生物技术概论重点总结

生物技术概念：•生物技术（biotechnology），是指人们以现代生命科学为基础，结合其他基础科学的科学原理，采用先进的科学技术手段，按照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达到某种目的。

生物技术的种类•生物技术不完全是一门新兴学科，它包括传统生物技术和现代生物技术两部分。

•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•基因工程是20世纪70年代随着DNA重组技术的发展应运而生的一门新技术。

是指在基因水平上操作并改变生物遗传特性的技术，也称为DNA重组技术。

细胞工程•是指以细胞为基本单位，在体外条件下进行培养、繁殖或人为地使细胞某些生物学特性按人们的意愿发生改变，从而达到改良生物品种和创造新品种的目的，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行修饰改造，并借助生物反应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•是以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系为基础，通过有控制的修饰和合成，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、更符合人类需要的新型蛋白质。

细胞中的主要物质•遗传物质（即基因，编码蛋白质)•蛋白质（催化生化反应、构成细胞骨架、运输物质等）•碳水化合物（提供能量）•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：现代生物技术是以20世纪70年代DNA 重组技术的建立为标志的。

◆1944 年Avery 等阐明了DNA是遗传信息的携带者◆1953年Watson &Crick发现DNA双螺旋结构 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秘密生物技术在经济、社会中的作用1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，减少化肥使用量2）发展畜牧业生产–动物的大量快速无性繁殖–培育动物的优良品系2提高生命质量，延长人类寿1）开发制造贵重的新型药品2）疾病的预防和诊断3）基因治疗4）人类基因组计划3解决能源危机、治理环境污染1）解决能源危机生物能源将是最有希望的新能源之一，而其中又以乙醇最有希望成为新的替代能源。

2）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，清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，达到净化环境、保护环境、废物利用并获得新的产品的目的。

4制造工业原料、生产贵重金属1）制造工业原料利用微生物在生长过程中积累的代谢产物,生产食品工业原料,种类繁多。

2）生产贵重金属利用微生物的浸矿技术对废渣矿、贫矿、尾矿、废矿进行提炼。

5生物技术的安全及其对伦理、道德、法律的影响1）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殊的致病基因，如果它们从实验室逸出并且扩散，有可能造成类似鼠疫那样的可怕疾病的流行。

2）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，擅自改变植物基因是否可能引起一些难以预料的危险。

3）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险性，因为所创造出的新物种有可能具有极强的破坏力而引发一场浩劫。

4）生物技术的发展将不可避免地推动生物武器的研制与发展，使笼罩在人类头上的生存阴影越来越大。

5）动物克隆技术的建立，如果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。

1.核酸的化学结构碱基2.核酸的分类•核酸分为：1.）脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic acid DNA),DNA含A,T,G,C四种碱基和脱氧核糖2.）核糖核酸(Ribonucleic acid RNA)，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=T2）同种生物的不同组织的碱基组成相同,不同生物的同种组织的碱基组成不同3）年龄,营养,环境不影响碱基组成•（2）DNA的书写方式如：5’-GATCATAATTC-3’3’-CTAGTATTAAG-5’可写成：5’-GA TCATAATTC-3’（3）DNA双链的存在形式：几乎所有的真核生物的DNA都以线形存在，大部分原核生物的染色体DNA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。

（4）DNA双链的基本特点：1）DNA分子是由两条互相平行的脱氧核甘酸长链盘旋而成。

2）DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排在外侧，构成基本的骨架，碱基排在内侧。

3）两条链上的碱基通过氢键结合，形成碱基对，它们的组成有一定的规律。

DNA的一级结构一级结构即四种核苷酸的连接及其排列顺序DNA的二级结构指两条多核苷酸链反向平行盘绕所生成的双螺旋结构DNA的高级结构1）核小体2）30nm纤维3）300nm棒4）染色体DNA分子结构特征•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•编码的核苷酸顺序就携带着遗传信息4.RNA的结构•组成上与DNA相似，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，出现双螺旋，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•线形单链结构，携带DNA信息，作为指导合成蛋白质的模板•真核生物5ˊ-端有帽子结构，免遭核酸酶的破坏•有非翻译序列•真核生物3ˊ--polyA结构，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结构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5. DNA分子的功能•DNA分子能在细胞内半保留复制tRNA的特点DNA复制在生物细胞中要从DNA分子上特定位置开始。

这个特定的位置就称为复制起点(Origin of replication)，用ori表示。

DNA复制从起点开始双向进行直到终点为止，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;而在真核生物中，每个DNA分子有许多个复制子，每个复制子长约50-200kb。

携带遗传信息DNA的转录•转录包括：转录启动子、转录区•转录启动子：是5¡¯端上游区的DNA序列，能活化RNA聚合酶，使之与模板DNA准确相结合并具有转录起始的特异性•原核生物：-10区（TATAA T）、-35区（TTGACA）•真核生物：-25---30区（TATA）、-70---80区（CAAT）、-80---100区（GC）•转录区：从转录RNA的起录点开始，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–对于20种标准的氨基酸，按照侧链化学性质的不同，可以分为以下三组：•疏水性的氨基酸–Ala、Val、Leu、Ile、Phe、Pro和Met•带电氨基酸–Arg、Lys（+）和Asp、Glu（-）•亲水性氨基酸•Ser、Thr、Cys、Asn、Gln、His、Tyr、Trp肽键、肽和多肽•不同数目的氨基酸以肽键顺序相连，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，写在右蛋白质一级结构•肽键•肽链•氨基酸排列顺序等二级结构：肽链的主链在空间的走向»α-螺旋»β-折叠»β-转角»无规卷曲»无序结构三级结构•在二级结构基础上的肽链再折叠形成的构象•亲水基位于球体表面,疏水基位于球体内部四级结构•组成蛋白质的多条肽链在天然构象空间上的排列方式，多以弱键互相连接。

疏水力、氢键、盐键•每条肽链本身具有一定的三级结构，就是蛋白质分子的亚基–球蛋白近似球形，表面富含亲水基团，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）蛋白质结构与功能的关系•一级结构与功能的关系序列分析•空间结构与功能的关系结构分析空间结构与功能的关系1）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。

2）可逆变性3）不可逆变性（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。

•肽链的延伸¡ª¡ª核糖体沿mRNA5¡¯端向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，准备新一轮合成反应三、基因与基因表达的一般概念•基因作为唯一能够自主复制、永久存在的单位，其生理学功能以蛋白质形式得到表达。

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控制所有生命现象。

•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。

翻译是指以新生的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片段，基因位于染色体上，基因决定生物的性状、发育、代谢和免疫状态等。