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簡介：生物催化工程,山東科技大學,主要內容,1生物催化劑是生物反應過程中起催化作用的游離或固定化酶的總稱。2固定化酶固定化酶通過物理的或化學的方法，將酶束縛于水不溶的載體上，或將酶束縛于一定的空間內，限制酶分子的自由流動，但能使酶發(fā)揮催化作用的酶。3酶分子修飾通過各種方法使酶分子的結構發(fā)生某些改變，從而改變酶的某些特性和功能的技術過程稱為酶分子修飾。4酶回收率與酶純化比（純度提高比）酶的回收率是指某純化步驟后酶的總活力與該步驟前的總活力之比。酶的純化比是之某純化步驟后的酶的比活力與該步驟前的比活力之比。5凝膠過濾層析又叫分子排阻層析，分子篩層析，在層析柱中填充分子篩，加入待純化樣品再用適當緩沖液淋洗，樣品中的分子經過一定距離的層析柱后，按分子大小先后順序流出的，彼此分開的層析方法。,主要內容,是非題（每題1分，共10分）,主要內容,簡答題（每題5分，共20分）1酶的6個種類的名稱是什么2通常酶的固定化方法有那些3舉出四例，說明酶在醫(yī)學上的廣闊的用途。4寫出五種分離純化酶蛋白的方法。,主要內容,生物柴油生產時，需要一種脂肪酶，制定方案從微生物中提取，說明這種生物催化劑篩選的主要途徑，產酶微生物一般篩選方法和步驟,怎樣對篩選菌種育種和菌種保存，說明防止菌種衰退和復壯方法，怎樣優(yōu)化發(fā)酵條件，闡述這種脂肪酶的提取純化方法（三種），論述檢查酶的制劑是否達到了純的制劑的方法。,主要內容,設計一種脂肪酶，闡述它的在某一領域的應用，說明如何采用兩種酶分子修飾方法進行修飾，修飾后的優(yōu)點列舉兩種，如何采用酶的兩種固定化方法做固定化酶，設計這種脂肪酶在非水相介質中的催化反應過程。,121生物催化工程界定,生物催化與生物轉化BIOCATALYSISBIOTRANSFORMATION是生物學、化學、過程工程科學的交叉領域,其核心目標是大規(guī)模采用微生物或酶為催化劑生產化學品、醫(yī)藥、能源、材料等。以生物催化與生物轉化為核心的工業(yè)生物技術將是生物技術革命的第三個浪潮,12生物催化工程內涵及歷史,13生物催化的研究內容,生物催化系統BIOCATALYTICSYSTEM主要由底物／產物、反應介質、生物催化劑三個基本的要素構成圖1一1。這就涉及所謂的“底物工程‘’’SUBSTRATEENGINEERING、“介質工程”MEDIUMENGINEERING和“生物催化劑工程”BIOCATALYSTENGINEERING等許多不同學科背景的基礎知識和專門技術。,生物催化劑的篩選和制備要經過微生物菌種的自然分離、誘變育種或定向改造，酶的發(fā)酵、提取和純化，以及酶或細胞的固定化等一系列環(huán)節(jié)的反復多次篩選和優(yōu)化組合。,131生物催化的研究內容,不對稱合成（ASYMMETRICSYNTHESIS），也稱手性合成、立體選擇性合成、對映選擇性合成，是研究向反應物引入一個或多個具手性元素的化學反應的有機合成分支。按照MORRISON和MOSHER的定義，不對稱合成是“一個有機反應，其中底物分子整體中的非手性單元由反應劑以不等量地生成立體異構產物的途徑轉化為手性單元”。這里，反應劑可以是化學試劑、催化劑、溶劑或物理因素。,如何用天然的酶在非生理條件下催化非天然底物的不對稱轉化，并且保持高度的立體選擇性，則是不對稱生物催化中需要重點研究并加以解決的一個核心科學問題。定向進化、構象工程。,,20世紀80年代初期興起的非水相酶催化技術徹底地突破了酶只能在單一水溶液介質中應用的局限。所表現出的催化性能如活性、選擇性、穩(wěn)定性與在常規(guī)水溶液介質中的天然性能截然不同，從而極大地擴展了生物催化劑的應用范圍。,132研究特色,生物催化在手性合成中的應用工業(yè)生物催化技術被看作是繼農業(yè)和醫(yī)藥生物技術之后，生物技術發(fā)展的第三次浪潮。一方面化學工業(yè)公司正在雇用越來越多的生命科學家；另一方面，有機化學家在面對新的或比較困難的合成任務時，開始把生物催化劑視作有效的合成工具。,,手性合成的難點在于針對不同的手性或潛手性底物，必須使用與之高度匹配的專一性“手性工具”例如手性拆分劑、手性催化劑、手性溶劑或助劑，等等，首要的任務是制備出對目標反應具有高度立體選擇性的手性生物催化劑。,手性化合物分離測定與拆分技術主要有利用現代色譜法高效液相色譜HPLC、氣相色譜GC、毛細管電泳HPCE、超臨界流體色譜SFC、物理化學拆分法、膜法、酶法。其中，現代色譜分離技術在對映體的分離與測定方面顯示出巨大的優(yōu)越性。,,酶催化劑具有高度的對映體選擇性，不對稱合成。