNA分子进展测定而绘制的。绘制物理图谱的目的是把有关基因的遗传信息及其在每条染色体上的相对位置线性而系统地陈列出来。DNA物理图谱是指DNA链的限制性酶切片段的陈列顺序，即酶切片段在DNA链上的定位。因限制性内切酶在DNA链上的切口是以特异序列为根底的，核苷酸序列不同的DNA，经酶切后就会产生不同长度的DNA片段，由此而构成独特的酶切图谱。因此，DNA物理图谱是DNA分子构造的特征之一。DNA是很大的分子，由限制酶产生的用于测序反响的DNA片段只是其中的极小部分，这些片段在DNA链中所处的位置关系是应该首先处理的问题，故DNA物理图谱是顺序测定的根底,也可了解为指点DNA测序的蓝图。广义地说，DNA测序从物理图谱制造开场，它是测序任务的第一步。3、序列图谱随着遗传图谱和物理图谱的完成，测序就成为重中之重的任务。DNA序列分析技术是一个包括制备DNA片段化及碱基分析、DNA信息翻译的多阶段的过程。经过测序得到基因组的序列图谱。

4、基因图谱

基因图谱是在识别基因组所包含的蛋白质编码序列的根底上绘制的结合有关基因序列、位置及表达方式等信息的图谱。在人类基因组中鉴别出占具2%~5%长度的全部基因的位置、构造与功能，最主要的方法是经过基因的表达产物mRNA反追到染色体的位置。

基因图谱的意义：在于它能有效地反响在正常或受控条件中表达的全基因的时空图。经过这张图可以了解某一基因在不同时间不同组织、不同程度的表达；也可以了解一种组织中不同时间、不同基因中不同程度的表达，还可以了解某一特定时间、不同组织中的不同基因不同程度的表达。

现代生物工程基因工程指在体外将核酸分子插入病毒、质粒、或其他载体分子，构成遗传物质的新组合，并使之参入到原先没有这类分子的寄主细胞内，而能继续稳定地繁衍，并经过工程化为人类提供有用的产品及技术效力的技术。如：人工合成胰岛素基因工程(geneengineering)常和以下称号混用遗传工程(geneticengineering);基因克隆(genecloning);分子克隆(molecularcloning);基因操作(genemanipulation);重组DNA技术(recombinationDNAtechnique)克隆(clone):作名词时指含有某目的DNA片段的重组DNA分子或含有该重组分子的无性繁衍系.作动词时是指基因的分别与重组过程。基因工程的主要内容1、从复杂的生物有机体基因组中，经过酶切消化或PCR扩增等步骤，分别出带有目的基因的DNA片段。2、在体外，将带有目的基因的外源DNA片段衔接到可以自我复制的并具有选择记号的载体分子上，构成重组DNA分子。3、将重组DNA分子转移到适当的受体细胞(亦称寄主细胞)，并与之一同增殖。4、从大量的细胞繁衍群体中，挑选出获得了重组DNA分子的受体细胞克隆。5、从这些挑选出来的受体细胞克隆，提取出曾经得到扩增的目的基因，供进一步分析研讨运用。6、将目的基因克隆到表达载体上，导入寄主细胞，使之在新的遗传背景下实现功能表达，产生出人类所需求的物质。酶工程酶工程酶工程是利用酶、细胞器或细胞所具有的特异催化功能，或对酶进展修饰改造，并借助生物反响器何工艺过程来消费人类所需产品的一项技术。一、酶的来源

提取法化学合成法发酵法二、酶的消费菌对菌种的要求：a、产酶量高，酶的性质符合运用要求，而且最好是产生胞外酶的菌；b、不是致病菌，在系统发育上与病原体无关，也不产生毒素；c、稳定，不易变异退化，不易感染噬菌体；d、能利用廉价的原料，发酵周期短，易于培育。消费酶的来源a、菌种保藏机构和有关研讨部门获得；b、大量要从自然界中分别挑选；自然界是产酶菌种的主要来源，土壤、深海、温泉、火山、森林等都是菌种采集地。挑选产酶菌的方法：采集、菌种的分别初筛、纯化、复筛和消费性能检定等。菌种改良的途径：运用遗传学原理进展基因突变、基因转移和基因克隆。三、酶的分别纯化细胞破碎酶的提取高速离心后过滤与膜分别浓缩和枯燥纯度和活力测定四、酶的分子改造生物酶工程法基因工程技术消费酶蛋白质工程技术改造酶五、酶与细胞固定化〔一〕固定化酶固定化酶〔immobilizedenzyme〕的定义:指限制或固定于特定空间位置的酶。详细讲是指经物理或化学方法处置，使酶变成不易随水流失即运动遭到限制，而又能发扬催化作用的酶制剂。制备固定化酶的过程称为酶的固定化。固定化所采用的酶，可以是纯化的酶，也可以是结合在菌体〔死细胞〕或细胞碎片上的酶或酶系。

