现代食品生物技术重点.docx
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现代食品生物技术重点
♦生物技术的确切定义
人们运用现代生物科学，工程学和其他基础学科的知识，按照预先的设计，对生物进行控制和改造或模拟生物及其功能，用来发展商业性加工，产品生产和社会服务的新技术领域。
♦生物技术的构成
广■基因工程发酵工程酶工程r
廿细胞工程I蛋白质工程I〉
♦生物技术各构成成分之间的关系
现代生物技术的核心是基因工程，而现代生物技术的基础和归宿则是发酵工程和酶工程，否则就不能获得产品和经济效益，也就体现不了基因工程和细胞工程的优越性。
基因工程的定义：
▼是指按照人们的意愿和设计方案，
▼以分子生物学，分子遗传学，生物化学和微生物学为理论基础，
▼通过将一种生物细胞的基因分离出来或人工合成新的基因，
在体外进行酶切和连接并插入载体分子构成遗传物质的新组合，
▼导入到自身细胞或另一种细胞中进行复制和表达等实验手段，
▼有目的的实现动物，植物和微生物等物种之间的DNA重组和转移，
使现有物种在短时间内趋于完善或创造出新的生物特性。
发酵工程的定义利用微生物的某种特性，通过现代化工程技术手段进行工业规模生产的技术.
包括:
1传统发酵（有时称酿造），
2近代的发酵工业如酒精，如乳酸，丙酮-丁醇等
3目前新兴的如抗生素，有机酸，氨基酸，酶制剂，核苷酸，生理活性物质，单细胞蛋白等的发酵生产
酶工程的定义:
酶工程是利用酶所特有的生物催化性能，将酶学理论与化工技术结合而成的一门生物技术。
也就是利用离体酶或者直接利用微生物细胞，动植物细胞，细胞器的特定功能，借助于工程学手段来生产酶制剂并应用于相关行业的一门科学。
细胞工程的定义:
是利用细胞生物学和分子生物学技术，通过类似于工程学的步骤，在细胞整体水平或细胞器水平上，按照人们的意愿改变细胞内的遗传物质已获得新型生物或特定细胞产品的一门综合性科学技术。
蛋白质工程的定义:
蛋白质结构和功能的研究为基础，运用遗传工程的方法，借助计算机信息处理技术的支持，从改变或合成基因入手，定向地改造天然蛋白质或设计全新的人工蛋白质使之具有特定的结构、性质和功能，能更好地为人类服务的一种生物技术。
生物技术：
农业生物技术、医药生物技术、食品生物技术、海洋生物技术、环境生物技术、能源生物技术
食品生物技术（foodbiotechnology）：
是生物技术在食品原料生产、加工和制造应用的一个学科。
♦食品生物工程下游技术
从由基因工程获得的动物、植物和微生物的有机体或器官中，从细胞工程、发酵工程和酶工程产物（发酵液、培养液）中，把目标化合物分离纯化出来，使之达到商业应用目的的过程。
食品发酵和酿造等最古老的生物技术加工过程，也包括了
1应用现代生物技术改良食品原料的加工品质基因，生产高质量的农产品。
2制造食品添加剂。
3植物和动物细胞的培养。
4与食品加工和制造相关的其它生物技术，如：
酶工程、蛋白质工程和酶分子进化工程等。
组成DNA的基本单位是四种脱氧核苷酸，dAMP,dGMP,dCMP,dTMP
通过3‘，5’（3'-羟基和5'-磷酸）一一磷酸二酯键一定顺序相
连
基因工程的最大特点
1、打破生物种属界限2、进行生物种内外基因的重组、遗传信息的
转移
重组DNA技术：
DNA克隆、分子克隆、基因克隆。
基因工程核心：
糖酸骨架
基因工程的研究内容
1、目的基因的获取
2、构成重组DNA--目的基因与载体的重组