生物大分子含有很多手性中心，故在結構上形成高度不對稱的微環(huán)境空間，而在功能上則作為一種“手性受體”，對手性的藥物配體或手性的底物具有立體專一性識別作用。,以2005年全球銷售額（美元）統計，以下21種單一對映異構體藥物都可被稱為“重磅炸彈”。阿托伐他汀（130億），氯吡格雷（63億），重組人紅細胞生成素（58億），氟替卡松/沙美特羅復方制劑（55億），利妥昔單抗（52億），埃索美拉唑（46億），辛伐他?。?4億），普伐他?。?8億），纈沙坦（37億），依那西普（36億），英利昔單抗（35億），促紅細胞生成素（33億），舍曲林（33億），孟魯司特鈉（30億），依諾肝素鈉（27億），曲妥珠單抗（25億），乙二醇化非格司亭（23億），依地普侖（20億），阿奇霉素（20億），多烯紫杉醇（20億），奧沙利鉑（19億）。,抗癌藥基因技術公司與羅素制藥公司聯合開發(fā)的曲妥珠單抗、輝瑞公司的伊立替康、賽諾菲安萬特公司的奧沙利鉑、禮來公司的吉西他濱。這類藥物的在研產品多數是生物制劑，主要是單克隆抗體。胃腸道用藥阿斯利康公司的埃索美拉唑就是一種由外消旋體轉變的單一對映異構體藥物。該藥于2000年上市，2005年銷售額達46億美元。詮釋了開發(fā)單一對映異構體藥物的一個基本原則首先在技術上必須可行，再者要具有臨床療效和市場方面的優(yōu)勢?？共《舅幜_氏公司的治療禽流感藥物“達菲”也是單一對映異構體藥物。葛蘭素史克公司的拉米夫定/齊多夫定/阿巴卡韋復方制劑、伐昔洛韋，雅培公司的茚地那韋/利托那韋復方制劑、安普那韋都是單一對映異構體的抗病毒藥物。呼吸系統用藥葛蘭素史克公司的氟替卡松/沙美特羅復方制劑是由兩個單一對映異構體藥物成分組成的,14酶的命名與分類,141酶的國際系統分類1氧化還原酶類2轉移酶類3水解酶類4裂合酶類5異構酶類6合成酶（連接酶）類,水解酶類HYDROLASES,水解酶催化底物的水解反應。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。例如，胰蛋白酶TRYPSIN催化的肽鏈的水解反應,

簡介：專題1基因工程第3節(jié)基因工程的應用,欄目鏈接,一、植物基因工程碩果累累,提高農作物的________能力、改良農作物的________、利用植物生產________等。1．抗蟲轉基因植物。1方法從某些生物中分離出具有______________，將其導入作物中，使其具有抗蟲性。,抗逆,品質,藥物,殺蟲活性的基因,欄目鏈接,2殺蟲基因種類BT毒蛋白基因、__________抑制劑基因、__________抑制劑基因、植物凝集素基因等。3成果抗蟲棉、抗蟲水稻等。4意義減少________的使用，降低生產成本，減少環(huán)境污染，降低了對人體健康的損害。,淀粉酶,蛋白酶,農藥,欄目鏈接,2．抗病轉基因植物。1植物的病原微生物________、________和細菌等。2方法將__________導入植物中，使其具有抗病特性。3抗病基因種類。①抗病毒基因病毒__________基因和病毒的復制酶基因。②抗真菌基因__________基因和抗毒素合成基因。,病毒,真菌,抗病基因,外殼蛋白,幾丁質酶,欄目鏈接,4成果抗煙草花葉病毒的轉基因煙草和抗病毒的轉基因小麥、甜椒、番茄等。3．其他抗逆轉基因植物。1方法將________基因導入植物，獲得抗逆作物。2抗逆基因調節(jié)細胞____________的基因，提高作物抗鹽堿、抗干旱的能力；魚的____________基因使作物耐寒；抗除草劑基因使作物抗除草劑。3成果抗鹽抗旱煙草、耐寒番茄、抗除草劑玉米等。,抗逆,欄目鏈接,滲透壓,抗凍蛋白,4．利用轉基因改良植物的品質。1我國科學家將富含賴氨酸的__________________導入玉米，獲得的轉基因玉米中賴氨酸的含量比對照組提高30。2我國科學家將控制番茄____________的基因導入番茄，獲得了轉基因延熟番茄。,蛋白質編碼基因,果實成熟,欄目鏈接,二、動物基因工程前景廣闊,1．提高動物的生長速度。1基因外源____________基因。2成果轉基因綿羊、轉基因鯉魚。2．改善畜產品的品質。1優(yōu)良基因__________基因。2成果轉基因牛分泌的乳汁中乳糖含量少。,生長激素,腸乳糖酶,欄目鏈接,3．轉基因動物生產藥物。1基因來源藥用________基因＋________蛋白基因的啟動子。2成果乳腺生物反應器。4．轉基因動物作__________的供體。1器官供體抵制或除去________________。2成果預期結合____________培育沒有_____________的豬器官。,蛋白,乳腺,器官移植,抗原決定基因,克隆技術,免疫排斥反應,欄目鏈接,三、基因工程藥物異軍突起,1．