讲生物技术省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、1第第12讲讲 生物技术生物技术 第一节第一节 生物技术概述生物技术概述 第二节第二节 基因工程基因工程 第三节第三节 其它生物技术其它生物技术发光树发光树第1页2第一节第一节 生物技术概述生物技术概述生物技术将主导人类历史第三次技术革命生物技术将主导人类历史第三次技术革命第一次技术革命第一次技术革命工业革命工业革命 解放人双手解放人双手第二次技术革命第二次技术革命信息技术信息技术 扩展人大脑扩展人大脑第三次技术革命第三次技术革命生物技术生物技术 改造生命本身改造生命本身生物技术发展为人类带来了巨大利益和财富生物技术发展为人类带来了巨大利益和财富,将是未来经济发展新动力。将是未来经济发展新动力
2、。第2页3生物工程简史生物工程简史传统发酵酿酒、制酱、制醋技术传统发酵酿酒、制酱、制醋技术1860年,年,Pausteur单一霉菌纯粹培养技术单一霉菌纯粹培养技术1878年,啤酒酵母单一培养技术年,啤酒酵母单一培养技术1881年,细菌纯粹培养技术年,细菌纯粹培养技术1929年,发觉抗菌素年,发觉抗菌素“盘尼西林盘尼西林”1946年,用细菌生产出氨基酸年,用细菌生产出氨基酸1952年,用微生物转化荷尔蒙取得成功年,用微生物转化荷尔蒙取得成功1953年,年,Watson和和Crick提出了提出了DNA双螺旋结构双螺旋结构1956 年,年,Kornberg 发觉了发觉了 DNA 聚合酶聚合酶1966
3、 年,破译了氨基酸三联密码子年,破译了氨基酸三联密码子 第3页4生物工程简史生物工程简史1970 年,发觉了核酸限制性内切酶年,发觉了核酸限制性内切酶1972年,年,Stanford大学构建了第一个重组大学构建了第一个重组DNA分子分子1975 年,研制出了第一个单克隆抗体年,研制出了第一个单克隆抗体 1982 年,年,FDA 同意了第一个基因工程药品同意了第一个基因工程药品-重组人重组人 胰岛素胰岛素1983 年,年,Mullis 创造了聚合酶链式反应创造了聚合酶链式反应(PCR)技术技术1990 年,人类基因组计划年,人类基因组计划(HGP)开启开启1997 年,克隆羊多利诞生年,克隆羊多
4、利诞生 年,人类基因组序列草图完成年,人类基因组序列草图完成,人类基因组计划完成,人类基因组计划完成第4页世界上第一个生物技术企业世界上第一个生物技术企业1976年年4月月7日,日,Herb Boyer 和和 Bob Swanson 创建了创建了 Genentech 企业,企业,标志着生物技术产标志着生物技术产业诞生。业诞生。5第5页生物技术生物技术应用自然科学及工程学原理,依靠微生物、应用自然科学及工程学原理,依靠微生物、动物、植物体对物料进行加工,以提供产动物、植物体对物料进行加工,以提供产品为社会服务技术品为社会服务技术19821982年,国际合作年,国际合作与发展组织与发展组织以当代生
5、命科学为基础,结合先进工程技以当代生命科学为基础,结合先进工程技术伎俩和其它基础学科科学原理,按照预术伎俩和其它基础学科科学原理,按照预先设计改造生物体或加工生物原料,为人先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标类生产出所需产品或到达某种目标19861986年,国家科委年,国家科委第6页当代生物技术当代生物技术传统生物技术:微生物发酵,普通可分为传统生物技术:微生物发酵,普通可分为上游上游/中游中游/下游过程下游过程当代生物技术:以当代生物技术:以DNA重组为主要伎俩基重组为主要伎俩基因工程为关键,也包含酶工程因工程为关键,也包含酶工程/细胞工程细胞工程/发酵工程等;