〔二〕固定化细胞的定义

将细胞限制或定位于特定空间位置的方法称为细胞固定化技术。被限制或定位于特定空间位置的细胞称为固定化细胞，它与固定化酶同被称为固定化生物催化剂。细胞固定化技术是酶固定化技术的开展，因此固定化细胞也称第二代固定化酶。固定化细胞主要是利用细胞内酶和酶系，比固定化酶运用普遍。六、生物传感器生物传感器是利用生物活性物质〔即生物元件〕做敏感器件，配以适当的换能器〔即信号传导器〕所构成的分析检测工具。目前国际上已研制胜利的酶传感器有20余种，其中最成熟的是葡萄糖传感器。细胞工程细胞工程的概念细胞工程是指在细胞程度上的遗传操作，即经过细胞交融、核质移植、染色体或基因移植以及组织和细胞培育等方法，快速繁衍和培育出人们所需求的新物种的技术。一、细胞工程的根本内容原核细胞核真核细胞指没有核膜而只需一个构成核样体的染色体且不进展有丝分裂的细胞。细胞外表的一层单位膜，特称为质膜。真核细胞除了具有质膜、核膜外，兴隆的细胞内膜构成了许多功能区隔。由膜围成的各种细胞器，如核膜、内质网、高尔基体、线粒体、叶绿体、溶酶体等。在构造上构成了一个延续的体系，称为内膜系统。内膜系统将细胞质分隔成不同的区域，即所谓的区隔化。二、植物细胞工程植物细胞培育植物细胞交融转基因植物技术植物次生代谢物的消费转基因植物技术生物药品〔植物抗体〕食品工业用酶农作物生物药品〔植物抗体〕1989年，Hiatt等将分泌特异性抗体的杂交瘤中得到的抗体的重链和轻链基因片段转入烟草，在转化株中表达了抗体的重链和轻链，经过表达重链和轻链的单株杂交，其后代体内得到完好的具有免疫活性的抗体。动物的免疫系统同样可以在植物体内发扬抗病毒的作用。P食品在如何对转基因生物作平安性评价，国际上有一个广泛接受和采用的“本质等同〞原那么。这一原那么强调，评价转基因食品平安性的目的，不是要了解该食品的绝对平安性，而是评价它与非转基因的同类食品比较的相对平安性。在评价时注重“个案分析〞，即对转基因食品的平安性不一概而论。动物细胞工程1975年，著名免疫学家米尔斯坦和同事克勒尔在英国剑桥大学分子实验室内巧妙地把B淋巴细胞和能无限生长的骨髓细胞合并成一个杂交瘤细胞。杂交瘤细胞因此具备了双重特性：既能无限生长，又能产生B淋巴细胞的抗体。当杂交瘤细胞注射进老鼠的腹腔后，它就能产一种特异性抗体－单克隆抗体。细胞拆合所谓细胞拆合就是把核与质别分开来，然后把不同来源的细胞质和细胞核相互配合，构成核质杂交细胞。细胞拆合可以分为物理法和化学法两种类型。发酵工程发酵：利用微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生物菌体或其代谢产物的过程。发酵工程：是一门将微生物学、生物化学和化学工程学的根本原理有机结合起来，利用微生物的生长和代谢活动来消费各种有用物质的工程技术。由于它以培育微生物为主，所以又称为微生物工程。发酵工程的历史地球上有了生命活动就有了发酵景象始于作为家庭工业的食品酿造业啤酒、葡萄酒、白酒、面包、泡菜、酱油、醋、米酒发酵工程概略特点：投资少见效快污染小外源基因易高效表达比例：占国民消费总值的5%医药产品中，占总产值20%发酵技术的运用医药行业食品工业能源工业化学工业冶金工业农业环境维护生物药物一、生物药物的概念生物药物是指运用生物学、医学、生物化学等研讨成果,从生物体、生物组织、细胞、体液等,综合利用物理学、化学、生物化学、生物技术、药学等学科的原理和方法制造的一类用于预防、治疗和诊断的制品。