生物工程概论课程教学课件全册教学课件汇总.ppt

授课人：XX XX 生物工程概论XX学院 XX 专业【全套课件全套课件】第一章绪论 第一节第一节 生物工程的概述生物工程的概述1.1 生物工程的产生及定义1.2 生物工程的种类1.1生物工程的产生及定义生物工程概念的提出1917年匈牙利工程师提出：用甜菜作为饲料进行大规模养猪,及利用生物将原料转化成为产品.19世纪：人类有意识的利用酵母进行大规模发酵生产：酒精、面包酵母、柠檬酸1928年 发现青霉素，同时以获取细菌的次级代谢产物抗生素为主要特征的抗生素工业成为当时生物技术的支柱产业20世纪50年代氨基酸发酵工业成为生物工程的一个新成员20世纪60年代酶制剂工业的出现20世纪末、21世纪初 人类基因组测序酵母基因组测序、水稻基因组测序先后基本或全部完成，使生物技术发生了巨大的革命，逐步形成了以基因工程为核心的现代生物技术生物工程定义的充实1917：利用生物将原材料转化为产品1982：应用自然科学及工程学的原理，依靠微生物、动物、植物作为反应器，将物料进行加工以提供产品来为社会服务的技术 生物工程的定义：生物工程的定义：人们以现代生命科学为基础，结合先进的工程技术手段和其他基础学科的科学原理，按照预先的设计改造生物体或加工原料，为人类生产出所需产品或达到某种目的，即现代生物工程技术。

1.2 生物工程的种类基因工程细胞工程发酵工程酶工程蛋白质工程应用：农业、环境、食品、医药等多个方面 基因工程基因工程也叫基因操作、遗传工程或重组DNA技术，是20世纪70年代以后兴起的一门新技术基因工程(gene engineering)是指在基因水平上的操作井改变生物遗传特性的 技术即按照人们的需要，用类似工程设计的方法将不同来源的基因(DNA 分子)在体外构建成杂种DNA分子，然后导入受体细胞，并在受体细胞内复 制、转录和表达的操作，也称DNA重组技术因此，由该技术构建的且具有 新遗传性状的生物称为基因工程生物或转基因生物细胞工程细胞工程细胞工程(cell engineering)是指以细胞为基本单位，在体外条件下进行培养、繁殖或人为地使细胞某些生物学特性按人们的意愿发生改 变，从而达到改良生物品种和创造新品种的目的，加速繁育动植物个体，或获 得某种有用物质的技术细胞工程主要包括动植物细胞的体外培养技术、细胞 融合技术(也称细胞杂交技术)、细胞器移植技术等发酵工程发酵工程发酵工程(fermentation engineering)是指利用包括工程微生物在内的某些微生物或动、植物细胞及其特定功能，通过现代工程技术手段(主要是发酵罐或生物反应器的自动化、高效化、功能多样化、大型化)生产各种特定的有用物质；或者把微生物直接用于某些工业化生产的一种技术。

由于发酵多与微生物密切联系在一起，所以又有微生物工程或微生物发酵工程之称酶工程酶工程利用酶、细胞器或细胞所具有的特异催化功能以及对酶进行的修饰改造，并借助于生物反应器生产人类所需产品的一项技术主要包括酶的固定化技术、细胞固定化技术、酶的修饰改造技术及酶反应器的设计技术等蛋白质工程蛋白质工程 蛋白质工程(protein engineering)这一名称是1981年由美国基因公司的Ulmer提出的，它是指在基因工程的基础上，结合蛋白质晶体学、计算机辅助设计和蛋白质化学等多学科的基础知识，通过对基因的人工定向改造等手段，对蛋白质进行修饰、改造、拼接，以产生能满足人类需要的新型蛋白质的技术现代生物技术的发展现代生物技术的发展 现代生物技术时期是以分子生物学的理论为先导，以20世纪70年代DNA重组技术的建立为标志的1944年美国微生物学家Avery等用实验证明了DNA是遗传信息的携带者1953年美国学者Watson和Crick发现了DNA的双螺旋结构，1958年Crick又阐明了DNA的半保留复制模式，从而奠定了现代分子生物学的基础1961年Nirenberg，1965年 Holley，1967年Khorana分别对20种常见氨基酸以及起始和终止密码完成了破译。