6、多学科交叉;广泛使用计算发酵工程等;多学科交叉;广泛使用计算机及各种高科技仪器设备;应用领域广泛机及各种高科技仪器设备;应用领域广泛第7页8生物工程生物工程生物工程是生物技术总称,是对生命有机体在生物工程是生物技术总称,是对生命有机体在分子水平分子水平、细胞水平细胞水平、组织水平组织水平、个体水平个体水平进进行不一样层次创造性设计和改造,使之能行不一样层次创造性设计和改造,使之能定向定向组建含有特定性状新物种或新品系,从而造福组建含有特定性状新物种或新品系,从而造福人类当代应用技术。人类当代应用技术。硕士物工程意义:硕士物工程意义:使人类进入了按照自己需要人工创造新生物伟大使人类进入了按照自己
7、需要人工创造新生物伟大时代。时代。世界新技术革命三大支柱之一(信息、材料、世界新技术革命三大支柱之一(信息、材料、生生物工程物工程),含有相当大发展潜力。),含有相当大发展潜力。第8页9生物工程内容和特点生物工程内容和特点生物工程四大致系:生物工程四大致系:基因工程基因工程细胞工程细胞工程蛋白质工程蛋白质工程发酵工程发酵工程生物工程显著特点:生物工程显著特点:高技术(精细和密集复杂技术)高技术(精细和密集复杂技术)高投入(尤其是前期科研投入高)高投入(尤其是前期科研投入高)高利润高利润第9页10第二节第二节 基因工程基因工程基因工程基因工程就是将不一样生物外源就是将不一样生物外源DNA(DNA
8、(基因)基因)插入到载体分子上,形成插入到载体分子上,形成“杂种杂种”DNADNA分子,分子,导入受体细胞中扩增和表示,导入受体细胞中扩增和表示,从而得到期从而得到期望由这个外源基因所编码蛋白质。望由这个外源基因所编码蛋白质。重组重组DNADNA技术技术,又称为基因或分子克隆技术,又称为基因或分子克隆技术,是基因工程关键技术。该技术包含了一系是基因工程关键技术。该技术包含了一系列分子生物学操作步骤。列分子生物学操作步骤。第10页112.1 理论上三大发觉和技术上三大创理论上三大发觉和技术上三大创造造成了基因工程诞生造造成了基因工程诞生理论上三大发觉:理论上三大发觉:DNADNA为遗传物质为遗传
9、物质DNADNA双螺旋结构发觉和双螺旋结构发觉和DNADNA半保留复制机制半保留复制机制遗传密码与中心法则遗传密码与中心法则技术上三大创造:技术上三大创造:限制性内切酶和连接酶限制性内切酶和连接酶载体载体逆转录酶逆转录酶19731973年,完成了年,完成了DNADNA体外重组并成功转化体外重组并成功转化第11页分子生物学基础分子生物学基础DNA即脱氧核糖核酸,携带决定生物遗传,即脱氧核糖核酸,携带决定生物遗传,细胞分裂、分化、生长以及蛋白质生物合细胞分裂、分化、生长以及蛋白质生物合成等生命信息成等生命信息DNA分子基本单位是脱氧核糖核苷酸,由分子基本单位是脱氧核糖核苷酸,由碱基、脱氧核糖和磷酸
10、基三部分组成碱基、脱氧核糖和磷酸基三部分组成碱基有四种:碱基有四种:A、G、C、T第12页13限制性内切酶限制性内切酶DNADNA“手术刀手术刀”限制性内切酶:限制性内切酶:生物工程中最主要工具酶,生物工程中最主要工具酶,主要从原核生物中提取;它能识别双链主要从原核生物中提取;它能识别双链DNADNA分子中特异性核苷酸序列,使它在特定位分子中特异性核苷酸序列,使它在特定位点水解。点水解。Arber、Smith和和Nathans因为在发觉限制因为在发觉限制性内切酶方面开创性工作而共同取得了性内切酶方面开创性工作而共同取得了1978年诺贝尔奖年诺贝尔奖该种酶已经发觉和判定了该种酶已经发觉和判定了2
