生物工程课件

第九专题生物工程,（概念；生产和提纯；酶的固定化技术；酶的应用。）,（概念；内容菌种选育、培植培养基灭菌、接种、发酵过程、产物的分离和提。）,单克隆抗体,克隆动物、多利羊,试管动物（婴儿）,一、生物工程的概述,1、生物工程的重要领域,2、生物工程主要领域之间关系：,核心技术是基因工程；,3、生物工程的特点：,（1）高效性和经济性（2）清洁和低耗（3）强技术设计（4）可遗传和扩散（5）对人类和伦理道德观念有影响,二、细胞工程,1、细胞和组织培养,将无菌的外植体接种在培养基（有营养物质和植物激素）中，进行无菌培养，使其形成芽、根并发育成完整个体的技术。,概念：教材P96,（1）植物组织和细胞培养技术,培养过程,第一步：预备阶段,正在分裂的组织和器官,MS培养基,第二步：诱导去分化阶段：,消毒的外植体在无菌条件下接种到培养基中；去分化，转变成再分裂的细胞；,第三步：再分化阶段,三种分化类型：,细胞分裂素与生长素比值,形成芽；,形成根；,分裂形成愈伤组织；,第四步：移栽阶段,应用：,烟草组织培养；水稻单倍体培养；胡萝卜根组织培养；,（2）动物组织和细胞培养技术,容易培养成功的材料,植物细胞比动物细胞容易；肿瘤细胞比正常细胞容易；胚胎组织比老龄组织容易；分化程度低比高度分化容易；,动物细胞培养条件：,温度；PH值；氧气；渗透压；,应用,生产生物制品；疫苗、生长因子、抗体、酶、激素,2、干细胞技术,（1）概念：（2）种类：,具有分裂和分化能力的细胞,胚胎干细胞：成体干细胞：,有全能性，能分裂和分化成所有组织和器官；,能分裂和分化不同组织和细胞,骨髓多能造血干细胞；,皮肤基底层干细胞；,3、细胞融合技术（或细胞杂交）,（1）植物细胞融合:,克服有性远缘杂交的不亲和性,不亲和性原因:,减数分裂产生配子时,同源染色体联会发生紊乱,不能产生正常配子；,属间杂交成功：,（2）动物细胞融合：,（单克隆抗体的制备）,免疫淋巴,骨髓瘤细胞,杂交瘤细胞,（具有无限繁殖和分泌抗体的特性）,马铃薯与番茄、油菜与拟南芥菜、烟草与菠菜,由单一的无性繁殖细胞产生的抗体,单克隆抗体：,3、动物的胚胎移植,精子和卵细胞体外受精和培养，发育形成早期胚胎，再移植到“代理母亲”子宫内继续发育成个体。,（2）应用：,（1）概念：,试管婴儿、哺乳动物羊、猪、牛、马的胚胎移植（胚胎分割技术四细胞时期和八细胞时期）,4、细胞核移植,（1）概念:,一种细胞的细胞核移植到另一种去核或不去核的细胞质内的过程,（2）采用的受体细胞:,动物的卵细胞,(采用卵细胞原因:卵细胞的体积大、易操作、通过发育能直接表现出性状）,（3）应用：,多利羊的培育,童第周的鲤鲫杂交鱼：,鲤鱼胚胎细胞核移植到鲫鱼卵细胞中，,多利羊的培育,分离原生质体,原生质体融合,种间植物体细胞杂交:,多莉羊的培育过程,1、谁是“多莉”的母亲？2、“多莉羊”是雄还是雌？3、是否符合孟德尔遗传？,目的基因导入植物细胞的方法：农杆菌转化法,目的基因导入受体细胞,DNA,人体细胞,DNA,质粒,细菌细胞,控制产生胰岛素的基因片段,限制酶,限制酶,胰岛素,利用生物工程获得胰岛素,1,2,细胞核移植：,植物细胞融合,动物细胞融合,动物细胞核移植,细胞核移植,多莉羊的培育过程,1、谁是“多莉”的母亲？2、“多莉羊”是雄还是雌？3、是否符合孟德尔遗传？