生物技术原理.ppt
《生物技术原理.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《生物技术原理.ppt(114页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、第五章 生物技术原理,21世纪是生命科学与生物技术的世纪,生物技术被世界各国视为一项高新技术,广泛应用于农业、工业、医药卫生、食品、化工能源等各行各业,正在对人类社会生活产生深远影响。,生物技术也称为生物工程,是指以现代生命科学为基础,结合其它基础学科的科学原理,采用先进的工程技术手段,改造或重新设计细胞的遗传物质,按照预先的设计改造生物体,获得优良品质的动物、植物和微生物品系,或加工生物原料,为人类生产出所需产品,达到提高社会生产力和生活质量的目的。,基因工程细胞工程酶工程发酵工程蛋白质工程,生物技术,第一节 基因工程操作原理第二节 细胞工程操作原理第三节 酶工程第四节 发酵工程第五节 蛋白
2、质工程第六节 分子杂交与遗传标记,生物技术的发展日新月异,新成果层出不穷,了解生物技术原理有利于理解和利用生物技术为社会服务。,旨在通过本章的学习,达到了解生物技术基本原理的目的。,第一节 基因工程操作原理(P133),一、什么是基因工程二、基因工程操作技术及原理,一、什么是基因工程,概念:也叫 基因操作 遗传工程 重组DNA技术,基因工程主要原理,基因工程四个步骤,用人工方法,把生物的遗传物质分离出来,在体外进行基因切割、连接、重组、转移和表 达的技术。,克隆目的基因,取得所需要的DNA特异片段。与DNA载体连接成重组DNA。引入细菌或动植物细胞并使其增殖。挑选出受体细胞,指导合成蛋白质或优
3、良新品种。,第一节 基因工程操作原理,(一)核酸分子的提取技术(二)电泳技术(三)各种酶的使用(四)基因克隆(五)体外重组(六)载体构建(七)转化(八)重组体的筛选与鉴定(九)培育新型品种,二、基因工程操作技术及原理,第一节 基因工程操作原理,分类:,方法:,(一)核酸分子的提取技术,RNA的提取总DNA的提取质粒DNA的提取,首先,粉碎组织细胞;其次,DNA用乙醇等进行沉淀;最后,用苯酚、氯仿等洗涤 纯化。,第一节 基因工程操作原理,(二)电泳技术,带电物质在电场中向相反电极移动的现象称为电泳。各种生物大分子在一定pH值条件下,可以解离成带电荷的离子,在电场中会向相反的电极移动。,分类:,琼
4、脂糖凝胶电泳、聚丙烯酰胺凝胶电泳、脉冲电场凝胶电泳。,概念:,第一节 基因工程操作原理,总RNA,总DNA,质粒DNA,第一节 基因工程操作原理,第一节 基因工程操作原理,(三)各种酶的使用,1、限制性内切酶的使用,分类:型酶、型酶和型酶。,概念:是一类能识别双链DNA中特殊核苷酸序列,并在合适的条件下使每一条链一定位点上的磷酸二酯键断开,产生具有3-OH基团和5-P基团的DNA片段的内切脱氧核糖核酸酶。,用质粒构建,第一节 基因工程操作原理,重组DNA分子,用噬菌体DNA构建,第一节 基因工程操作原理,重组DNA分子,限制性内切酶造成粘性末端有利于重组DNA 分子的构建,第一节 基因工程操作
5、原理,2、DNA连接酶的使用,DNA连接酶能够催化具有3-OH基团和5-P基团的DNA片段之间形成磷酸二酯键。在基因克隆中用来连接载体与目的基因。,第一节 基因工程操作原理,DNA聚合酶可以使单核苷酸通过磷酸二酯键加在寡核苷酸的3-OH端,在基因克隆中用来补平缺口。尤其是具有耐热性质的DNA聚合酶的分离极大促进了基因等DNA片段的体外合成与扩增技术的发展。,3、DNA聚合酶的使用,第一节 基因工程操作原理,4、逆转录酶的使用,逆转录酶可以RNA为模板合成DNA,即cDNA(互补DNA)。在基因克隆中常用来构建cDNA文库。,第一节 基因工程操作原理,(四)基因克隆,第一节 基因工程操作原理,5
