第十章 生物工程技术简介

第十章生物工程技术简介现代生物工程技术是指以现代生命科学为基础，结合先进的功能技术手段和基础科学原理，按照预先的设计改造生物或加工生物原料，为人类生产出所需产品或达到某种目的，其内容广泛包括基因工程、细胞工程、酶工程、蛋白质工程、发酵工程。其中基因工程是整个生物工程的核心。基因工程指遗传工程或DNA重组技术，是对基因进行重组、克隆和表达的一系列技术的总称。它是以限制性核酸内切酶和DNA连接酶的发现为基础的DNA重组技术。其主要特点，一是在体外DNA水平上操作，二是目的基因在宿主体内的细胞水平上表达。一、DNA重组技术DNA重组技术是运用多种限制性内切酶和DNA连接酶等，把DNA作为组件在细胞外将一种外源基因DNA和载体DNA重新组合连接，形成杂交DNA。然后将杂交DNA转入宿主生物体，使外源基因DNA在宿主生物细胞中，随着生物细胞的繁殖而增殖，或最后表达。最后获得基因表达产物或改变生物原有的性状。DNA重组技术基本过程可分为四个阶段：1.选择人们期望的外源基因，称目的基因。2.将目的基因和适合的载体DNA（如质粒）在体外进行重组，以获得重组体（杂交DNA）。3.将重组体转入合适的生物活细胞，使目的基因复制扩增、或转录，翻译表达出目的基因编码的蛋白质。4.从细胞中分离出基因表达产物或获得一个具有新遗传性状的个体。DNA重组(基因工程)限制性内切酶：能识别DNA特定核苷酸序列的核酸内切酶分布：主要在微生物中。特点：特异性，即识别特定核苷酸序列，切割特定切点。结果：产生黏性未端（碱基互补配对）。举例：大肠杆菌的一种限制酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切割点上将DNA分子切断。目前已发现的限制酶有400～500多种。运载体：质粒质粒的特点:细胞染色体外能自主复制的小型环状DNA分子；质粒是基因工程中最常用的运载体；最常用的质粒是大肠杆菌的质粒；存在于许多细菌及酵母菌等生物中；质粒的存在对宿主细胞无影响；质粒的复制只能在宿主细胞内完成。DNA重组与克隆②①③④⑤⑥①从细胞中分离出DNA②限制酶截取DNA片断③分离大肠杆菌中的质粒④DNA重组⑤用重组质粒转化大肠杆菌⑥培养大肠杆菌克隆大量基因⑦重组体的筛选二、PCR技术PCR是一种快速的DNA特定片断，体外合成扩增技术，它可从多年前的血斑中，或几十年前的石蜡包埋的活检材料中，或从几千年前的埃及木乃伊中分离出的DNA作为PCR样品进行扩增。，PCR的基本原理主要根据碱基配对规律，利用DNA聚合酶催化和在dNTP的参与下，引物依赖于DNA模板特性引导DNA合成。过程包括双链DNA的高温变性，引物与模板低温退火和适宜温度下的引物延伸三个步骤反应循环。每一循环中新合成的子链及其模板链均作为下一循环的模板，于是特定的DNA序列的产量随着循环次数成指数增长。四、体细胞克隆技术该技术利用动物的体细胞核将其植入特定的环境中，使之发育成完整动个物体的生物技术。1997年英国学者利用羊乳腺上皮细胞成功的克隆出一头小羊“多利”。随后在国外相继出现了多例克隆动物。随着这项技术的成熟应用于医学中，人体器官的克隆和挽救一些濒临灭绝的物种的克隆等方面，价值不可估量。五、蛋白质工程在基因工程的基础上结合蛋白质结晶学，计算机辅助设计和蛋白质化学等多学科的基础知识，通过对基因的人工定向改造等手段，从而达到对蛋白质进行修饰、改造、拼接以生产能满足人类所需要的新型蛋白质。蛋白质工程实际上是用寡聚核苷酸定点突变法产生一个氨基酸被替换的突变蛋白质。