球王会体育官网:生物工程概论_

　　生物工程概论 张彦婷 郑州大学生命科学学院 课程简介 ? 教材：《生物工程概论》，陶兴无主编，化学工业出版社 ? 课时安排：48学时，16周 ? 教学大纲： 榜首章~第三章 非中心 教学 第四章~第八章 中心 教学 第九章~第十四章 非中心 教学+学生参加 ? 考试办法： 平时成绩：30% 期末（论文）：70% 生物工程概论 生物工程 生物 科学 工程学 生物工程 生物工程是运用现代生物科学的理论与办法，依照人类的需求改造 和规划生物的结构和功用，以便更经济、更有用、更大规划地出产人类所 需求的物质和产品的技能。 生物工程概论 生物技能与生物工程 Biotechnology and Bioengineering ? 生物技能侧重于使用生物学办法处理生物体自身的问题(更 类似于生命科学研讨-根底生物学研讨) ? 生物工程则侧重于使用工程学办法处理生物学问题（更强 调杰出的使用特色-生物学和工程学等理论技能的结合加以 使用） 生物工程概论 生物工程与人类的日子 食物缺少 动力危机 人类面对 的问题 资源干涸 环境污染 疾病风险 生物工程的内容 高效益 可带来高额赢利 高智力 高投入 高竞赛 高风险 具有发明性和打破性 生物工程 的特色 前期研讨和开发需求 很多的资金投入 时效性竞赛非常剧烈 剧烈的竞赛带来高风险 高势能 对社会各方面影响极大 榜首章 序言 ? 生物工程的开展简史 ? 生物工程的内容 模糊阶段（9000年前-1676年） 有考古依据证明在公元7000年前， 咱们的祖先就开端 酿酒作为饮品。 其他以微生物发酵为根底的出产，如发酵乳制品（包含乳酪、酸奶等）和各种东 方食物如酱油、印尼豆酵饼等相同有着陈旧的根由 我国汉代酿酒作坊（上图） 公元前2300年，埃及人 酿制啤酒 （左图） 开始开展（1676-1861年） Edward Jenner 创始接种牛痘 防备天花，是免疫学开展的 代表，但其时解说不了其机制。 列文虎克发显着微镜 奠定阶段（1861-1897年） 彻底否定了“自然发生学说”； 证明细菌能使用糖和铵组成蛋白质； 杰 出 贡 献 证明晰发酵是由细菌引起的； 在免疫学上提出防备接种; “工业微生物学之父” “生物工程之父” ? ? ? ? ? 罗伯特· 科赫 提出巴氏消毒法等等…… 国际上榜首次发明了细菌照相法； 榜首次发现证明晰炭疽热的病原细菌——炭疽杆菌； 榜首次提出纯培育技能并规划多种培育基； 榜首次发明了蒸汽灭菌法 提出 科赫规律 等等…… 开展期（1897年-1953年） Buchner （生物化学奠基人） 1897年 Fleming 1928年 Avery 1944年 肺炎球菌转化实 验，确认DNA是 遗传物质 无细胞酵母菌 “酒化酶”推翻 巴斯德胚种学说 生物工程发 展的里程碑： 进入生化水 平研讨阶段 发现青霉素对 细菌的抑制造 用,青霉素发 现推进微生物 工业化培育技 术猛进 标志着分子生 物学的构成 老练期（分子生物学水平研讨阶段1953年~至今） 美国生物学家沃森（Watson ）和英国晶体结构分析家克里 克（Crick ）协作，提出DNA结构的双螺旋模型，并在 1962年与英国学者维尔金斯（Wilkins M.H.F.）共获诺 贝尔生理学或医学奖。 Watson和Crick （分子生物学奠基人） 20世纪70年代 推进生命科学 基因工程 工程菌的构建 的开展促进许 多严重理论问 题的打破 人类基因 组方案 更促进了生物 的开展 工程开展 榜首章 序言 ? 生物工程的开展简史 ? 生物工程的内容 生物工程的内容 生物工程的五大系统 ? 基因工程（遗传工程）Genetic engineering ? 细胞工程 Cell engineering ? 酶工程 Enzyme engineering ? 发酵工程（微生物工程）Fermentation engineering ? 蛋白质工程 Protein engineering 生物工程的五大系统 发酵工程 Fermentation engineering ? 