导图社区 生物技术与工程
总结生物选修三--生物技术与工程内容,如发酵工程,发酵工程的基本环节包括:菌种的选育,扩大培养,培养基的配置,灭菌,接种,发酵产品的分离提纯等。
编辑于2023-07-17 09:35:11 广东生物技术与工程
发酵工程
传统发酵技术的应用
乳酸菌(原核无细胞核)
异养厌氧型细菌
可用于乳制品的发酵,酸奶,泡菜的腌制:泡菜坛内液体表面可能出现一层酵母菌繁殖形成的白膜,且边沿的水槽泡中的气体是酵母菌产生的二氧化碳。
酵母菌
兼性厌氧型真菌
可用于酿酒,制作馒头和面包
最适生长温度约为28℃
醋酸菌
异养好氧型细菌
反应
氧气与糖原充足时,有生成二氧化碳
缺少糖原时,则直接将乙醇转化为乙醛,再将乙醛变为乙酸
最生长温度为30℃~35℃
毛霉
异养需氧型
可用于制作腐乳——豆腐的发酵
将豆腐中的蛋白质分解成小分子的肽和氨基酸(蛋白酶和脂肪酶)
霉菌(真核)
异养需氧型
可利用腐木中的纤维素(有纤维素酶)
果酒与果醋的制作
先制作果酒,将充气口关闭,但要及时排出瓶内的气体
制作果醋,打开充气口
变酸的酒表面会有醋酸菌大量繁殖形成的白膜
微生物的培养技术及应用
培养基(物理状态)
液体培养基:大量生产,容易提取
固体培养基:观察菌落特征
培养基(作用)
选择培养基
筛选目的菌种
鉴别培养基:酚红指示剂(碱),伊红亚甲蓝(大肠杆菌)——深紫色,伊红美蓝(大肠杆菌)——黑色,刚果红(纤维素分解菌)
培养基配方
水,可以是有菌水,后期可通过湿热灭菌进行除杂
无机盐
碳源
无碳源则是自养型生物
氮源
无氮源则是自身固氮生物
纤维素——乳酸杆菌,真菌一般要调至酸性,细菌一般要调至中性或弱碱性
无菌技术
消毒
煮沸消毒法
巴氏消毒法:可以杀死牛奶中绝大多数微生物,并且基本不会破坏牛奶的营养成分
化学药物消毒
紫外线消毒
灭菌
湿热灭菌也称高压蒸汽灭菌:培养基(原理是破坏蛋白质和核酸等结构,使其变性)通常在121℃
干热灭菌 160℃~170℃
灼伤灭菌:接种针
纯培养
方法
平板划线法(在酒精灯火焰附近操作)
稀释涂布平板法
调ph等操作需要在灭菌前完成
倒平板:防止拧皿盖上有冷凝水落入培养基造成污染,又可以防止培养基表面的水分过快的挥发
微生物的选择培养和技术
微生物的选择培养
原则:平行重复原则
一是筛选目的菌株,二是扩大培养
振荡培养的目的是提高培养液中溶解氧含量,使菌体与培养液充分接触。
数量测定:稀释涂布平板法,显微镜直接计数法
一般选择菌落数为30~300的平板进行计算
统计的菌落数往往比活菌的实际数目少,这是因为当两个或多个细胞连在一起时,板上观察到的只是一个菌落
细菌的分离
空白对照:检测培养基是否污染
实验对照:使选择成功
实验组:未加入牛肉膏蛋白胨的_作为唯一的选择培养基
利用酚红指示剂进行检测
培育优良菌株的方法
诱变育种
基因工程育种
细胞工程育种
发酵工程及其应用
发酵工程的基本环节包括:菌种的选育,扩大培养,培养基的配置,灭菌,接种,发酵产品的分离提纯等
中心工程为发酵罐子内发酵。
要随时监测培养液中的微生物数量,产物浓度
及时添加必须的营养组分
严格控制温度,ph和溶解氧等
ph,如中性和碱性条件会积累谷氨酸,在酸性条件容易形成谷氨酰胺等
发酵结束
采用过滤,沉淀将菌体分离和干燥
如果产品是代谢物,可根据产物的性质采取适当的提取,分离和纯化措施来获得产品
啤酒工业化生产
酒精的产生积累主要在主发酵阶段完成
发芽:大麦种子发芽,释放淀粉酶
焙烧:加热杀死种子胚,但不使淀粉酶失活
农牧业上的应用
通过发酵获得大量的微生物菌体,单细胞蛋白
食品工业上的应用
药物工业上的应用
细胞工程
植物细胞工程
植物组织培养技术
原理:植物细胞具有全能性
接种外植体——诱导愈伤组织(脱分化,避光)——诱导生芽(在再分化,适当时间光照)——诱导生根——植株