,1、基因工程在生活、生产中的应用前景极为广阔，它在生产基因药物、培育特殊的动植物品种以及环境保护等方面已展示出极大的魅力和其它传统育种方法所没有的优点。度运用有关原理分析作答在培养转基因植物的基因操作中，所用基因的“剪刀”是，基因的“针线”是，基因的“输工具”是。与杂交育种、诱变育种相比，通过基因工程的方法来培育动植物新品种的主要优点是：。,DNA限制性内切酶,DNA连接酶,目的基因的运载体（质粒等）,目的性强,育种周期短,克服远缘杂交的障碍,2、下图为单克隆抗体的生产过程。请回答,（1）淋巴细胞膜的化学成分是?（2）两个细胞融合在一起，体现了细胞膜具有什么特点?(3)鼠的淋巴细胞和人的骨髓瘤细胞融合后，在多孔培养板中培养时通过什么分裂方式大量繁殖?（4）融合的细胞具有哪两种特性?,写出、所指的细胞工程各称：。实施细胞工程时，所需的受体细胞大多采用动物卵细胞的原因是：。多莉面部的毛色是，判断依据：。继植物组织培养之后，克隆绵羊培育成功，证明动物细胞也具有。请举例说明克隆绵羊培育成功的实际意义：。,3、世界上第一只克隆绵羊“多莉”的培育等程序如图所示。请仔细看图后回答问题：,细胞核移植、胚胎移植有利于细胞融合；卵细胞体积大，易操作，最主要的是卵细胞中具有启动核基因表达的信息蛋白质分子，能够使已经高度分化的细胞核脱分化。白色、多莉羊的全部核基因来自白色绵羊。全能性保护濒危物种，繁育优育品种，医学上克隆器官等。,多莉羊诞生的意义：多莉羊在在技术上的突破之处在于供核细胞不是胚胎细胞，而是已分化的体细胞。这说明已经分化的动物体细胞核，仍然具有全能性，在合适的条件下，就可以发育成新的个体。克隆技术在繁育优良家畜、治疗人类遗传病、抢救濒危物种和保护生物多样性等方面有广阔的应用前景。,3、2001年诺贝尔生理学或医学奖授予三位科学家。这三位科学家发现了调控细胞周期的一系列基因，以及相关的酶和蛋白质。这项工作对肿瘤研究等领域产生了重大影响。请回答下列各题。(1)同种生物不同类型细胞之间的细胞周期持续时间有差异。蛙胚卵裂期动物半球细胞的细胞周期持续时间比植物半球细胞的。(2)测定某种细胞的细胞周期持续时间长短时，通常需要考虑温度因素。这是因为。(3)有人称恶性肿瘤为细胞周期病，其根据是调控细胞周期的基因发生，导致细胞周期失控，癌细胞无限增殖。（(4)治疗恶性肿瘤的途径之一，是用药物抑制的合成，从而将癌细胞的细胞周期阻断在分裂间期。如用药物抑制纺锤体的形成，则癌细胞的细胞周期将阻断在期。,DNA连接酶“分子缝合针”,DNA聚合酶和DNA连接酶比较：,将DNA双链上的两个缺口同时连接起来；DNA连接酶不需要模板；,此外：,（1）DNA聚合酶,两个DNA片段之间形成磷酸二酯键；,（2）DNA连接酶：,DNA聚合酶是以一条DNA链为模板，将单个核苷酸通过磷酸二酯键形成一条与模板链互补的DNA链；,二者虽是由蛋白质构成的酶；但组成和性质各不相同；,限制性内切酶的作用：能将外来的DNA切断，（即能够限制异源DNA的侵入并使之失去活力，但对自己的DNA却无损害作用，）,限制性核酸内切酶:识别并切割特异的双链DNA序列的一种内切核酸酶,二个不同的的黏性末端黏合起来，就似乎可以合成重组的DNA分子了。,生物芯片与基因芯片：生物芯片技术是通过缩微技术，根据分子间特异性地相互作用的原理，将生命科学领域中不连续的分析过程集成于硅芯片或玻璃芯片表面的微型生物化学分析系统，以实现对细胞、蛋白质、基因及其它生物组分的准确、快速、大信息量的检测。