方式利用基因工程培育“__________”來生產藥品。2．成果利用“工程菌”可生產細胞因子、抗體、疫苗、激素等。,工程菌,欄目鏈接,四、基因治療,1．概念把__________導入病人體內，使該基因的表達產物發(fā)揮功能，從而達到治療疾病的目的。2．成果將腺苷酸脫氨酶基因導入患者的淋巴細胞。3．途徑分為______________和______________。,正?；?體外基因治療,體內基因治療,欄目鏈接,欄目鏈接,知識點1利用基因工程生產轉基因生物或目的基因產物,1．轉基因植物。1生產過程圖解以抗蟲棉生產過程為例,,欄目鏈接,2成果。,欄目鏈接,2．轉基因動物。1生產過程圖解以轉基因牛生產過程為例,欄目鏈接,2成果或前景。,欄目鏈接,欄目鏈接,3轉基因微生物。1生產過程圖解以可生產干擾素酵母菌的培育過程為例,欄目鏈接,2應用利用基因工程培育“工程菌”來生產藥品，是基因工程的低成本高效益的工程產業(yè)。例如可以通過轉基因培育的工程菌生產人胰島素、細胞因子、抗體、疫苗、激素、白細胞介素、干擾素、乙肝疫苗等。,欄目鏈接,例1繼哺乳動物乳腺生物反應器研發(fā)成功后，膀胱生物反應器的研究也取得了一定進展。最近，科學家培育出一種轉基因小鼠，其膀胱上皮細胞可以合成人的生長激素并分泌到尿液中。請回答1將人的生長激素基因導入小鼠受體細胞，常用方法是____________。2進行基因轉移時，通常要將外源基因轉入________中，原因是___________________________________,欄目鏈接,3通常采用________________技術檢測外源基因是否插入了小鼠的基因組。4在研制膀胱生物反應器時，應使外源基因在小鼠的____________細胞中特異表達。跟乳腺生物反應器相比，膀胱生物反應器有何優(yōu)勢________________________________________________________________________。,欄目鏈接,解析在基因工程中，若受體細胞是動物細胞，常采用顯微注射的方法導入目的基因。若要使小鼠膀胱上皮細胞合成人的生長激素，在進行基因轉移時，當作受體細胞的通常是受精卵，其原因是受精卵具有全能性，可使外源基因在相應組織細胞中得到表達。檢測目的基因是否插入到受體細胞的基蜃?，通常采用的蔇NA分子雜交技術。乳腺生物反應器生產藥物受生物發(fā)育期和性別影響，而膀胱生物反應器則不受其影響。,欄目鏈接,答案1顯微注射2受精卵或早期胚胎受精卵或早期胚胎細胞具有全能性，可使外源基因在相應組織細胞表達3DNA分子雜交核酸探針4膀胱上皮處于不同生長發(fā)育時期的雌雄動物均可生產藥物,欄目鏈接,變式遷移,,,1．為擴大可耕地面積，增加糧食產量，黃河三角洲等鹽堿地的開發(fā)利用備受關注。我國科學家應用耐鹽基因培育出了耐鹽水稻新品系。據此完成1～4題。,欄目鏈接,變式遷移,,1獲得耐鹽基因后，構建重組DNA分子所用的限制酶作用于上圖中的________處，DNA連接酶作用于________處。填“A”或“B”2將重組DNA分子導入水稻受體細胞的常用方法有農桿菌轉化法和________________________________________________________________________。,欄目鏈接,變式遷移,,3由導入目的基因的水稻細胞培養(yǎng)成植株需要利用____________技術。4為了確定耐鹽轉基因水稻是否培育成功，既要用放射性同位素標記的__________作探針進行分子雜交檢測，又要用__________________方法從個體水平鑒定水稻植株的耐鹽性。,欄目鏈接,解析1限制酶和DNA連接酶的作用部位都是脫氧核苷酸鏈上相鄰兩脫氧核苷酸之間的磷酸二酯鍵，即A處，只不過前者是斷裂，后者是形成。2將重組DNA分子導入植物受體細胞常用的方法有農桿菌轉化法、基因槍法、花粉管通道法。3將含有目的基因的水稻細胞培養(yǎng)成植株的技術是植物組織培養(yǎng)，其核心是脫分化和再分化。4基因工程檢測包括目的基因的檢測和目的基因是否轉錄出MRNA的檢測，兩者都用放射性標記的目的基因耐鹽基因作為探針檢測，而鑒定屬于個體水平，需要一定濃度鹽水澆灌進行實驗。,變式遷移,欄目鏈接,答案1AA2基因槍法花粉管通道法3植物組織培養(yǎng)4耐鹽基因目的基因一定濃度鹽水澆灌移栽到鹽堿地中,變式遷移,,欄目鏈接,點評1基因工程育種相對于傳統雜交育種的比較。,變式遷移,,欄目鏈接,變式遷移,,2動物基因工程中，一般是將目的基因導入受精卵或卵細胞需與精子結合進一步形成受精卵中；但在一定條件下也可導入體細胞中，直接獲得含目的基因的動物細胞，或進一步通過核移植技術和胚胎移植技術獲得含目的基因的克隆動物。