愈伤组织不能进行光合作用,需要水、无机盐、蔗糖等营养物质
植物体细胞杂交技术
原理:细胞膜的流动性,植物细胞具有全能性
使用纤维素酶和果胶酶获得原生质体
原生质体融合的方法
物理:电融合法,离心法
化学:高钙离子-高ph融合法,聚乙二醇融合法
打破生殖隔离,实现远缘杂交育种,培育植物新品种等方面展现独特的优势。
应用
快速繁殖
作物脱毒
采用茎尖组织培养技术脱去病毒
单倍体育种
1.花药离体培养(高度不育)
2.秋水仙素诱导染色体加倍
纯合子,稳定,明显缩短年限,加速进程
突变体的利用
基因突变
细胞分裂的间期
细胞产物工厂化生产
动物细胞工程
动物细胞培养
原理:细胞增殖
条件
营养-液体培养基也称培养液
无菌,无毒的环境
温度,ph和渗透压
气体环境:95%的空气和5%的二氧化碳。二氧化碳的主要作用是维持培养液的ph
过程
用机械的方法或用胰蛋白酶,胶原蛋白酶处理,将组织分散成单个细胞。
细胞贴壁
接触抑制,贴壁细胞分裂生长到表面相互接触,使细胞通常会停止分裂增值。(动物细胞特有)
分瓶培养
防止接触抑制
单个细胞扩大细胞与培养液接触面积。
利于吸收营养与减少代谢废物的积累
由原代培养,进而到传代培养
干细胞培养
类型
胚胎干细胞
成体干细胞
ips细胞
动物细胞融合技术
方法:PEG融合法,电融合法,灭活病毒诱导法
原理:细胞膜上的分子重新排布,细胞膜打开,相互融合
单克隆抗体:动物细胞培养,动物细胞融合
用特定的抗原对小鼠进行免疫,从小鼠的皮中得到能产生特定抗体的b淋巴细胞。
选择培养基筛选既能大量增值,又能产生抗体的杂交瘤细胞。
克隆化培养和抗体检测筛选,迅速大量增殖又能产生特异性抗体的杂交瘤细胞。
体外培养或注射到小鼠腹腔中培养,从细胞培养液或小鼠腹水中获取大量的单克隆抗体
特异性强
灵敏度高
可大量制备
Adc抗体——药物偶联物
抗体具有靶向性
药物进行治疗
应先注射生物导弹确定位置,再进行活化,使药物激活
注意:抗体与药物结合未增加药物的杀伤力,能减轻药物对正常细胞的伤害。
溶酶体破坏,导致其中的蛋白酶及其水解酶释放,加速细胞凋亡。
动物体细胞核移植技术
无性繁殖(无性状分离)
卵巢采集卵母细胞培养自减数分裂中期在进行显微操作,去核。
从高产奶牛身体上某一部位取其细胞进行培养,将供体细胞注入去核的卵母细胞
通过电融合法形成重构胚
用物理或化学的方法,如钙离子载体激活重构胚,完成细胞分裂和发育的进程
出生与供体奶牛遗传物质基本相同的牛
难度大:体细胞分化程度高,表现全能性困难。
胚胎工程
理论基础
受精
准备开始:精子与卵子结合形成合子在输卵管完成
精子获能
卵子准备,减数分裂的中期具有与精子受精的能力
受精过程
精子触及卵细胞膜时,卵细胞膜外的透明带迅速发生生理变化
精子入卵后,卵细胞膜也会立即发生生理变化,拒绝其他精子再进入卵内
精子形成雄原核,卵子完成减二,有第二极体后形成雌原核
注意:两道屏障为透明带反应,卵细胞膜反应
受精的标志已观察到两个极体或者雌雄原核作为标志
胚胎早期发育
在输卵管内进行有丝分裂
有一段时间在透明带进行分裂
胚胎总体积不变
内细胞将来发育成胎儿的各种组织
滋养层发育成胎膜和胎盘
胚胎内部产生含有液体的腔为囊胚腔
原长胚分为三层胚层分化,形成各种组织和器官
体外受精
胚胎移植
宫体与受体进行同期发情处理
进行超数排卵,用促性腺激素对性腺发挥作用(不可通过服用)
步骤:供体受体的选择和处理,配种或人工受精,胚胎的收集,检查,培养或保存,胚胎的移植以及以后的检查等
胚胎分割
仪器:体视显微镜和显微操作仪
注意:囊胚需将内细胞团均等分割
取滋养层进行性别鉴定和遗传病筛查
基因工程
原理:基因重组
基因工程的历史
重组DNA技术的工具
限制酶——分子手术刀
一种限制酶识别一种特定的脱氧核苷酸序列
DNA连接酶——分子缝合针