按照芯片上固化的生物材料的不同，可以将生物芯片划分为基因芯片、蛋白质芯片、细胞芯片和组织芯片。,资料补充一：,鸟枪法(直接分离法)：,供体细胞中的DNA,许多DNA片段,运载体,限制酶,与载体连接载入,受体细胞,产生特定性状,导入,外源DNA扩增,目的基因,分离,1、从生物体获取目的基因是方法:,资料补充：目的基因获取,以目的基因转录成的信使RNA为模板，逆转录成互补的单链DNA，然后在酶的作用下合成双链DNA，从而获得所需的基因。,目的基因的mRNA,单链DNA,逆转录酶,DNA聚合酶,双链DNA(目的基因),逆转录法：,根据已知的氨基酸序列合成DNA法：,根据已知蛋白质的氨基酸序列，推测出相应的信使RNA序列，然后按照碱基互补配对原则，推测出它的结构基因的核苷酸序列，再通过化学方法，以单核苷酸为原料合成目的基因。,蛋白质的氨基酸序列,mRNA的核苷酸序列,结构基因的核苷酸序列,推测,推测,目的基因,化学合成,上述三种目的基因提取的方法有何优缺点？,操作简便广泛使用,工作量大，盲目，分离出来的有时并非一个基因,专一性强,操作过程麻烦，mRNA很不稳定，要求的技术条件较高,专一性最强,仅限于合成核苷酸对较少的简单基因,2、利用PCR技术扩增目的基因方法,概念：PCR全称为_，是一项在生物_复制_的核酸合成技术,条件：_、_、_、_.前提条件：,原理：_,方式：以_方式扩增，即_（n为扩增循环的次数）,结果：,聚合酶链式反应,体外,特定DNA片段,DNA复制,已知基因的核苷酸序列,四种脱氧核苷酸,一对引物,DNA聚合酶,指数,2n,使目的基因的片段在短时间内成百万倍地扩增,过程：,a、DNA变性（90-95）：双链DNA模板在热作用下，_断裂，形成_,b、退火（复性55-65）：系统温度降低，引物与DNA模板结合，形成局部_。,c、延伸（70-75）：在酶的作用下，从引物的5端3端延伸，合成与模板互补的_。,氢键,单链DNA,双链,DNA链,原核细胞的基因结构,非编码区,非编码区,编码区,编码区上游,编码区下游,与RNA聚合酶结合位点,启动子,终止子,RNA聚合酶能够识别调控序列中的结合位点，并与其结合。,转录开始后，RNA聚合酶沿DNA分子移动，并以DNA分子的一条链为模板合成RNA。,转录完毕后，RNA链释放出来，紧接着RNA聚合酶也从DNA模板链上脱落下来。,资料四补充：,真核细胞的基因结构,编码区,与RNA聚合酶结合位点,内含子,外显子,能够编码蛋白质的序列叫做外显子,不能够编码蛋白质的序列叫做内含子,启动子,终止子,编码区上游,编码区下游,内含子：,外显子：,重组质粒重组DNA,限制酶,DNA连接酶,连接的部位：磷酸二酯键（梯子的扶手），不是氢键（梯子的踏板）。结果：两个相同的黏性未端的连接。,外植体：把由活植物体上切取下来以进行培养的那部分组织或器官叫做外植体,植物组织培养时的激素：生长素和细胞分裂素,愈伤组织：指切取植物体的一部分，置于含有生长素和细胞分裂素的培养液中培养，诱导产生的无定形的，表面光滑一致的组织团。,MS培养基：MS培养基是目前使用最普遍的培养基。其具有较高的无机盐浓度，能够保证组织生长所需的矿质营养还能加速愈伤组织的生长。由于配方中的离子浓度高，在配制、贮存和消毒等过程中，即使有些成分略有出入，也不会影响离子间的平衡。MS固体培养基可