,欄目鏈接,變式遷移,,3利用基因工程只能生產蛋白質類的藥物，而不能生產其他成分的藥物。因為目的基因的表達產物為蛋白質，而非其他物質。,欄目鏈接,知識點2基因治療,1．原理基因治療是把正?；驅氩∪梭w內有基因缺陷的細胞中，使該基因的表達產物發(fā)揮功能，從而達到治療疾病的目的，這是治療遺傳病的最有效的手段。2．過程基因治療有體外基因治療和體內基因治療兩種途徑，其中體外基因治療過程如下圖,欄目鏈接,,,欄目鏈接,3．注意基因治療并非把健康的外源基因導入患者的全部細胞，而只是導入某些功能細胞中，且是體細胞。例如對于白血病的基因治療主要就是給患者的造血干細胞導入正?；?。外源基因是不可遺傳的，治療好的患者后代仍有可能患病。,欄目鏈接,例2科學家們對一位缺乏腺苷酸脫氨酶基因而患嚴重復合型免疫缺陷癥的美國女孩進行基因治療，其方法是首先將患者的淋巴細胞取出做體外培養(yǎng)，然后用逆轉錄病毒將正常腺苷酸脫氨酶基因轉入人工培養(yǎng)的淋巴細胞中，再將這些轉基因淋巴細胞回輸到患者體內，經過多次治療，患者的免疫功能趨于正常。據此完成1～4題。1基因治療是把健康的________導入有________的細胞中，以達到治療疾病的目的。,欄目鏈接,2在基因治療過程中，逆轉錄病毒的作用相當于基因工程中基因操作工具中的________。此基因工程中的目的基因是____________________，目的基因的受體細胞是________。3將轉基因淋巴細胞多次回輸到患者體內后，免疫能力趨于正常，是由于淋巴細胞中能合成______________。4下圖甲所示的方法是從__________的DNA中直接分離出基因，圖乙所示的方法是用________方法人工合成基因。,欄目鏈接,,,欄目鏈接,解析圖甲表示用限制酶將供體細胞的DNA切成許多片段，然后將片段通過載體轉入到不同的受體細胞，從中找到目的基因。圖乙表示用目的基因轉錄成的信使RNA為模板，逆轉錄成互補的單鏈DNA，再合成雙鏈DNA，從而獲得目的基因。答案1外源基因基因缺陷2載體或基因的運輸工具腺苷酸脫氨酶基因淋巴細胞3腺苷酸脫氨酶4供體細胞逆轉錄,欄目鏈接,2．下列說法不正確的是A．干擾素是動物或人體細胞受到病毒侵染時產生的一種糖蛋白B．基因治療是治療遺傳病的最有效手段C．體內基因治療是基因治療的一種形式D．體外基因治療僅指體外完成基因轉移這個環(huán)節(jié),變式遷移,,欄目鏈接,解析人類遺傳病是很難用一般藥物進行治療的，基因治療是把正?；驅氩∪梭w內，使該基因的表達產物發(fā)揮功能，從而達到治療疾病的目的，這是治療遺傳病的最有效的手段?；蛑委煱w外基因治療和體內基因治療兩種方式。體外基因治療是先從病人體內獲得某種細胞，進行培養(yǎng)，然后，在體外完成基因轉移，再篩選成功轉移的細胞擴增培養(yǎng)，最后重新輸入患者體內。體內基因治療是指直接向人體組織細胞中轉移基因的治病方法。答案D,變式遷移,欄目鏈接,

簡介：微生物的代謝調節(jié)和代謝工程,微生物的生長過程中機體內的復雜代謝過程是相互協調和高度有序的，并對外環(huán)境的改變能迅速作出適應反應。我們的目的讓微生物建立新的代謝方式，高濃度的積累人們所期望的產品。,代謝調節(jié)代謝工程,代謝調節(jié),,1、微生物的代謝類型和自我調節(jié)2、酶活性調節(jié)3、酶合成調節(jié)4、分支生物合成途徑調節(jié)5、能荷調節(jié)6、代謝調控（人為）7、次級代謝與次級代謝調節(jié),微生物的自我調節(jié),微生物體內物質的合成和降解是由其自我調控的。在單一有機化合物碳源的培養(yǎng)基中，大分子合成途徑中各個環(huán)節(jié)配合的很好，效率高。存在多種不同的碳源時，細胞會優(yōu)先吸收某一碳源，在體內合成大量與代謝相關的酶類。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,分解途徑,合成代謝,,葡萄糖合成,,,培養(yǎng)基中葡萄糖,培養(yǎng)基中甘露糖,,,抑制阻遏,自我調節(jié)的部位,膜系統的選擇性吸收。核內相關基因的調控表達。酶系在細胞基質內被分隔。,酶活性的調節(jié),調節(jié)的是已有酶的活性，是在酶化學水平上發(fā)生的調節(jié)。包括酶活性的激活和抑制兩個方面。