6、,3,3,5,5,3,3,5,+,变性(94),复性(55),5,3,P1,3,5,+,P2,+,P1,P2,合成(72),PCR,一般用PCR 扩增方法,根据已知基因的序列设计引物来克隆基因。,1、克隆已知基因序列的基因,第一节 基因工程操作原理,第一节 基因工程操作原理,在某种植物的同源基因被克隆的条件下,可先构建cDNA 文库或基因组文库,然后以该基因(或部分序列)为探针来筛选目的基因的克隆。,作图克隆技术是随着分子标记图谱的建立而发展起来的基因克隆技术。根据连锁图谱定位的基因来克隆目的基因。克隆植物分子连锁图谱定位的基因,可采用作图克隆的策略。作图克隆是从连锁标记出发,通过大片段克隆(
7、BAC或YAC库)的染色体步移到达靶基因。,第一节 基因工程操作原理,3、作图克隆,根据基因的产物蛋白质克隆基因。首先根据已知的生化缺陷或特征确认与该功能有关的蛋白质,再分离纯化这一蛋白并制备相应抗体;或测定其氨基酸序列,推测可能的mRNA序列,根据mRNA序列设计相应的核苷酸探针或寡核苷酸引物。利用抗体或核苷酸探针筛选文库,也可进行PCR扩增。,2、功能克隆,第一节 基因工程操作原理,(1)消减杂交法(2)DNA 标签法(3)差别显示技术包括:mRNA 差别显示法等。(4)缺陷互补和反义mRNA技术(5)cDNA微阵列和基因芯片技术,4、表型差异克隆,利用表型差异或组织器官特异表达产生的差异
8、来克隆基因。,利用酵母或细菌制备人工染色体基因组文库,从中克隆基因,如酵母双杂交体系可以分离能与已知的靶蛋白质相互作用的蛋白质的编码基因。,5、染色体大片段基因克隆,第一节 基因工程操作原理,第一节 基因工程操作原理,是将带有目的基因的外源DNA片段连接到能够自我复制并具有选择标记的载体分子上,形成重组DNA 分子。,(五)体外重组,理想的运载体是质粒,当给它安装一段外来 DNA片段后,它依然如故地进行自我复制。,(六)载体构建,第一节 基因工程操作原理,(1)农杆菌介导转化法:将外植体放入农杆菌菌液中浸泡,然后转入共培养基,再转入筛选培养基诱导抗性愈伤组织和抗性芽,生根后的抗性植株移栽至营养
9、钵培养。,(七)转化,1、植物转基因技术,第一节 基因工程操作原理,又称微弹轰击法。其基本原理是将外源DNA包被在微小的金粒或钨粒表面,然后在高压的作用下,微粒被高速射入受体细胞或组织,微粒上的外源DNA进入细胞后,整合到植物染色体上,得到表达,从而实现基因的转化,,(2)基因枪法,第一节 基因工程操作原理,利用植物在开花、受精过程中形成的花粉管通道,将外源DNA导入受精卵细胞,并进一步地被整合到受体细胞的基因组中,随着受精卵的发育而成为带转基因的新个体。,(3)花粉管通道法,第一节 基因工程操作原理,80年代初期周光宇转基因抗虫棉不依赖组织培养,首先制备植物原生质体,游离出细胞,在倒置显微镜
10、和显微操作器的帮助下,将目的基因DNA通过微管注射到受体细胞中。,(4)微注射法,第一节 基因工程操作原理,在短时间的高压直流电脉冲的冲击下,可以使原生质膜的分子疏松,形成暂时性的直径为34 nm的小孔,但对原生质体生活力影响不大。这时,存在于原生质体周围溶液中的外源DNA,就可以通过这种小孔进入原生质体,实现基因的直接转移。,(5)电穿孔法,第一节 基因工程操作原理,原生质体在短时间的微束激光照射下,可在质膜表面形成面积约0.25 m2左右的小孔,使DNA分子进入细胞。,(6)微束激光打孔法,世界上主要有4类已报道的方法:1)融合法,包括精子融介法,微细胞介导融合等。2)化学法,包括DNA-
11、磷酸钙沉淀法、DEAE-葡聚糖法、染色体介导法。3)物理法,包括显微注射法、电脉冲法、细胞冻存法等。4)病毒感染法,包括重组DNA病毒感染、重组RNA病毒感染等。真正成熟方法显微注射DNA法精子介导法核移植法,2、转基因动物技术,第一节 基因工程操作原理,核显微注射法是转基因技术中最常用的方法。它是在显微镜下将外源基因注射到受精卵细胞的原核内,注射的外源基因与胚胎基因组融合,然后进行体外培养,最后移植到受体母畜子宫内发育,这样分娩的动物体内的每一个细胞都含有新的DNA 片段。,(1)核显微注射法,第一节 基因工程操作原理,缺点:效率低表达结果的不确定性动物利用率低等,在反刍动物:繁殖周期长,较
