生物技术概论重点总结

生物技术概念：生物技术biotechnolog技术手段，依据预先的设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产出所需产品或到达某种目的。生物技术的种类生物技术不完全是一门兴学科，它包括传统生物技术和现代生物技术两局部。传统生物技术：指旧有的制造酱、酒、面包、奶酪、酸奶及其它食品的传统工艺。现代生物技术：包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工程基因工程2070年月随着DNA物遗传特性的技术，也称为DNA重组技术。细胞工程是指以细胞为根本单位，在体外条件下进展培育、生殖或人为地使细胞某些生物学特性按人们的意愿发生转变，从而到达改进生物品种和制造品种的目的，加速繁育动植物个体，或获得某种有用物质的技术。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，并借助生物反响器和工艺过程来生产人类所需产品的技术。发酵工程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。蛋白质工程是以蛋白质分子的构造规律及其与生物功能的关系为根底，通过有把握的修饰和合成，对现有蛋白质加以定向改造和设计，构建并最终生产出性能比自然界存在的蛋白质更加优良、更符合人类需要的型蛋白质。细胞中的主要物质遗传物质〔即基因，编码蛋白质)蛋白质〔催化生化反响、构成细胞骨架、运输物质等〕碳水化合物〔供给能量〕微量元素〔激活或抑制蛋白〕水〔溶剂〕微生物 工程菌 发酵工程基因工程 蛋白质或酶 蛋白质工程或酶工程 产品动、植物个体或细胞 细胞工程优良动、植物品系现代生物技术的理论背景：2070年月DNA重组技术的建立为标志的。1944年AveryDNA是遗传信息的携带者1953年Watson&Crick觉察DNA双螺旋构造 开创分子生物学1961年Nirenberg破译了遗传密码,揭开了DNA编码的遗传信息是如何传递给蛋白质这一隐秘生物技术在经济、社会中的作用改善农业生产，解决食品短缺1〕提高农作物的产量及品质培育抗逆的作物优良品系植物种苗的工厂化生产提高作物品质生物固氮，削减化肥使用量2〕进展畜牧业生产动物的大量快速无性生殖培育动物的优良品系提高生命质量，延长人类寿开发制造贵重的型药品疾病的预防和诊断基因治疗人类基因组打算解决能源危机、治理环境污染解决能源危机生物能源将是最有期望的能源之一，而其中又以乙醇最有期望成为的替代能源。保护环境人们可以利用微生物净化有毒的化合物，降解石油污染，去除有毒气体和恶臭物质，综合利用废水和废渣，处理有毒金属，到达净化环境、保护环境、废物利用并获得的产品的目的。制造工业原料、生产贵重金属制造工业原料利用微生物在生长过程中积存的代谢产物,生产食品工业原料,种类繁多。生产贵重金属利用微生物的浸矿技术对废渣矿、贫矿、尾矿、废矿进展提炼。生物技术的安全及其对伦理、道德、法律的影响基因工程对微生物的改造是否会产生某种有致病性的微生物，这些微生物都带有特别的致病基因，假设它们从试验室逸出并且集中，有可能造成类似鼠疫那样的可怕疾病的流行。转基因作物及食品的生产和销售，是否对人类和环境造成长期的影响，擅自转变植物基因是否可能引起一些难以预料的危急。分子克隆技术在人类身上的应用可能造成巨大的社会问题，并对人类自身的进化产生影响；而应用在其他生物上同样具有危急性，由于所制造出的物种有可能具有极强的破坏力而引发一场浩劫。生物技术的进展将不行避开地推动生物武器的研制与进展，使掩盖在人类头上的生存阴影越来越大。动物克隆技术的建立，假设被某些人用来制造克隆人、超人，将可能破坏整个人类社会的和平。核酸的化学构造碱基核酸的分类核酸分为：1.〕脱氧核糖核酸(DeoxyribonucleicacidDNA),DNAA,T,G,C四种碱基和脱氧核糖2.