,酶合成的調節(jié),調節(jié)的是酶分子的合成量，是在遺傳水平上發(fā)生的調節(jié)包括酶合成的誘導和阻遏,二種水平上的重要的兩種方式反饋抑制和反饋阻遏,酶活性調節(jié),酶的激活作用酶的抑制作用,酶活性的調節(jié)機制別構調節(jié)（變構調節(jié)）,別構效應底物或底物以外的物質和別構酶分子上的相應部位可逆地非共價結合后，通過酶分子構象的變化影響酶的催化活性，這種效應稱為別構效應別構效應劑引起別構效應的物質稱為效應物別構激活劑凡是和酶分子結合后使酶反應速度加快的別構效應劑就稱為別構激活劑（正效應劑）別構抑制劑（負效應劑）,別構酶具有別構效應的酶稱之為別構酶別構酶通常能對反應起調節(jié)作用，是調節(jié)酶的一種。,別構酶舉例大腸桿菌（ECOLI）天冬氨酸轉氨甲酰酶（簡稱ATCASE）,,ATCASE有二個底物和CTP、ATP二個別構效應劑ASP、ATP是別構激活劑，CTP是別構抑制劑,ATCASE（天冬氨酸轉氨甲酰酶）,ATCASE的相對分子質量是310000，由12條多肽鏈組成每個調節(jié)亞基上有兩個別構效應劑（CTP、ATP）的結合部位,完整有活性的酶,催化亞基（三聚體）,調節(jié)亞基（二聚體）,酶合成的調節(jié),誘導和阻遏誘導某種化合物作用下，導致某種酶合成或合成速率提高的現象。阻遏某種化合物作用下，導致某種酶合成停止或合成速率降低的現象。,酶合成的誘導作用,組成酶不依賴于酶底物或底物的結構類似物的存在二合成的酶。誘導酶依賴于某種底物或底物的結構類似物的存在而合成的酶。,酶合成的阻遏,酶合成的阻遏在微生物代謝中，胞內某種產物的積累造成該產物合成途徑中前面某種酶的合成受到阻礙。末端產物阻遏如果代謝產物是合成途徑的終產物，則為末端產物阻遏。分解代謝產物阻遏如果代謝產物是某種化合物分解的中間產物，則為分解代謝產物阻遏。葡萄糖效應,酶合成的機制,乳糖操縱子模型誘導和阻遏,分支生物合成途徑的調節(jié),同工酶調節(jié)協同反饋抑制增效（合作）反饋抑制累積反饋抑制順序反饋抑制聯合激活或抑制調節(jié)酶的共價修飾,,AK天冬氨酸激酶；HSDH天冬氨酸脫氫酶,分支生物合成途徑的調節(jié),同工酶ECOLI天冬氨酸族氨基酸合成，天冬氨酸激酶I、II、III。協同反饋調節(jié)一種酶受到反饋調節(jié)，但需要一種以上終產物過量累加反饋調節(jié)多個末端產物抑制第一個酶，單獨只能部分抑制或阻遏，總的效果是累加的增效反饋調節(jié)多個末端產物抑制第一個酶，多個末端產物抑制第一個酶，單獨只能部分抑制或阻遏，總的效果是增效的,分支生物合成途徑的調節(jié),順序反饋調節(jié)依次反饋調節(jié)聯合激活或抑制調節(jié)一種生物合成的中間產物參與兩個完全獨立的、不交叉的合成途徑的控制。這種中間體物質濃度的變化會影響這兩個獨立代謝途徑的代謝效率。如腸細菌氨甲酰磷酸合成酶的聯合激活和抑制調節(jié),分支生物合成途徑的調節(jié),酶的共價修飾大腸桿菌谷胺酰胺合成酶由于共價修飾引起活力的改變有無腺苷酰基,中間產物,U,V,W,末端產物,,,,,T,U,V,W,,,,反饋抑制,末端產物直線式抑制,,,,,,,,,,,,,,,,,,,A,B,C,D,E,F,G,H,A,B,C,,,,,,,同工酶調節(jié),能荷代謝,能荷細胞中ATP、ADP、AMP系統中可為代謝反應功能的高能磷酸鍵的量度。表示式P64（35）大腸桿菌的能荷在生長期間為08，靜止期為05。,代謝調控,在人為條件的控制下，可以使微生物過量產生各級初級代謝產物和次級代謝產物。一般可以根據代謝調節(jié)理論，通過改變發(fā)酵工藝條件如PH、溫度、通氣量、培養(yǎng)基的組成和微生物遺傳特性等，達到改變菌體內的代謝平衡，過量產生所需要產物的目的。,代謝調控發(fā)酵條件的控制改變細胞的透性菌種遺傳特性的改變,在生產中，如果發(fā)酵的條件不同，可能生成的主要產物也不同?？刂撇煌陌l(fā)酵條件，影響微生物的代謝調節(jié)系統，使其體內代謝按人們設想的方向進行。,,一）發(fā)酵條件的控制,1以谷氨酸生產工藝為例各種發(fā)酵條件改變的影響,工業(yè)化生產開始于由水解小麥面筋或大豆蛋白質而制取。1957年，日本率先采用微生物發(fā)酵法生產，并投入大規(guī)模工業(yè)化生產，這是被譽為現代發(fā)酵工業(yè)的重大創(chuàng)舉，使發(fā)酵工業(yè)進入調節(jié)代謝的調控階段。,產生菌株特點革蘭氏陽性不形成芽胞沒有鞭毛，不能運動需要生物素作為生長因子在通氣條件下才能產生谷氨酸。,谷氨酸生物合成機理由三羧酸循環(huán)中產生的Α酮戊二酸，在谷氨酸脫氫酶和氫供體存在下進行還原性氨化作用而得到。,PRODUCTIONPROCESSOFLGLUTAMICACID,SKETCHOFMAINREACTIONINCORYNEBACTERIUMGLUTAMICUMCONNECTEDWITHTHECITRICACIDCYCLY,不通發(fā)酵條件對谷氨酸產生菌代謝方向的影響,,,,發(fā)酵條件代謝方向,通氣乳酸或琥珀酸谷氨酸NH4A酮戊二酸谷氨酸谷氨酰胺生物素乳酸或琥珀酸谷氨酸,,,,,,,,,適量,適量,適量,不足,不足,不足,不足,適量,2．