12、强的时间限制、需要大量的受体动物。,精子介导的基因转移是把精子作适当处理后,使其具有携带外源基因的能力。然后,用携带有外源基因的精子给母畜授精。优点:成本很低,只有显微注射法成本的110。由于它不涉及对动物进行手术处理,因此,可以用生产牛群或羊群进行试验。,(2)精子介导的基因转移,第一节 基因工程操作原理,先把外源基因与供体细胞在培养基中培养,使外源基因整合到供体细胞上,然后将供体细胞的细胞核移植到受体细胞去核卵母细胞,构成重建胚,再把其移植到假孕母体,待其妊娠、分娩,便可得到转基因的克隆动物。,(3)核移植转基因法,第一节 基因工程操作原理,遗传检测法物理检测法菌落或噬菌斑杂交筛选法免疫化
13、学检测法DNA 蛋白质筛选法转译筛选法等,(八)重组体的筛选与鉴定,技术方法:,第一节 基因工程操作原理,草甘磷是一种广谱除草剂,将含有抗草甘磷的EP2SP合成酶突变基因引入植物,就可使植物获得抗除草剂特性,使大田作物便于除草,农业操作简便。,(九)培育新型品种,第一节 基因工程操作原理,在食品工业方面可提高微生物菌种性能,通过基因工程改造的面包酵母中麦芽糖透性酶和麦芽糖酶的含量比普通面包酵母高,产生二氧化碳气体的量也较高,可制作出更松软可口的面包。,第一节 基因工程操作原理,凝乳酶传统方法是从小牛胃中提取,成本高,产量低,20 世纪80 年代以来,将凝乳酶原基因导入大肠杆菌,成功地进行了大规
14、模的生产。,第一节 基因工程操作原理,美国基因重组的抗霜菌,洒在植物上可抗霜冻。,目前,基因工程作物主要有玉米、大豆、水稻、棉花、马铃薯、番茄、烟草等。,第一节 基因工程操作原理,第一节 基因工程操作原理,“多莉”轰动了世界;“克隆人”让人匪夷所思;将人类的干细胞加到动物的早期发育胚胎中,导致猪体内流人血,老鼠长着人类脑细胞,小鼠背上长人耳。,第二节 细胞工程操作原理(P139),一、什么是细胞工程二、细胞工程技术与原理,细胞工程:按照人们的需要和科学设计改变细胞的遗传基础,并通过无菌操作,细胞融合,核质移植,染色体移植以及组织和细胞培养等技术,重组细胞的结构和内含物,以改变生物的结构和功能,
15、快速繁殖和培养出人们所需要的新物种的生物工程技术。,一、什么是细胞工程,第二节 细胞工程操作原理,(一)细胞融合技术细胞融合,又称细胞杂交:是指在离体条件下用人工方法使两个或两个以上的细胞相互接触后,导致细胞合并形成一个新细胞的过程。,二、细胞工程技术与原理,第二节 细胞工程操作原理,自然融合人工诱导融合,通常所说的细胞融合指人工诱导融合。,1、制备原生质体2、诱导细胞融合 3、筛选杂合细胞,细胞融合技术主要步骤:,第二节 细胞工程操作原理,克隆技术:从同一个亲代细胞形成的一组细胞,形成大量子细胞的无性繁殖过程,这些子细胞和亲代细胞完全相同,多莉的诞生意味着人类可以利用动物的一个组织细胞“复印
16、”出大量相同的生命体,这个过程称为克隆技术。,(二)克隆技术,第二节 细胞工程操作原理,生物克隆原理,第二节 细胞工程操作原理,染色体工程是按照预先的设计,添加、消除或替代同种或异种染色体的全部或一部分,从而达到定向改变生物遗传性状或选育新品种的目的。例如,向小麦中添加黑麦染色体形成小黑麦附加系、代换系等,为染色体的研究和育种提供新材料。,(三)染色体工程,第二节 细胞工程操作原理,将动物的一个早期胚胎如8细胞胚取出并在动物体外进行分割后,把分割胚胎都移植到母体内,结果得到由多个胚胎细胞克隆而成的生物。,(五)胚胎分割和移植技术,第二节 细胞工程操作原理,细胞质工程又称细胞拆合工程,是通过物理