界说 是工程学与微生物学的结合；使用微生物的特性，经过 现代化工程技能，出产有用物质或直接将其使用于工业化生 产的一门技能. 包含菌种选育、菌种出产、代谢产品发酵和别离以及微 生物机能的使用等. ? 代表安排：中科院微生物所&过控所，华东理工，华南理工， 江南大学，等 发酵工程 现代啤酒的发酵出产工艺 生物工程的五大系统 纯培育厌氧分批 补料发酵技能 分批补料发酵出产乳酸， 使得乳酸的发酵水平达 200g/L，光学纯度达97.4% 可满意聚乳酸的出产需求； 生物工程的五大系统 生物高分子资料出产 绿色可降解环保型聚 乳酸树脂具有环境友 好型的优势，并可以 担任大部分组成塑料； 建成一条我国榜首， 国际第二的年产5000t 绿色可降解环保型聚 乳酸树脂工业演示线， 收率到达理论收率的 90%，分子量大于10 万。 生物工程的五大系统 生物燃料 现在生物法出产乙烯新增产量5.76亿，新增赢利7654万元乙烯的生物炼 制技能的老练促进一系列大宗化学用品的生物法的开展。 对现有500t/a秸秆乙醇 中式出产线技能改造 生物法出产大宗化学用品具有很强的潜力和很大的赢利，更具有经济环保的优秀性质。 生物工程的五大系统 生物肥料 我国是国际上肥料消费量榜首的大国，化肥对我国粮食的奉献占50%以上； 我国肥料资源非常匮乏， 例如：再过20年中高品 位磷矿挖掘殆尽； 化肥肥效易下降且会造 成很多氮、磷污染地下水。 生物肥料供给氮素， 转化难溶磷钾，促 进作物成长； 生物肥料环境友好。 生物肥料关键技能打破： ? 生物肥料高效菌种资源库的不断充分； ? 打破秸秆快速腐熟技能； ? 高密度发酵工业； ? 生物肥料高效载体研讨的打破。 生物工程的五大系统 细胞工程 cell engineering ? 界说 将一种生物细胞中带着全套遗传信息的基因或染色 体悉数转入另一种生物细胞，然后改动细胞的遗传性， 改造生物的性状和功用。 它包含细胞交融、细胞器移植、染色体工程、细胞 和组培技能等. ? 代表：中科院，农科院，华东理工，江南大学，农业大学， 药科大学，等 生物工程的五大系统 ? 细胞工程 -- 使用细胞生物学和分子生物学办法，在细胞水平 进行的遗传操作。广义的细胞工程包含使用离体培育细胞的 特性 ，出产有价值的生物品，或快速繁衍宝贵的植株。 ? 当时细胞工程所触及的首要技能领域有细胞培育、细胞交融、 细胞拆合、染色体操作及基因搬运等方面。经过细胞工程可 以出产有用的生物产品或培育有价值的生物个别，并可以产 生新的物种或品系。 生物工程的五大系统 体细胞杂交/细胞交融技能 Cell fusion ? 经过生物学、化学或物理学的办法，使两个不同品种的 体细胞交融在一起，然后发生具有两个亲本遗传性状的 新细胞. A 童鱼——国际上榜首条没有爸爸妈妈的鱼 “鲫鲤核质杂交鱼” B Dolly 羊的诞生 生物工程的五大系统 植物安排与细胞培育 Plant tissue & cell culture ? 安排培育/快速无性繁衍 使用植物安排、植物细胞的全能性(totipotent)，进行快速 无性繁衍。 ? 长处 可固定杂种优势 革除制种环节 对宝贵植物的引种出产具有特别含义 ? 举例 安排培育法再生兰花；人工种子 生物工程的五大系统 ? 安排培育 Tissue culture 叶肉安排 愈伤安排 新植株 生物工程的五大系统 ? 快速无性繁衍 Rapid asexual reproduction 单个 细胞 营养培育基 克隆植株 生物工程的五大系统 植物安排与细胞培育 ? 次生代谢产品生成 Secondary metabolites 从培育的植物细胞中提取所需的代谢产品。 长处 比培育质料作物更易操控最佳出产条件 培育物为无菌、无虫资料，能确保产质量量 工艺操作较为简略，可削减劳作费用，进步出产力 生物工程的五大系统 安排工程皮肤取得产 品注册证书 防钙化生物瓣膜取得 国家出产批号 生物工程的五大系统 基因工程 Genetic engineering ? 