添加生物合成的前體,合成途徑中增加其中一個前體的量，可以大幅度提高發(fā)酵產量。,前體某些化合物在加入培養(yǎng)基后，能夠直接在生物合成過程中結合到產物分子中去，而自身的結構并未發(fā)生太大變化，這類小分子物質稱為前體。,PEP,色氨酸合成途徑,鄰氨基苯甲酸,色氨酸,鄰氨基苯甲酸,反饋抑制,3脫氧2酮D阿拉伯庚酮糖酸7P,4P赤蘚糖,,,,,,,,,,,,3、其他條件的控制使用誘導物生產相關酶類時，可以加入相應的底物作為誘導物，可以有效增加這些酶的產量。培養(yǎng)基成分和濃度的控制盡量避免由于培養(yǎng)基的不當使用引起的分解代謝阻遏。在發(fā)酵培養(yǎng)基中通常采用適量的速效和遲效碳源、氮源的配比。,（二）改變細胞透性,發(fā)酵過程中，可以控制使用那些影響細胞膜通透性的物質作為培養(yǎng)基的成分，有利于代謝產物分泌出來，從而避免了末端產物的反饋抑制調節(jié)。,1通過生理學手段控制細胞膜滲透性,2通過細胞膜缺損突變控制細胞膜滲透性,,（三）菌種遺傳特性的改變,改變微生物的遺傳特性，即改變酶的活性或酶的合成系統，使之對反饋調節(jié)不敏感，達到過量生產代謝產物的目的。用于這樣生產的菌株多為抗反饋調節(jié)突變株和營養(yǎng)缺陷型菌株。,,應用抗反饋調節(jié)突變株解除反饋調節(jié),抗反饋調節(jié)突變株對反饋抑制不敏感或對阻遏有抗性或兼而有之的菌株。,反饋抑制或阻遏或兩者解除。,,,,,,,,,,,,,,,分解途徑,合成代謝,,蘇氨酸合成,,,培養(yǎng)基中蘇氨酸類似物,抑制或阻遏解除,,利用營養(yǎng)缺陷型突變株生產的氨基酸,,,,產物菌株營養(yǎng)缺陷型基質效價（G/L）,L瓜氨酸枯草桿菌精氨酸葡萄糖16L賴氨酸谷氨酸棒狀桿菌蘇氨酸，蛋氨酸葡萄糖50L尿氨酸谷氨酸棒狀桿菌精氨酸葡萄糖25L苯丙氨酸石蠟棒狀桿菌酪氨酸正烷烴15L蘇氨酸大腸桿菌LYS,MET,ILE葡萄糖20,工業(yè)上利用抗反饋調節(jié)突變株生產的氨基酸,,,,產物菌株所抗結構類似物,L精氨酸谷氨酸棒狀桿菌D精氨酸L組氨酸谷氨酸棒狀桿菌三唑丙氨酸L異亮氨酸短桿菌Α氨基Β羥基戊酸L蘇氨酸短桿菌Α氨基Β羥基戊酸,,次級代謝與次級代謝調節(jié),初級代謝和次級代謝次級代謝的調節(jié)類型,,（一）初級代謝和次級代謝初級代謝普遍存在于生物中的代謝類型，微生物從外界吸收各種營養(yǎng)物質，通過分解代謝和合成代謝，生成維持生命活動所必需的物質和能量的過程，稱為初級代謝。。初級代謝產物單糖、核苷酸、脂肪酸等單體，以及由他們組成的各種大分子聚合物如蛋白質、核酸等，是有機體生存必不可少的物質。,次級代謝某些微生物為了避免代謝過程中，某種代謝產物的積累造成的不利作用，而產生的一類有利于生存的代謝類型。次級代謝產物在次級代謝途徑中合成的產物，不是微生物生長所必需的，種類很多，如氨基糖衍生物等。,次級代謝不同于初級代謝。初級代謝自始至終貫穿于細胞的生活周期中，對外界環(huán)境變化敏感性小，其合成酶專一性強。而次級代謝僅在細胞體生長的某個階段產生，對外界環(huán)境變化敏感，合成酶專一性不強。,現代抗生素的定義由某些微生物產生的化學物質,能抑制微生物和其他細胞增殖的物質叫做抗生素。,（二）次級代謝的調節(jié)類型總體類型包括酶的合成誘導和阻遏酶活性的激活和抑制細分類型包括氮分解產物調節(jié)、碳分解產物調節(jié)和磷酸鹽調節(jié)等等。,,反饋調節(jié)1、次級代謝產物的自身反饋調節(jié)，包括反饋抑制和反饋阻遏。,2、分解代謝產物調節(jié)碳的分解產物和氮的分解產物反饋調節(jié)作用存在于次級代謝中。如葡萄糖抑制發(fā)酵中青霉素、春日霉素、吲哚霉素、放線菌素等抗生素的合成。鏈霉素產生菌培養(yǎng)中，銨鹽作唯一氮源時，可對鏈霉素合成產生抑制作用。,3、初級代謝產物的調節(jié)31初級代謝產物和次級代謝產物的合成之間有一條共同的合成途徑，當初級代謝產物積累時，反饋抑制了某一步反應的進行，而最終抑制了次級代謝產物的合成。,Α酮戊二酸,青霉素合成途徑調節(jié),高檸檬酸合成酶,Δ腺苷酸Α氨基己二酸,ΑO氨基己二酸,反饋抑制,高檸檬酸,乙酰COA,,,,,,,,,,,青霉素G,Δ（Α氨基己二酸酰）L半胱氨酸,賴氨酸,,,,,,,反饋阻遏,32初級代謝產物直接參與次級代謝產物的生物合成，當初級代謝產物積累，反饋抑制自身的合成，同時也影響了次級代謝產物的合成。