〕核糖核酸(RibonucleicacidRNA)，RNA含A,U,G,C四种碱基和核糖DNA的碱基组成〔1〕组成1〕A+G=C+T, G=C, A=T同种生物的不同组织的碱基组成一样,不同生物的同种组织的碱基组成不同年龄,养分,环境不影响碱基组成〔2〕DNA的书写方式3-CTAGTATTAA-’可写成：5-GTCATAATT-’DNA双链的存在形式：几乎全部的真核生物的DNADNA和全部线粒体DNA以及细菌的质粒DNA是环状DNA分子。病毒和噬菌体中有的含线形DNA，有的含环状DNA。DNA双链的根本特点：DNA分子是由两条相互平行的脱氧核甘酸长链盘旋而成。DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排在外侧，构成根本的骨架，碱基排在内侧。两条链上的碱基通过氢键结合，形成碱基对，它们的组成有肯定的规律。DNA的一级构造一级构造即四种核苷酸的连接及其排列挨次DNA的二级构造指两条多核苷酸链反向平行盘绕所生成的双螺旋构造DNA的高级构造1〕核小体2〕30nm纤维3〕300nm棒4〕染色体DNA分子构造特征原核生物DNA分子中有基因重叠现象真核生物DNA分子中普遍存在插入序列编码的核苷酸挨次就携带着遗传信息4.RNA的构造组成上与DNA相像，但为核糖核酸，碱基为A，U，G，C。单链，不存在碱基比例关系。局部能形成碱基对，消灭双螺旋，不配对区域形成突起(环)RNA的分类信使RNA(mRNA) -转录遗传信息转运RNA(tRNA) -运载氨基酸核糖体RNA(rRNA〕-蛋白质合成mRNA的特点线形单链构造，携带DNA信息，作为指导合成蛋白质的模板真核生物5ˊ-端有帽子构造，免遭核酸酶的破坏有非翻译序列3ˊ--polyA构造，提高mRNA在细胞质中的稳定性tRNA的特点1.四环四臂2.氨基酸臂与反密码臂是识别氨基酸与密码的重要构造rRNA的特点是细胞内含量最多82，也是质量最大的RNA与蛋白结合形成核糖体参与蛋白合成不具备单独功能DNA分子的功能DNA分子能在细胞内半保存复制DNA复制在生物细胞中要从DNA分子上特定位置开头。这个特定的位tRNA的特点置就称为复制起点(Originofreplication)ori表示。DNA复制从起点开头双向进展直到终点为止，每一个这样的DNA单位称为复制子或复制单元(replicon)。在原核生物中，每个DNA分子上就有一个复制子;DNA分子有很多个复制子，每个复制子50-200kb。携带遗传信息DNA的转录转录包括：转录启动子、转录区5¡¯端上游区的DNARNADNA准确相结合并具有转录起始的特异性-10区TATAT、-35区TTGAC〕-25---30区〔TAT、-70---80区CAA、-80---100区〔G〕转录区：从转录RNA的起录点开头，包括基因编码区和转录终止子•〔一〕蛋白质的化学组成••蛋白质含有：碳、氢、氧、氮、硫。•蛋白质水解可成为肽，肽进一步水解为氨基酸，它是组成蛋白质的最小单位。氨基酸的化学通式组成蛋白质的常见氨基酸有二十种，通式如下：R不同，组成的氨基酸就不同氨基酸的分类–20为以下三组：疏水性的氨基酸–Ala、Val、Leu、Ile、Phe、ProMet带电氨基酸–Arg、Lys〔+〕Asp、Glu〔-〕亲水性氨基酸Ser、Thr、Cys、Asn、Gln、His、Tyr、Trp