〔一〕生物药物的原料来源天然生物资料:动物、植物、微生物等。人工生物资料:免疫法制备的动物原料、基因工程技术制备的微生物或其它细胞原料。〔二〕生物药物的特性1、药理学特性〔1〕治疗的针对性强：治疗的生理生化机制合理，疗效可靠。如：细胞色素c治疗组织缺氧。〔2〕药理活性高：精制的高活性物质，具高效的药理活性。ATP〔3〕毒副作用小，营养价值高：主要是蛋白、核酸、糖、脂类。〔4〕生理副作用常有发生：不同生物、不同个体的活性物质的构造有差别。表如今免疫反响和过敏反响。二、生物药物的历史与开展P145〔一〕生物制药的历史“五谷为养、五果为助、五菜为充、五畜为益〞甲骨文〔4000年〕记载40多种动物入药<肘后备急方>海藻治疗甲状腺孙思邈用羊肝治疗“雀目〞“本草纲目〞收录444种动物药我国现阶段的生物药物是从动物药开场开展起来的。如20世纪50年代的胰岛素和脑啡肽。1966—1972研讨消费停顿。1976年后开展迅速，称为“脏器制药〞阶段1980年以后，由于消费技术提高，原料运用面广，称为“生化制药〞阶段。生物制药的更新第一代以生物体活性物质为主第二代利用现代生化技术得到活性物质第三代利用生物技术消费天然生化物质三、生物药物的分类与临床用途1、按药物的化学本质和化学特性分类〔1〕氨基酸及其衍生物类药物：天然氨基酸和氨基酸混合物及衍生物〔2〕多肽和蛋白质类药物：化学本质一样，性质类似，但Mr不同，在生物学上性质差别那么较大。如大小分子的免疫原性差别较大。〔3〕酶和辅酶类药物：分为消化酶类、消炎酶类心脑血管疾病治疗酶类、抗肿瘤酶类、氧化复原酶类。种类多，构造各异。〔4〕核酸及其降解物和衍生物类药物：包括核酸、多聚核苷酸、单核苷酸、核苷、碱基等。〔5〕糖类药物：以粘多糖为主。特点是具有多糖构造，由于糖苷键的位置不同，多糖种类繁多，药理功能各异。〔6〕脂类药物：性质类似，构造差别较大。主要有脂肪和脂肪酸类、磷脂类、胆酸类、固醇类、卟啉类。〔7〕细胞生长因子类：是人或动物各类细胞分泌的具有多种生物活性的因子。是近年来开展最迅速的生物药物之一。〔8〕生物制品类：作为预防、治疗、诊断特定传染病和其他疾病的制剂。2、按原料来源分类：有利于对不同原料进展综合利用、开发研讨。〔1〕人体组织来源：种类多，疗效好，无副作用。但遭到法律和伦理的限制，主要有人血液制品、人胎盘制品、人尿制品。〔2〕动物组织来源：包括动物脏器制药的全部内容。原料来源丰富，价钱低廉，可批量消费。但由于动物种族的差别，产品要进展严厉的药理毒理实验。还有其它小动物产品如蛇毒、蝎毒、蜂毒。〔3〕植物组织来源：植物药物是中草药的主要成分。中药现代化研讨是重点。〔4〕微生物来源：以抗生素为典型，发酵技术是生物制药的主要内容。氨基酸、维生素、酶的消费多用微生物发酵技术。〔5〕海洋生物来源：最新的药物资源。种类多，资源丰富，潜力大。3、按生理功能和用途分类〔1〕治疗药物：用于常见病、多发病。〔2〕预防药物：菌苗、疫苗、类毒素。主要用于传染病。〔3〕诊断药物：速度快、灵敏度高、特异性强。〔4〕其他生物医药用品：生化试剂、保健品、化装品、食品、医用资料。四、生物药物的开展趋势〔一〕资源的综合利用与扩展开发〔二〕