,4．磷酸鹽的調節(jié),磷酸鹽不僅是菌體生長的主要限制性營養(yǎng)成分，還是調節(jié)抗生素生物合成的重要參數。其機制按效應劑說有直接作用，即磷酸鹽自身影響抗生素合成，可能通過抑制相關酶的活性。間接作用，即磷酸鹽調節(jié)胞內其他效應劑如ATP、腺苷酸能量負荷和CAMP，進而影響抗生素合成。已發(fā)現過量磷酸鹽對四環(huán)素、氨基糖苷類和多烯大環(huán)內酯等32種抗生素的合成產生阻抑作用。,利用基因工程技術，定向改造細胞代謝途徑，并與基因調控、代謝調控相結合，構建新的代謝途徑包括三種代謝工程設計方法改變代謝途徑擴展代謝途徑構建新的代謝途徑,代謝工程概述,A,C,B,D,F,,,,,加速,代謝旁路,,,,,,,缺失,,,,,E,擴展途徑,G,新途徑,,H,三種方法的簡易圖示,（一）改變代謝途徑改變分支代謝途徑的流向，阻斷其他代謝途徑的合成，提高目的產物。,1加速限速反應（以頭孢霉素C為例）青霉素N是頭胞霉素合成的中間體用頂頭孢發(fā)酵時發(fā)現青霉素N的積累下一步酶反應是頭胞霉素合成的限速步驟乙酰氧基頭胞霉素C合成酶克隆了這個酶的基因（CEFEF），并轉化到頂頭孢中轉化子頭胞霉素C產量提高了,A,C,B,,,,加速,,2改變分支代謝流向提高代謝分支點的某一代謝途徑酶系的活性，在與另外的分支代謝途徑的競爭中占優(yōu)勢在LYS合成中，選育出解除了反饋抑制和缺失高絲氨酸脫氫酶的突變株，提高了LYS產量,A,B,D,,,,,,,,,缺失,,,3構建代謝旁路大腸桿菌糖代謝的末端產物乙酸達到一定濃度時會對細胞的生長產生抑制作用將枯草桿菌乙酰乳酸合成酶基因克隆到大腸桿菌，使大腸桿菌中乙酸濃度保持在不引起細胞中毒的濃度以下,A,C,B,F,,,代謝旁路,,,（二）擴展代謝途徑在引入外源基因后，使原來的代謝途徑向后延伸，產生新的代謝產物使原來的代謝途徑向前延伸，可以利用新的原料合成代謝產物,A,B,D,,,,E,E,,釀酒酵母不能直接利用淀粉產生乙醇將淀粉酶基因克隆轉化后，表達效率很低用巴斯德畢氏酵母抗乙醇阻遏的醇氧化酶基因啟動子表達淀粉酶基因，效率較高,（三）轉移或構建新的代謝途徑克隆少數基因，使原來無關連的兩條代謝途徑聯系起來，形成新的途徑，合成新的產物將催化某一代謝途徑的基因組克隆到另一微生物中，使之發(fā)生代謝轉移，產生目的產物,1轉移代謝途徑真氧產堿菌（ALCALIGENESEUTROPHUS）可產生聚羥基丁酸（PHB）和聚羥基烷酸（PHA）將AEUTROPHUSPHB多聚酶、硫解酶和還原酶基因在內的PHB操縱子一起克隆到大腸桿菌中,A,B,D,,,,G,新途徑,,H,2構建新的代謝途徑將質粒定向插入SACCHAROPOLYSPORAERYFHRAEA的編碼紅霉素合成途徑中第一個酶REYF基因中使該菌合成一種新的抗生素6脫氧合霉素A在胃中低PH中比合霉素穩(wěn)定,作業(yè)如何區(qū)分酶合成調節(jié)和酶活性調節(jié)。,,中間體是指養(yǎng)分或基質進入一途徑后被轉化為一種或多種不同的物質，它們均被進一步代謝，最終獲得該途徑的終產物。前體與中間體有時它們指同一物質。,

簡介：解放軍第101醫(yī)院神經外科全軍顱腦損傷救治中心陳磊蔡學見王玉海,,,,,,,,,,外傷性腦梗塞的發(fā)生機制及相關因素探討,外傷后5小時，術后1小時的變化,,死亡,外傷性腦梗塞（PTCI）是繼發(fā)于顱腦損傷后腦血管嚴重痙攣或閉塞，并致閉塞血管供血區(qū)腦組織缺血、梗塞的一種嚴重并發(fā)癥。PTCI的發(fā)生率19～80死亡率45,探討背景,,,PTCI嚴重影響了顱腦損傷患者的預后,研究目的,通過大宗病例調查，回顧性分析各類顱腦損傷中PTCI的發(fā)病率、可能發(fā)病機制、好發(fā)部位、臨床特點及臨床治療結果與腦梗塞的關系等；分析引起PTCI的相關危險因素；為改善重型、特重型顱腦損傷患者的預后提供依據。,,,,2006～2008年收治同期入院的742例重型、特重型顱腦傷患者,PTCI組（62例）,病例對照研究,對照組（680例）,,LOGISTIC回歸,與PTCI的發(fā)生密切相關的危險因素,方法,PTCI組（62例）各梗塞動脈所占比例,結果1,PTCI患者預后,結果2,PTCI發(fā)生的可能因素,FOOTNOTESOURCESOURCE,TEXT,討論,FOOTNOTESOURCESOURCE,,,1傷情,顱腦損傷的傷情是影響PTCI發(fā)生與否的重要因素,2傷后低血壓,顱腦損傷同時合并多發(fā)傷的患者，低血壓及PTCI的發(fā)生幾率將大大增加,3術前腦疝與PTCI的關系,,腦疝或外傷引發(fā)的占位性腦血管機械性移位是PTCI發(fā)生與否的關鍵因素,4大劑量脫水藥的使用,大劑量的脫水藥及利尿藥會使血液濃縮，腦灌注壓下降加重腦梗塞。,5感染的因素,開放性顱腦傷患者以及部分老年患者由于肺功能較差，傷后或術后容易合并有顱內或肺部感染，炎癥反應是引發(fā)缺血細胞梗死的重要原因,,6活血藥的使用,FOOTNOTESOURCESOURCE,顱腦損傷后早期適當使用活血藥既能保障有效循環(huán)血量，又可改善血液粘滯度，有助于防治血管痙攣、改善腦灌注和減少梗塞發(fā)生,,,,,PTCI的影響因素,THANKYOU,