1972年 Berg创建了DNA体外重组技术，这标志着生物技术的核心技术基因工程技术的开始生物工程发展的趋势 目前三个平台：DNA重组、细胞培养和DNA芯片未来将会形成的几个新的平台 1.基因组平台 2.生物芯片 3.干细胞生物学 4.生物信息学 5.神经科学第二章 基因工程基因工程基础基因工程基础内内容容基因工程研究基因工程研究基因工程的应用基因工程的应用第一节第一节基因工程基础基因工程基础基因工程的定义、研究内容基因工程的工具酶基因工程的载体基因工程中的一些主要分子生物学方法基因工程基因工程geneengineering运用限制性内切核酸酶、连接酶等酶类将不同DNA进行体外切割、连接构成重组DNA，再将重组DNA经生物介导或直接导入等转移方法引入受体细胞进行克隆、表达，从而改变生物遗传性以创造生物新种质，或通过大量扩增为人类提供有用产品等的技术基因工程的基本过程就是利用重组基因工程的基本过程就是利用重组基因工程的基本过程就是利用重组基因工程的基本过程就是利用重组DNADNA（recombinantDNArecombinantDNA）技术，在体外通过人）技术，在体外通过人）技术，在体外通过人）技术，在体外通过人工工工工“剪切（剪切（剪切（剪切（cutcut）”和和和和“拼接（拼接（拼接（拼接（splicesplice）”等方法，等方法，等方法，等方法，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行增殖，并使重组基因在受体内表达，产细胞内进行增殖，并使重组基因在受体内表达，产细胞内进行增殖，并使重组基因在受体内表达，产细胞内进行增殖，并使重组基因在受体内表达，产生出人类需要的基因。

生出人类需要的基因生出人类需要的基因生出人类需要的基因基因工程是用人工的方法把不同生物基因工程是用人工的方法把不同生物基因工程是用人工的方法把不同生物基因工程是用人工的方法把不同生物的遗传物质（基因）分离出来，在体外进的遗传物质（基因）分离出来，在体外进的遗传物质（基因）分离出来，在体外进的遗传物质（基因）分离出来，在体外进行剪切、拼接、重组，形成基因重组体，行剪切、拼接、重组，形成基因重组体，行剪切、拼接、重组，形成基因重组体，行剪切、拼接、重组，形成基因重组体，然后再把重组体引入宿主细胞或个体中以然后再把重组体引入宿主细胞或个体中以然后再把重组体引入宿主细胞或个体中以然后再把重组体引入宿主细胞或个体中以得到高效表达，最终获得人们所需要的基得到高效表达，最终获得人们所需要的基得到高效表达，最终获得人们所需要的基得到高效表达，最终获得人们所需要的基因产物基因可以通过复制把遗传信息传递给下一代基因可以通过复制把遗传信息传递给下一代基因可以通过复制把遗传信息传递给下一代基因可以通过复制把遗传信息传递给下一代基因工程研究的理论依据基因工程研究的理论依据不同的基因有相同的物质基础不同的基因有相同的物质基础不同的基因有相同的物质基础不同的基因有相同的物质基础基因是可切割的基因是可切割的基因是可切割的基因是可切割的基因是可转移的基因是可转移的基因是可转移的基因是可转移的多肽与基因之间存在对应关系多肽与基因之间存在对应关系多肽与基因之间存在对应关系多肽与基因之间存在对应关系遗传密码是通用的遗传密码是通用的遗传密码是通用的遗传密码是通用的基因工程技术路线基因工程技术路线1 1、DNADNA片段的取得（目的基因的分离和制备）片段的取得（目的基因的分离和制备）片段的取得（目的基因的分离和制备）片段的取得（目的基因的分离和制备）2 2、DNADNA片段和载体的连接片段和载体的连接片段和载体的连接片段和载体的连接重组体重组体重组体重组体DNADNA3 3、外源、外源、外源、外源DNADNA片段引入受体细胞片段引入受体细胞片段引入受体细胞片段引入受体细胞基因克隆基因克隆基因克隆基因克隆和基因文库和基因文库和基因文库和基因文库4 4、选择基因（目的基因）、选择基因（目的基因）、选择基因（目的基因）、选择基因（目的基因）5 5、目的基因表达、目的基因表达、目的基因表达、目的基因表达切接转选表达1.1基因工程的工具酶基因工程的工具酶限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶DNA聚合酶聚合酶DNA连接酶连接酶基因的剪刀基因的剪刀基因的针线基因的针线一类能够识别和切割双链一类能够识别和切割双链DNA分子内核苷分子内核苷酸序列的内切核酸酶。