将两个DNA片段连接,连接磷酸二酯键和氢键
载体——分子运输车
质粒是一种裸露、结构简单、独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外,并具有自我复制能力的环状双链DNA分子
方式
细胞中自我复制
整合到受体DNA,随,受体DNA同步复制
结构
抗性基因:人工添加,筛选和鉴定目的基因
目的基因
复制原点
复制原点是指在复制一个对象时,将其复制到与原始对象相同的位置。这通常用于在制作多个相同对象时,确保它们都位于相同的位置。在许多软件中,可以使用“复制”命令并选择“复制到原点”选项来实现此操作。
基因工程的基本操作程序
目的基因的筛选与获取
构造基因文库
PCR
条件:目的基因、脱氧核糖核酸、耐高温DNA聚合酶、能量、引物
环境:含镁离子的缓冲溶液
步骤
变性:温度超过90℃,双链DNA解聚为单链
复性:温度下降到50℃左右,两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合
延伸:温度上升到72℃左右脱氧核苷酸在耐高温的DNA聚合酶(以DNA为模板的DNA链延伸)作用下,碱基互补配对合成新的DNA链
鉴别:琼脂糖凝胶电泳
基因表达载体的构建
基因表达载体是一种用于将目标基因导入到细胞中并使其表达的工具。构建基因表达载体的一般步骤如下:
1. 选择适当的载体:常用的载体包括质粒、病毒、细胞质膜等。选择载体时需要考虑载体的大小、复制数、稳定性、表达效率等因素。
2. 克隆目标基因:将目标基因克隆到载体中。常用的方法包括限制性内切酶切割、PCR扩增等。
3. 添加启动子和终止子:启动子是一段DNA序列,能够启动基因的转录过程。终止子则能够终止转录过程。在构建基因表达载体时,需要将启动子和终止子添加到目标基因的上游和下游,以确保基因能够被正确地转录和翻译。
4. 添加标签:为了方便检测和纯化表达的蛋白质,常常在目标基因的N端或C端添加标签,如His标签、FLAG标签等。
5. 转染细胞:将构建好的基因表达载体转染到目标细胞中,使其表达目标基因。
结构
目的基因——限制酶切割位点
标记基因
启动子:它是按ag和酶识别和结合的部位,驱动基因转录出RNA,最终表达出蛋白质(基因表达载体必须有RNA聚合酶识别和结合部位)
终止子:转录结束
复制原点:有利于目的基因在宿主细胞内扩增
注意
表达出性状就意味着表达出蛋白质,发生了可遗传变异(基因重组)
若含基因,但不一定表达出性状
引物的作用是使DNA聚合酶能从引物的三撇端开始连接脱氧核苷酸
将目的基因导入受体细胞
方法:花粉管通道法、农杆菌转化法(Ti质粒)——双子叶和裸子
基因枪法——单子叶
目的基因的检测与鉴定
分子水平检测
分子杂交技术检测:运用单链作为探针,如存在大量杂合区亲缘关系越近
通过PCR技术检测染色体DNA是否插入了某基因,是否转录出了RNA
提取蛋白质用抗原-抗体杂交技术,检测目的金是否表达
个体生物学水平鉴定
注意
大肠杆菌
制作胰岛素原
工程菌
有内质网高尔基体的真核生物能将翻译出来的含有某种基因的肽链加工成具活性的蛋白
基因工程的应用
农牧业
转基因抗虫植物
转基因抗病植物
转基因抗除草剂植物
改良植物的品质
提高动物的生长速率
改善畜产品的品质
医药
重组人干扰素,血小板,生长素,促红细胞生成素合粒细胞集落刺激因子等基因工程药物
用蛋白基因与乳腺中特异表达基因的启动值等调控元件同组在一起,通过显微注射导入受精卵,分泌所需要的药物
免疫排斥
在器官供体的基因组中导入某种调节,因此以抑制抗原决定基因的表达
设法除去抗原决定基因在结合克隆技术培育出转基因克隆器官
蛋白质工程
改造合成基因,改造现有蛋白质或制造一种新的蛋白质,满足需求
基本原理按照中心法则
应用
速效胰岛素类似物
枯草杆菌蛋白酶