17、或化学方法将细胞质与细胞核分开,再进行不同细胞间核质的重新组合,细胞质的置换重建成新细胞。,(四)细胞质工程,细胞核转移技术就是将一个细胞的细胞核取出,移入另外一个除去了细胞核的细胞中,组成一个完整的细胞。该技术是体细胞克隆技术的基础。,(六)细胞核转移技术,第二节 细胞工程操作原理,(七)干细胞工程,第二节 细胞工程操作原理,干细胞工程是利用干细胞的增殖特性,多分化潜能及其增殖分化的高度有序性,通过体外培养干细胞、诱导干细胞定向分化或利用转基因技术处理干细胞以改变其特性的方法。,(八)大规模细胞组织培养技术,第二节 细胞工程操作原理,第二节 细胞工程操作原理,第二节 细胞工程操作原理,生物体
18、机器酶复杂高效化学反应。胃分泌的胃蛋白酶胰脏分泌的淀粉酶、胰蛋白酶和脂肪酶,第三节 酶工程(P142),一、酶工程的概念和内容二、酶分析技术三、酶的生产四、酶的提取和分离纯化五、酶的固定化方法六、酶的应用,酶是一种在生物体内具有新陈代谢催化剂作用的蛋白质。具有反应效率高、条件温和、反应产物污染小、能耗低和反应易控制等特点。酶工程又称酶工艺学,就是利用酶的催化作用,利用酶或者微生物细胞,动植物细胞,细胞器等,通过工程学的手段,在一定的生物反应器中,将相应的原料转化成所需要的产品。,一、酶工程的概念和内容,第三节 酶工程,酶工程的应用主要集中于食品工业、轻工业、医药工业和临床诊断等方面。,对传统化
19、学工业的改造和“三废”处理等具有很大潜力。,第三节 酶工程,酶的工作效率很高,-淀粉酶在60 15分钟可使两吨淀粉转化为糊精,若用酸水解须在14O15O高温耐酸设备中至少进行2小时。目前,人们把酶工程分为生物酶工程和化学酶工程。,第三节 酶工程,主要任务是:(1)采用基因重组技术,利用微生物、动植物细胞作为生物反应器大量生产酶。目前已成功地生产了 lOO多种酶。(2)通过基因工程技术,使酶基因发生定位突变,产生遗传性修饰酶(突变酶)。(3)设计新酶基因,合成自然界不曾有的新酶。虽然生物酶工程技术的发展尚处在幼年时代,但它将开创从分子水平根据遗传设计蓝图,创造出超自然生物机器的新时代。,1、生物
20、酶工程,第三节 酶工程,2、化学酶工程(1)自然酶,是指由生物材料中分离出来的酶。(2)化学修饰酶又称“生物分子工程”,是通过对酶分子实行“手术”以达到改构和改性的目的。(3)固定化酶,是将酶分子通过吸附、交联、包埋及共价键结合束缚于某种特定支持物上而发挥酶的作用。具有能反复使用、产物易纯化、可用微电脑控制,实行自动化连续化生产等优点。(4)人工合成酶,模拟酶的催化功能,用化学方法合成具有专一性的催化剂。,第三节 酶工程,包括酶试剂盒、酶联免疫、酶标基因探针、酶传感器等等,已经在临床诊断、生物工艺过程分析与监控、环境监测、检疫、生命科学研究等方面逐渐取代传统的化学分析法。,二、酶分析技术,第三
21、节 酶工程,酶在分析生物技术领域应用也很广。,提取法、发酵法和化学合成法1、提取法:直接从动植物或微生物的细胞或组织中将酶提取出来。2、发酵法:通过微生物发酵来获得人们所需要的酶。3、化学合成法:采用化学合成的方法获得酶。但是,成本比较高,并且只能合成已知化学结构的酶。,三、酶的生产,第三节 酶工程,1、细胞破碎处理 机械破碎法:利用捣碎机、研磨器或匀浆器等将细胞破碎。物理破碎法:利用温度差、压力差或超声波等将细胞破碎。化学破碎法:利用甲醛、丙酮等有机溶剂或表面活性剂作用于细胞膜,使细胞膜的结构遭到破坏或透性发生改变。酶学破碎法:选用合适的酶,使细胞壁遭到破坏,进而在低渗溶液中将原生质体破碎。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 生物技术 原理
![提示](https://www.31ppt.com/images/bang_tan.gif)
链接地址:https://www.31ppt.com/p-6316807.html