酸序列的内切核酸酶restrictionendonuclease这类酶又简称为限制性内切酶或限制酶这类酶又简称为限制性内切酶或限制酶限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶根据酶的功能、大小和反应条件，及切割根据酶的功能、大小和反应条件，及切割的特点，可以将限制性内切酶分为的特点，可以将限制性内切酶分为三类：三类：型酶、型酶、型酶、型酶、型酶型酶型酶不适合做基因工程的工具酶型酶不适合做基因工程的工具酶型酶在基因工程中也不常用型酶在基因工程中也不常用型酶是基因工程理想的工具酶型酶是基因工程理想的工具酶限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶型型限制性核酸内切酶的基本特性限制性核酸内切酶的基本特性1、识别序列和切割位点、识别序列和切割位点2、切割方式、切割方式3、同尾酶和同裂酶、同尾酶和同裂酶4、限制性片段、限制性片段长度：长度：经限制性核酸内切酶切割后产生的DNA片段切割频率：切割频率：某限制酶在该DNA切割位点出现频率型型限制性核酸内切酶的基本特性限制性核酸内切酶的基本特性1、识别序列、识别序列可识别长度为可识别长度为4-7bp的双的双链链DNA特定序列，该识特定序列，该识别序列（识别位点）常别序列（识别位点）常呈旋转对称性。

呈旋转对称性1、切割位点、切割位点切割位点与其识别序列切割位点与其识别序列一致，在其识别序列内一致，在其识别序列内切割切割DNA型型限制性核酸内切酶的基本特性限制性核酸内切酶的基本特性2、切切割割方方式式DNA的的限限制制性性酶酶切切型型限制性核酸内切酶的基本特性限制性核酸内切酶的基本特性指来源不同、识别序指来源不同、识别序列不同但产生相同的列不同但产生相同的粘性末端的核酸内切粘性末端的核酸内切酶同裂酶指来源不同、同裂酶指来源不同、而识别序列和切割方而识别序列和切割方式均相同的核酸内切式均相同的核酸内切酶3、同尾酶和同裂酶、同尾酶和同裂酶DNA连接酶连接酶能够将两端能够将两端DNADNA拼接起来的酶类拼接起来的酶类原核生物主要有两种类型的原核生物主要有两种类型的DNADNA连接酶：连接酶：E Ecoli DNAcoli DNA连接酶和连接酶和T T4 4 DNA DNA 连接酶最常见的是最常见的是T T4 4噬菌体噬菌体DNADNA连接酶连接酶DNA连接酶连接酶能够催化能够催化DNADNA链上彼此相邻的链上彼此相邻的3 3-羟基（羟基（OH OH）和）和5 5-磷酸基团（磷酸基团（-P-P），），形成磷酸二酯键。

形成磷酸二酯键DNA连接酶 DNA连接酶就可以用来在体外连接DNA片段 DNA连接酶的作用是将双螺旋DNA分子的某一条链上两个相邻核苷酸之失去一个磷酸二酯键所出现的单链缺口封闭起来，即催化3-OH和5-p之间形成磷酸二酯键，从而将具黏性末端的双链DNA、平末端双链DNA以及带缺口的双链DNA连接起来原核生物主要有两种类型的DNA连接酶 Ecoli DNA连接酶T4DNA 连接酶 催化反应能量来源 不同T4DNA连接酶用ATP，而EcoliDNA连接酶则用NAD 催化平末端连接的能力不同 只有T4DNA连接酶能够连接两条平末端的双螺旋的DNA片段(一一)常用的常用的DNA聚合酶：聚合酶：大肠杆菌大肠杆菌DNA聚合酶聚合酶大肠杆菌大肠杆菌DNA聚合酶的聚合酶的Klenow大片断酶大片断酶T4噬菌体噬菌体DNA聚合酶聚合酶T7噬。