簡介：環(huán)境工程微生物學電子教案,FUHYXMUTEDUCN13860169148,傅海燕,課時4016,考試形式,要求,其他,,,,課程相關,平時成績20；實驗10；期末閉卷考試70。,平時做筆記、考試不作弊,老師講得不好的，各種渠道反映,個人看法,,,,,,,燕子壘窩,新潮女郎穿衣,醫(yī)生看病,CREATIVITY,,,老牛吃草,學習方法,知識的積累如燕子銜泥筑巢，要一點一點堆積,學到的知識要采取反芻的方式復習鞏固,聽課要仿效醫(yī)生看病寫病歷，作好筆記,知識使用時，該露的，露出來,為什么要學這門課,,,緒論,如果把地球45億年的變化縮成24小時的話；0400出現單細胞生物，但16小時內都沒變化；2030出現了微生物；2104出現三葉蟲；2200植物出現，接著陸生動物出現；2224出現森林；2300恐龍出現，40分鐘后滅絕；235844人類出現，迄今有記載的人類歷史不過幾秒長。,,一、微生物與我們,微生物無處不在，我們無時不生活在“微生物的海洋”中。,每個噴嚏的飛沫含4500150000個細菌，重感冒患者為8500萬；,人體體表及體內存在大量的微生物。,時時刻刻與微生物“共舞”,二、微生物的利弊,禍,福,微生物既是人類的敵人，更是人類的朋友,,,請大家舉例微生物對人類有益的一面,微生物是自然界物質循環(huán)的關鍵環(huán)節(jié),一微生物是人類的朋友,體內的正常菌群是人及動物健康的基本保證；,幫助消化、提供必需的營養(yǎng)物質、組成生理屏障,微生物可以為我們提供很多有用的物質；,有機酸、酶、各種藥物、疫苗、奶酪、啤酒、醬油等,基因工程為代表的現代生物技術。,。。。。。,微生物對人類不利的一面,鼠疫,艾滋病,二少數微生物也是人類的敵人,埃博拉病毒,病毒以非洲剛果民主共和國的埃博拉河命名，是一種十分罕見、但有很高死亡率的病毒。,,,微生物種類隨之增多,環(huán)境污染日益嚴重,十大公害事件,其實現在微生物的利弊遠遠不止這些。,這是為什么我們要學習這門課，對微生物的學習可以使我們更好的利用微生物，開發(fā)新的微生物為人類造福，我們任重道遠。,第二節(jié)微生物概述,,微生物定義,微生物的特點,微生物的命名,微生物分類,,從以下四個部分進行介紹,,,什么是微生物,,微生物是肉眼看不見的、必須在電子顯微鏡或光學顯微鏡下才能看見的所有微小生物的統稱。,,大腸桿菌一個細胞重約10–12克，平均20分鐘繁殖一代。24小時后4722366500萬億個后代，重量達到4722噸。48小時后221043個后代，重量達到221025噸。相當于4000個地球的重量,前兩年的豬流感，讓我們看到病毒的變異之快。,,,,,微生物的命名,域、界、門、綱、目、科、屬、種,最基本的分類單位,,,,,,,命名,規(guī)定與常識,命名原則,菌種的科學名稱。菌種的學名是按照國際細菌命名法規(guī)命名的國際學術界公認，并通用的名稱。,學名屬名種名（首次定名人）,屬名應大寫首字母，種首字小寫。都用斜體字表達。,命名,大腸埃希氏桿菌的名稱是ESCHERICHIACOLI大腸埃希氏桿菌ESCHERICHIACOLICASTELLANIANDCHALMERS浮游球衣菌的名稱是SPHAEROTILUSNATANSKüTZING枯草芽孢桿菌的名稱是BACILLUSSUBTILIS梭狀芽孢桿菌屬的名稱是CLOSTRIDIUM芽孢桿菌屬的名稱是BACILLUS芽孢桿菌BACILLUSSPSPP只將細菌鑒定到屬，沒鑒定到種的表示法。SP和SPP是種SPECIES的縮寫，SP單數或SPP復數。,,第三節(jié)環(huán)境工程微生物學的研究對象與任務,研究對象與任務,研究對象微生物的形態(tài)、細胞結構及其功能；棲息在各種環(huán)境中的微生物及其生態(tài)；自然環(huán)境物質循環(huán)與轉化；微生物的環(huán)境工程凈化的原理。,應用有益微生物,抑制、殺滅有害微生物,,,研究任務,,思考題微生物定義、分類、命名及其特點,

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