界说 将不同生物的外源DNA(基因）刺进到载体分子上，构成 “杂种”DNA分子，导入受体细胞中扩增和表达，取得意图 产品或新功用. ? 代表安排： 简直每个生物工程与技能学科的大学与研讨所 基因工程现已成为生物工程与技能学科的根本东西 生物工程的五大系统 基因工程的用处 分子生物学研讨 生物工程的五大系统 基因工程用处 改造生物，发明对人类有用的新品系、新物种 发光树 生物工程的五大系统 转基因植物 ? 我国建立了水稻高效规划化的转基因技能的系统，构成年转化5000个基 因的技能才能，并现已对上千个基因进行了转化和功用分析，构建了面 向全国的敞开渠道。 ? 我国转基因水稻触及抗虫、抗病、抗逆、质量、营养高效使用和高产等， 在国际尖端学术刊物上宣布数篇重要科技论文。 生物工程的五大系统 我国人口众多，水稻是首要的粮食，而水 稻病虫灾是未来粮食安全问题的严重危险。 研发了“华恢1号”和“Bt汕优63”高 多种虫灾，在整个水稻栽培时节中 可以根本不打农药，较非抗虫水稻 增产6%~12%。 使用润饰豌豆胰蛋白酶抑制剂基因SCK，研发出 的抗虫水稻及其制造的杂交稻组合Ⅱ优科丰6号 对二化螟、三化螟和稻纵卷叶螟等鳞翅目害虫的 抗虫功率不低于95%，且体现显着的增产作用。 生物工程的五大系统 转基因动物 抗蓝耳病（猪繁衍与呼吸综合症PRRS）转基因猪 生物工程的五大系统 抗CD20单克隆抗体是医治B淋巴细胞瘤的特效药，价格昂贵，一个阶段需求1.6万美元。 国际第一批抗CD20单克隆抗体转基因牛 我国农业大学培育的转基因牛产抗CD20单克隆抗体到达2g/L,可以大大下降药物 价格，为此类癌症患者带来福音。 生物工程的五大系统 基因工程的效果 1、现代农业效果：固氮基因、 抗虫棉、转基因作物等 2、现代生物医药: 基因工程产品成长激素，人胰岛素，干扰素， et al 3、现代医学：疾病确诊(分子确诊与基因医治) 疑难杂症的发病机制与防备研讨 4、现代工业效果： 生物动力（动力植物改进，动力产油微藻，生物放氢等） 绿色化学品：生物表面活性剂 化工中间体：微生物发酵产长链二元酸、多元醇 等 乳链菌肽（NisinZ） ：生物防腐剂 等等 生物工程的五大系统 酶 工 程 Enzyme engineering ? 界说:使用酶的特异催化功用，将一种物质转化为 另一种物质的技能. 酶制剂在工业上的大规划使用，首要由酶的出产、 酶的别离纯化、酶的固定化和生物反应器四个部分组成。 ? 代表安排：中科院各相关研讨 所、清华大学、北京大学 生物工程的五大系统 酶工程研讨的两个热门 ? 酶分子的改造与润饰 经过这种改造来改动酶的物化性质及其生物活性，乃至赋 予新的功用，进步其在不良环境中的稳定性，扩展酶的应 用规模。 ? 酶抑制剂的开发研讨 所谓酶抑制剂是指能引起酶分子生机下降乃至彻底损失的 物质. 生物工程的五大系统 从生物质到生物柴油 北京化工大学开发的酶法发酵出发生物柴油已在秦皇岛和上海实 现了生物柴油的万吨级产业化； 生物酶法出发生物柴油产业化设备 清华大学与湖南海纳百川生物 工程有限公司协作，建成了 全球套酶法工业化出发生物柴 油设备，运转成果表明该酶法 新工艺在经济上与现在的化学 工艺比较具有很强的竞赛力。 生物工程的五大系统 蛋白质工程 Protein engineering ? 以蛋白质为目标为研讨及使用意图的生物工程，有必要打破 以下几个难点： 基因结构的改动 基因的高效表达 翻译后的蛋白润饰 新蛋白的提纯及活性保存 ? 代表安排： 中科院各相关研讨所，南开大学，上海交通大学等 生物工程的五大系统 蛋白质工程的发生原因 ? 基因工程在原则上只能出产自然界已存在的 蛋白质。 ? 蛋白质工程便是为了出产出契合人类出产和生 活需求的蛋白质，乃至是自然界不存在的蛋白 质。 生物工程的五大系统 蛋白质工程的根本原理 DNA组成 基因 氨基酸序列 mRNA 转录 翻译 分子规划 蛋白质 预期功用 生物功用 DNA 多肽链 折叠 三维结构 生物工程的五大系统