3、将重组DNA专移或导入到受体或宿主细胞
4、筛选重组转化体阳性克隆
5、从筛选出的阳性克隆中提取出扩增的
重组DNA分子或基因供分析和研究使用-
使目的基因在受体细胞中高效表达
第一节基因工程基础
邃传物质的化学组成
生物遗传的物质展础
1
1
核酸■
皱詮5
1含戊糖的不同1
脱氧核糖核酸
（DeoxyribonucleicAcid.DNA）
核糖核酸
（Ribonucleicacid,RNA）
构成dwa的位
构触血位
脱氧核糖核甘酸
核糖核幵酸
是通过其俎成中特定的核昔酸序列.储存遠楼惜息
RNA—主要在潼传侑冥的表达及遥白质合成中起重要作用基因一是指DNA分了的片段
OIPHO
O
OIPHO
_
O
JD——P-HO
OH*OH
kZ
核背一瞬酸（NMP）
、丿
核昔二磷酸（NDP〉
k它‘
核音三暁酸（NTP〉
核昔及核昔酸的结构通式
途中之脱氧核音（酸）此处无氧原子，N代表任何一种核肓
«31檢■中主養的舎氮礙、稱昔、松脊陀的宕称及itf•:
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1•—级结构
组成DNA的基本单位畀四种卿氧核昔酸—S1AME4QJMBWME,虹INK
J
通过3「,5’⑺駅基和F禳酸）一酸二酯键一定顺序相连
i
［糖酸骨架
〔碱碁从骨架侧向突出
DNA的一级结构一DNA分干名核昔馥链中4种脱氧核昔馥的排列顺序
II
诙基的拝列顺序
每条DNA链都有方向性:
5’耒竭>末瑞5,■磷酸基未形成磷酸二酯键05—端
3’末端f未瑞3,氓基未被酯化的一端
基因工程工具酶—在基因工程中所用各种酶的统称
I
其种类繁多，作用各异，主要包括如下几种酶
-♦依赖于DNA的RNA聚合酶
I♦激酶♦璘酸酶
♦限制性内切核酸醯
限制件用（REStriction）
是指一定类型的细菌可以通过其思刮性穴切核酸酶的作用，
切割降解入侵的芥源DNA（例如喙繭体DNA等）使得外源DNA入侵受到限制的现象.
修饰作用CModifimticm）
是指在DNA甲辜化酶的作用下.牛物体自身DN&分子
在特定礙基的特定位置上发生甲基化而得到修饰，
从而免遭自身限制性内切核酸酶降解的现象.
♦限制性内切核酸酶（restrictionendonuclease,RE）
简称内切酶
是指一类能够识别和切割双链DNA分子内核苷酸序列的内切核酸酶
♦DNA甲基化酶（DNAmethycase）
简称甲基化酶
是指一类能够识别DNA特定序列，并其特定碱基的特定位置上
引入甲基而发生修饰作用的酶。
※限制酶和甲基化酶主要是从多种微生物中分离纯化而来的。
命名和分类:
1寄主微生物属名的头个字四一大写「
「组成的三宇母（斜体宇）
2种尹的前两个字母—小习」为其基本形式
證沛懺展屈做;就弓血抚抚时嗣屈耗&出鬧龙屈左冕;熾出黒凸剧总帶託智
I③当微牛物具有特殊名称时4则将代表该特殊名称的符号加在三个字母
岳滿i阔iii制㈱i辎締訓睹I讲g鋼I圖ii綜ii渐幡i御ii觸I廉谓
斥面・非斜体字
同属不同种的两种微生物的种名相同一*前2个宇母相同时
H瑕即QpDigM曲耐“皿加〔副流感嗜血杆菌）—日礙
Haemophilusparahaemolyticus:
副溶ifn嗜血杆菌）—Hph
♦I®制性内切酶一般以提取这类酶生物的（属〉名和（种）名的第〈仆2）个字母以及菌株（型〉的（代号）来命名。
如果从同一生物中先后提取到多种限制性核酸内切酶.则依次用鬻马数字加以区分-
例如涉？
din表示从（^o?