11、00各种各种第13页14EcoRI和和T4连接酶连接酶EcoEcoRIRI特异特异识别识别GAATTCGAATTC粘性粘性末端末端第14页常见限制性内切酶常见限制性内切酶15第15页16载体载体运输基因工具运输基因工具载体是运输目标基因片段进入宿主细胞工载体是运输目标基因片段进入宿主细胞工具,当前最惯用载体包含细菌质粒、噬菌具,当前最惯用载体包含细菌质粒、噬菌体、体、cosmid质粒和质粒和YAC载体等。载体等。质粒是细菌细胞中自然存在于染色体外能质粒是细菌细胞中自然存在于染色体外能够自主复制一段环状够自主复制一段环状DNA分子。进入到宿分子。进入到宿主细胞中一个质粒能够大量增加其拷贝数。主细
12、胞中一个质粒能够大量增加其拷贝数。第16页17细菌质粒细菌质粒pUC18多克隆多克隆位点位点第17页182.2 重组重组DNA普通普通操作步骤操作步骤1 1、取得目标基因、取得目标基因2 2、构建重组、构建重组DNADNA分子分子3 3、转化受体细胞、转化受体细胞4 4、筛选和判定转化子、筛选和判定转化子5 5、培养转化细胞取得、培养转化细胞取得所需遗传性状或产物所需遗传性状或产物第18页19(1)获得目基因)获得目基因分离分离逆转录逆转录从生物从生物基因组基因组中分离中分离基因组基因组DNADNA酶切产物酶切产物总总RNARNAmRNAmRNAcDNAcDNA人工人工合成合成化学合成化学合成
13、PCRPCR第19页20细胞内总细胞内总DNA提取提取第20页21紫外分紫外分光光度光光度计测定计测定DNA溶溶液纯度液纯度和浓度和浓度第21页22基因文库构建基因文库构建第22页23反转录反转录人工合人工合成成cDNA第23页24PCR法法同时完成同时完成目标基因寻目标基因寻 找和扩增找和扩增PCR创造是创造是DNA操作技术革命操作技术革命美国美国Mullis教授教授1988年创造了年创造了PCR技术技术1993年取得诺贝尔奖年取得诺贝尔奖第24页25(2)构建重组构建重组DNADNA分子分子外源外源DNADNA质质粒粒酶切位点酶切位点酶切位点酶切位点酶切酶切酶切酶切混合混合DNADNA连接
14、酶连接酶第25页26(3 3)将重组)将重组DNADNA引入宿主细胞引入宿主细胞转化转化:某一基因型细胞从周围介质中吸收某一基因型细胞从周围介质中吸收另一基因型细胞另一基因型细胞DNA,而使其基因型和表,而使其基因型和表型发生对应改变现象。型发生对应改变现象。转染转染:除去蛋白质外壳病毒核酸感染细胞除去蛋白质外壳病毒核酸感染细胞或原生质体过程。或原生质体过程。转导转导:用噬菌体做载体,将一个细胞基因用噬菌体做载体,将一个细胞基因传递给另一个细胞过程传递给另一个细胞过程.第26页27基基因因枪枪法法第27页28显显微微注注射射第28页29农农杆杆菌菌介介导导第29页30(4)对转化子筛选)对转化
15、子筛选筛选:筛选:从大量携带重组体从大量携带重组体DNADNA宿主细胞中分宿主细胞中分离出携带目标基因细胞。离出携带目标基因细胞。筛选方法:筛选方法:遗传学方法遗传学方法对于带有抗药性基因质粒,可对于带有抗药性基因质粒,可经过检测受体菌是否由敏感状态变成抗药状态经过检测受体菌是否由敏感状态变成抗药状态进行筛选进行筛选.免疫学方法免疫学方法用特异性抗体检测基因产物从用特异性抗体检测基因产物从而筛选阳性克隆方法而筛选阳性克隆方法第30页31Southern杂交杂交转化子分转化子分析析第31页32将老鼠基因转到大肠杆菌中将老鼠基因转到大肠杆菌中抽取抽取DNADNA切下鼠切下鼠DNADNA切开质粒切开
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