生物导论.doc

第一章绪论生物工程是生命科学和工程科学的交叉科学。生物工程学科的任务是促进和实现生命科学的实验室研究成果向应用领域的转化。 生物工程的学科基础以生物科学和生物技术为基础,结合化学工程、机械工程、控制工程、环境工程等工程学科,研究和发展利用生物体系或其中的一部分生产有益于社会的产品或达到一定社会目标的过程工程科学。生物工程的研究对象包括活的生物体或它们的一部分。生物工程的任务就是为细胞的生长和目标产物积累创造最好的条件,研究开发最适合的工艺路线和设备, 实现工业化生产以满足社会需要。 生物工程的研究领域生物工程的研究领域包括:基因工程、细胞工程、酶工程、微生物工程(发酵工程)及生物分离工程。 基因工程 DNA 是遗传的物质基础, 1967 年第一个基因工程产品——人胰岛素通过定位突变的方法使所表达的蛋白质产物的结构和功能发生变化,根据需要设计新的蛋白质氨基酸序列, 已经发展成为一门新的交叉学科——蛋白质工程。 细胞工程细胞是构成包括人类、动物、植物和微生物在内的几乎所有生物的基本单元。哺乳动物的干细胞(即未分化的细胞)也具有全能性和无限繁殖的能力。发酵工程和生物分离技术的进步则是提高细胞培养工程和目标产物回收过程效率的可靠保障。 酶工程几乎所有的酶都是蛋白质,酶又具有催化剂的功能,即能够降低化学反应的活化能、加快反应速率,在反应中不消耗,反应结束时恢复到原来的状态。酶工程是研究酶的分离、提纯及利用酶作为生物催化剂,实现化学转化,合成各种产物或达到人类所需社会目标的工程科学。酶催化反应的特点是很高的效率和专一性 发酵工程发酵工程已经泛指所有细胞(动物、植物、微生物及基因工程细胞)的大规模培养并获得目标产物的过程。 生物分离工程与其他分离过程类似,生物技术产品的分离方法也是根据被分离对象及主要杂质的物理化学性质设计分离提纯流程,但是生物技术产品的分离也具有其特殊性,主要表现: (1) 目标产物的浓度低( 2 )目标产物和杂质的物理和化学性质十分接近,而且成分非常复杂( 3 )目标产物往往具有生物活性( 4 )在许多应用领域,生物技术产品有很高的纯度和安全性要求。第二章基因工程 概述 基因工程的诞生基因工程的诞生于 1973 年 理论上的三大发现( 1) 20世纪 40年代发现了生物的遗传物质是 DNA 1934 年 Avery ( 2) 20世纪 50年代提出了 DNA 的双螺旋结构 1953 年 Watson 和 Crick 提出了 DNA 的双螺旋结构( 3) 20世纪 60年代确定了遗传信息的传递方式 1961 年, Monod 和 Jacob 提出每三个核苷酸组成一个密码子,代表一种氨基酸, 1966 年全部破译了 64个密码,叙述了中心法则,提出遗传信息流,即 DNA → RNA →蛋白质 技术上的三大发明(1) 工具酶限制性核酸内切酶称为“剪刀”,把 DNA 连接酶比喻成“缝纫针线”(2) 载体(3) 逆转录酶 197 0年,Baltimor e等人和 Temi n 等人同时在各自的实验室发现了逆转录酶, 打破了中心法则, 使真核基因的制备成为可能。在完成以上三大理论发现和三大技术发明后,基因工程诞生的条件已经成熟。