同，可以分肽键、肽和多肽不同数目的氨基酸以肽键挨次相连，形成链状分子，即是肽或多肽，通常分子量在1500以下的为肽，在1500以上的为多肽，-NH2端为N末端写在左，另一端为C末端，写在右蛋白质一级构造肽键肽链氨基酸排列挨次等二级构造：肽链的主链在空间的走向»α-螺旋»β-折叠»β-转角»无规卷曲»无序构造三级构造在二级构造根底上的肽链再折叠形成的构象亲水基位于球体外表,疏水基位于球体内部四级构造组成蛋白质的多条肽链在自然构象空间上的排列方式，多以弱键相互连接。疏水力、氢键、盐键每条肽链本身具有肯定的三级构造，就是蛋白质分子的亚基–球蛋白近似球形，外表富含亲水基团，溶于水如：酶、多种蛋白质激素、各种抗体细胞质和细胞膜中的蛋白质–纤维蛋白蛋白质分子围绕一个纵向轴缠绕成螺旋状如：指甲、毛发、真皮、韧带等〔四〕蛋白质的空间作用力氢键盐键(离子键)疏水键范德华力二硫键脂键〔五〕蛋白质构造与功能的关系一级构造与功能的关系 序列分析空间构造与功能的关系 构造分析空间构造与功能的关系蛋白变性的特点：蛋白质变性后，生物活性丧失，溶解度下降，粘度增加。可逆变性不行逆变性〔六〕蛋白质的生物合成•核糖体是蛋白质合成的场所，mRNA是蛋白质合成的模板，tRNA是模板与氨基酸之间的接合体。蛋白质的合成步骤翻译的起始¡ª¡ª核糖体与mRNA结合并与氨基酰-tRNA生成起始复合物。肽链的延长¡ª¡ª核糖体沿mRNA5¡¯3¡¯端移动，导致从N端向C端的多肽合成。肽链的终止以及肽链的释放¡ª¡ª核糖体从mRNA上解离，预备一轮合成反响三、基因与基因表达的一般概念DNA序列是遗传信息的贮存者，它通过自主复制得到永存，并通过转录生成mRNA，翻译生成蛋白质的过程把握全部生命现象。基因表达包括转录〔transcription〕和翻译〔translation〕两个阶段。转录是指拷贝出一条与DNA链序列完全相同〔除了T→U之外〕的RNA单链的过程，是基因表达的核心步骤。翻译是指以生的mRNA为模板，把核苷酸三联子遗传密码翻译成氨基酸序列、合成蛋白质多肽链的过程，是基因表达的最终目的。基因的概念：基因是一段有功能的DNA状态等。囊性纤维化囊性纤维化〔CF〕是一种侵害多脏器的遗传性疾病。主要表现为外分泌腺的功能紊乱，粘液腺增生，分泌液粘稠，汗液氯化钠含量增高。临床上有肺脏、气道、胰腺、肠道、胆道、输精管、子宫颈等的腺管被粘稠分泌物堵塞所引起一系列病症，而以呼吸系统损害最为突出。•PCR20世纪80PCR是由一位勇于创的年轻分子生物学家穆利斯在加利福尼亚西特斯生物技术公司工作期间争辩出来的。DNA样本，无论这个样本有多小都能被扩增到我们所需要的量。该技术获得1992年诺贝尔奖，它为癌症诊断和亲子鉴定翻开了的一页，有力地推动了我们觉察和克隆人类基因的进程。PCR定义聚合酶链式反响简称PC〔PolymeraseChainReactio，简称PC。它是体外酶促合成特异DNA片段的一种方法,由高温变性、低温退火及适温延长三步反响组成一个周期,循环进展,使目的DNA得以快速扩增,具有特异性基因,还可用于疾病的诊断或任何有DNA,RNA的地方。技术原理DNA的半保存复制是生物进化和传代的重要途径。双链DNA在多种酶的作用下可以变性解链成单链，在DNA聚合酶与启动子的参与下，依据碱基互补配对原则复制成同样的两分子挎贝。在试验中觉察，DNA在高温时也可以发生变性解链，当温度降低后又可以复性成为双链。因此，通过温度变DNA的变性和复性，并设计引物做启动子，参加DNA聚合酶、dNTP就可以完成特定基因的体外复制。但是，DNA聚合酶在高温时会失活，因此，每次循环都得参加的DNA聚合酶，不仅操作烦琐，而且价格PCR技术的应用和进展。觉察耐热DNA聚合同酶--TaqPCR的应用有里程碑的意义，该酶可以耐受90PCR了本钱，PCR技术得以大量应用，并逐步应用于临床。工作原理PCR由变性--退火(复性〕--延长三个根本反响步骤构成：DNADNA93DNAPCR扩增形成的双链DNA解离，使之成为单链，以便它与引物结合，为下轮反响作预备；DNA与引物的退火(复性)DNA55DNA单链的互补序列配对结合；引物的延长：DNA模板--引物结合物在TaqDNA聚合酶72℃左右，以dNTP为反响原料，靶序列为模板，按碱基配对与半保存复制原理，合成一条的与模板DNA链互补的半保存复制链。重复循环变性--退火--延长三过程，就可获得更多的“半保存复制链”，而且这种链又可成为下次循环的模板2～4分钟，2～3小时就能将待扩目的基因扩增放大几百万倍。