QPft/tas呦啣磁或渝感嗜血杆菌〉
菌（英文）株（d）中分离出来的第（3）种限制性内切酶。
♦EcoRI表示从（Escherichiacoli或大肠埃希氏菌）菌株RY13
分离出的第
（1）种限制性内切酶。
限制性内切核酸酶分类，根据酶的性质，可将限制酶分为三个类型
I型限制酶不宜”作为基丙工程的工具酶
厂I聲其切割位点距其识别位点至少1000bp（basepair）且切割作用点—随机
例如EcoAI、£coBI、ecoOI、6coKIe
卜制性内切酶杲
基因工程的理懇工具幄
〈II型=其切割位点与其识别位点重養或在其附讥|且切割作用特异性强
例如BamHI,FcoRI.HMHI
till型：
其切割位点一般在距识别位点3T社4-26bp辿
III禮限制酶在基因工程屮也不常用
By（pyrimidine）^口密唳类含氮碱一>c或T
Eu（purins）u票吟类含氮碱—>a或g
切割方式：
「O形成双链平齐末端
根据双链DNA被-o形成5'磷酸端2-5个核昔酸突岀
切割所成的末端|单链粘性未端
-O形成3'轻基端2—5个核昔酸突出
单链粘性未端
同裂酶：
在u型限制性内切核酸酶中，来源不同而识别序列和切割方式相同者称为同裂酶
例如：
HpanMspI,两者的识别序列都是CCGG
同尾酶：
虽来源及识别序列不同，但DNA经其切割后能形成相同粘性末端者称为同尾酶。
基因工程载体（Vactor）:
质粒载体（plasmid）-细菌等生物细胞内一类能自我复制的遗传物质
噬菌体载体（bacteriophage）-细菌病毒的总称
柯斯质粒载体（cosmidvactor）
♦按照介导的作用目的分类：
克隆载体、表达载体
♦按照介导的受体生物分类：
大肠杆菌载体（原核生物）、酵母载体（真核生物）、植物载体（病毒）、动物载体
启动子（promoter）:
DNA专录起点部位的DNA序列
增强子（enhancer）:
使DNA专录加速的DNA序列
衰减子（attenuator）:
使DNA转专录衰减的DNA序列
终止子（terminator）:
使DNA专录终止的DNA序列
操纵基因（operator）:
直接负责DNA专录开启和关闭的DNA序列
理想的载体应具备的基本条件:
1能自主穗定复制
©应貝有一个以丄的单一限制性內切酶仗点，以便目的基周插入
3具有菜些容易检测的遗传标远
（如，抗药性、窘基酸合成酶，空斑形咸等）
4插入目B基因的幅度较宽
5分子量小，拷贝数高
6对于表达载体还应配备与寄主细胞相适应的启动子，前导序列，加尾信号,
増强子等DNA调控元件
PBR322质粒的优点:
1分子质量较小，易于进行重组克隆
2拷贝数高—每个细胞可累计高达1000-3000个质粒拷贝
市氨芾青霉素基因一Amff
3具有抗菌素抗性基因彳
L抗四环素抗性基因一3「
如果将外源DNA插入到上述B自mHI等9种或Sg旨I等三种限制位点上
I
会导致月mp基因或胆r1基因的失活
!
针对这一觥陷构建PBR322衍生慣粒
2•质粒载体pUC19
gUQ—►美国加利福尼亚大学（UniversityofCalifornia）的科学家构建邯
PBR322—使用广泛，但带的单克隆位点较少，筛选程序还较费时阖
I
PBR322的基础上发展了质粒pQC
.DUC19,DUC18.nUC7
「①目的基因的获取
②构成重组DNA目的基因与载体的車组基因工程的研究内容彳③将重组DNA转移或导入到受体或宿主细胞
4端选重组转化体阳性克隆
〈5）从筛诜出的阳杵克隆中掾取出扩増的重组DNA分子或基因供分析和研究使用-使目的基因在受体细胞中高效表达
PCF技术：
定义：
PCR技术又称聚合酶链式反应（polymerase
chainreaction）,是通过模拟体内DNA复制的方式，在体外选择性地将DNA某个特殊区域扩增出来的技术。
PC敲术的基本原理
在微量离心管中，加入适量的缓冲液，微量的模板DNA四种脱氧单核苷酸，耐热性多聚酶，一对合成DNA的引物,通过高温变性、低温退火和中温延伸三个阶段为一个循环的反应过程，每一次循环使特异区段的基因拷贝数放大一倍，一般样品是经过30次循环,最终使基因放大了数百万倍；扩增了特异区段的DNA带。
①模板：
单链或双链DNA
②引物；46・30bp合成的寡核昔酸
（dNIB：
dAIP.dHP”©皿，sLQIB）
⑤Mg2+：
DNA聚合酶的激活剂
转化（transformation）:
是感受态的大肠杆菌细胞接受及表达质粒
DNA分子的生命过程
转染（transfection）:
是感受态的大肠杆菌细胞接受及表达噬菌体
DNA分子的的生命过程
ICP基因工程概念：
ICP基因工程主要运用脓杆菌介导法，基因枪法等对植物进行ICP基因
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