反响体系与反响条件PCR反响五要素：引物、酶、dNTP、模板和缓冲液〔其中需要Mg2+)。温度把握由PCR仪完成。PCR产物检测——电泳电泳的定义：依据分子或颗粒所带的电荷、外形和大小等不同，因而在电场介质中移动的速度不同，从而到达分别的技术。测序基因测序定义：对基因中碱基排列挨次的测定。分子标记分子标记是以生物的大分子，尤其是生物体内的遗传物质——DNA的多态性为根底的遗传标记，是DNA水平上遗传变异的直接反映。20世纪70年月Grodzicker等首创DNA限制片段长度多态性(Restrictionfragmentlengthpolymorphism,RFLP)技术，开创了应用分子标记作为遗传标记的阶段，并开头应用于植物遗传育种的争辩。随着PCR技术的进展，又产生各种型的分子标记，如RAPD、SSR、AFLP、小卫星DNA、STS、SSLP、CAPS、IRA、SAMPL、SSCP等。RAPD标记RAPD即随机扩增DNA多态性技术是Williams和Welsh两个争辩小组在1990年进展起来的一种DNA遗传PCR〔10个碱基PCRDNA进展扩增，由扩增产物的多态性而显示基因组的多态性的检测技术。RAPD原理RAPD原理根本与PCRDNA，用同一引物扩增既可能得到一样的片段〔不同来源DNA中消灭的条带就可作为该模板的分子标记。RAPD标记的特点①无需特地设计RAPD扩增反响引物，也无须预先知道被争辩生物基因组的核苷酸序列，引物可随机合成和随机选定。②每个RAPD反响中，仅加单个引物，就可通过引物和DNA随机配对实现扩增，扩增无特异性；36以扩大引物在基因组DNA中配对的随机性，使RAPD有较高的检出率。④RAPDRFLP位素标记及分子杂交RAPD易于程序化，利用一套随机引物可得到大量的分子标记，并可借助于计算机系统进展分析。⑤RAPDDNA25ng左右，这对于生物早期取样鉴定或在DNA受限制的状况下是格外有利的。重要作物的巨大变革全仰仗：2080年月消灭的两项技术，即植物克隆和转基因。以及植物细胞的全能性。植物细胞全能性：指植物的每个细胞都包含着该物种的全部遗传信息，从而具备发育成完整植株的遗传力量。在适宜条件下，任何一个细胞都可以发育成一个个体。植物细胞全能性是植物组织培育的理论根底。动物细胞具备全能性吗？不具备。动物细胞分化程度较高，虽然每一个细胞核也具有个体的全部遗传信息，但由于不同组织细胞内养分物质不同，极大的限制了遗传信息的表达，从而导致单细胞不能再生个体。动物细胞核是具备全能性的，把细胞核取出注入取出细胞核的受精卵内一样可以再生动物个体。该技术即动物克隆。植物外源基因转化方法依据不同转化方法过程中是否存在载体介导，可将现有转基因方法分为直接导入法和间接导入法两大类。外源基因间接转化法间接转化法是指通过生物体介导，将外源基因转入植物体细胞的转化方法。依据介导生物体的不同，间接转化法又可分为农杆菌介导法、病毒介导法和细菌球质体介导法，其中应用最为广泛的是农杆菌介导法。农杆菌介导转化TiT-DNAVir区的相互作用下完成的，其中T-DNA区是转移到植物基因组的区段，而Vir区负责对T-DNA区进展切割、转移和整合到植物基因组。5个阶段，分别为：农杆菌在植物敏感细胞上吸附；农杆菌中的Ti质粒上的vir区基因被激活；〔3〕T-DNA切割和T-DNA复合物形成；〔4〕T-DNA复合物由农杆菌进入植物细胞；〔5〕T-DNA整合到植物染色体上并且进展表达。农杆菌介导法的优点农杆菌作为一种自然界中存在的基因转化系统，在其介导转化植物受体时基因的转移具有自发性，T-DNA插入的拷贝数较少，重排程度低，其转移基因具有稳定遗传且呈孟德尔遗传的优点；此外，农杆菌介导法还具有操作简洁、转化率高、嵌合体少的特点，是进展大规模转化的首选方法。农杆菌介导法的缺点T-DNA整合时其边界可能会发生短截，T-DNA以串联形式整合；转移T-DNA区的两个基因未必共表