生物工程概論

前言

　　21世紀(jì)是高科技的世紀(jì)，生命科學(xué)作為古老而又嶄新的學(xué)科，在21世紀(jì)的科技發(fā)展中將起到不可替代的作用?，F(xiàn)代生物工程屬國家21世紀(jì)重點發(fā)展的重點技術(shù)領(lǐng)域，從其誕生之日起即與醫(yī)藥工業(yè)結(jié)下了不解之緣。作為生物工程的四大支柱——基因工程、細(xì)胞工程、發(fā)酵工程和酶工程技術(shù)在醫(yī)藥行業(yè)應(yīng)用日趨廣泛，并發(fā)揮著不可替代的作用?！　榱素瀼亟逃縖2006]16號文件精神，適應(yīng)新形勢下全國高等學(xué)校高職高專藥品類專業(yè)教育改革和發(fā)展的需要，堅持以培養(yǎng)高素質(zhì)技能型專門人才為核心，以就業(yè)為導(dǎo)向、能力為本位、學(xué)生為主體的指導(dǎo)思想和原則，按照生物制藥技術(shù)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，在衛(wèi)生部教材辦公室的組織規(guī)劃下，確立本課程的教學(xué)內(nèi)容，編寫教學(xué)大綱和本教材?！　”窘滩闹饕獌?nèi)容包括生物工程一般技術(shù)、基因工程、細(xì)胞工程、發(fā)酵工程、酶工程等八章，其中涉及的生物制藥等內(nèi)容由于有《生物制藥工藝》、《發(fā)酵工程》、《生化分離工程》等相關(guān)課程內(nèi)容，本書則僅簡略地說明其相關(guān)性?！　”窘滩氖巧镏扑帉I(yè)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)教材，也可用于非生物制藥專業(yè)，如藥物制劑技術(shù)、化學(xué)制藥技術(shù)等專業(yè)了解生物工程知識的入門教材，對希望從事生物工程相關(guān)領(lǐng)域工作、應(yīng)用生物工程手段進(jìn)行生產(chǎn)的人員來說可作為基礎(chǔ)操作手冊?！　≡诒緯帉戇^程中，得到了各相關(guān)院校領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)懷和支持，保證了編寫工作的順利進(jìn)行，并承蒙有關(guān)專家、教授的支持和幫助，提供了不少資料，提出了寶貴意見，在此一并致以衷心的感謝！　　本書是各位編者共同努力的結(jié)果。在編寫過程中，各編者根據(jù)自身的教學(xué)、科研實踐經(jīng)驗，并參閱了大量的參考資料，力求能盡可能多地涵蓋生物工程的基礎(chǔ)知識和基本操作。各位編寫人員對教材內(nèi)容做了大量的工作，最后由程龍統(tǒng)稿。但由于生物工程是一門飛速發(fā)展的學(xué)科，在編著過程中技術(shù)又有了新的發(fā)展。加上時間倉促，并限于水平有限，遺漏、錯誤等缺點在所難免，懇請廣大讀者批評指正。

內(nèi)容概要

本教材主要內(nèi)容包括生物工程一般技術(shù)、基因工程、細(xì)胞工程、發(fā)酵工程、酶工程等八章，其中涉及的生物制藥等內(nèi)容由于有《生物制藥工藝》、《發(fā)酵工程》、《生化分離工程》等相關(guān)課程內(nèi)容，《生物工程概論》則僅簡略地說明其相關(guān)性。本教材是生物制藥專業(yè)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)教材，也可用于非生物制藥專業(yè)，如藥物制劑技術(shù)、化學(xué)制藥技術(shù)等專業(yè)了解生物工程知識的入門教材，對希望從事生物工程相關(guān)領(lǐng)域工作、應(yīng)用生物工程手段進(jìn)行生產(chǎn)的人員來說可作為基礎(chǔ)操作手冊。

書籍目錄

第一章  緒論  第一節(jié)  生物工程的概念和內(nèi)容    一、生物工程的概念    二、生物工程概念的演變  第二節(jié)  生物工程的組成學(xué)科    一、基因工程    二、細(xì)胞工程    三、發(fā)酵工程    四、酶工程    五、蛋白質(zhì)工程  第三節(jié)  生物工程的發(fā)展歷史和趨勢  第四節(jié)  我國生物工程的現(xiàn)狀第二章  生物工程一般技術(shù)  第一節(jié)  細(xì)胞培養(yǎng)無菌操作與常用設(shè)備    一、細(xì)胞培養(yǎng)無菌操作    二、細(xì)胞培養(yǎng)常用器材及滅菌方法    三、細(xì)胞培養(yǎng)及無菌操作需要的設(shè)備  第二節(jié)  培養(yǎng)基及其配制    一、培養(yǎng)基的成分及其作用    二、培養(yǎng)基的類型    三、培養(yǎng)基的配制  第三節(jié)  細(xì)胞的大規(guī)模培養(yǎng)與常用設(shè)備    一、植物細(xì)胞的大規(guī)模培養(yǎng)與常用設(shè)備    二、動物細(xì)胞的大規(guī)模培養(yǎng)與常用設(shè)備    三、微生物的大規(guī)模培養(yǎng)與常用設(shè)備第三章  基因工程  第一節(jié)  遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)的概述    一、基因工程研究的理論基礎(chǔ)    二、基因工程操作的基本技術(shù)路線    三、DNA的結(jié)構(gòu)和特性    四、RNA的結(jié)構(gòu)與功能    五、DNA和RNA的分離  第二節(jié)  基因表達(dá)的調(diào)控    一、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控    二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控    三、生物中心法則  第三節(jié)  基因工程技術(shù)中常用工具酶    一、限制性核酸內(nèi)切酶    二、DNA連接酶    三、DNA修飾酶  第四節(jié)  載體和宿主細(xì)胞    一、質(zhì)粒載體    二、噬菌體載體    三、其他病毒載體及大容量載體    四、宿主細(xì)胞類型  第五節(jié)  目的基因克隆策略    一、獲得目的基因的途徑    二、有功能啟動子的分離和構(gòu)建  第六節(jié)  聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)    一、PCR的基本特征    二、PCR引物的設(shè)計    三、PCR反應(yīng)中使用的DNA聚合酶    四、改進(jìn)的PCR技術(shù)    五、PCR產(chǎn)物的加工    六、PCR技術(shù)的應(yīng)用  第七節(jié)  重組子的鑒定和分析    一、根據(jù)載體選擇標(biāo)記基因篩選轉(zhuǎn)化子    二、根據(jù)重組DNA分子鑒定重組子    三、應(yīng)用DNA芯片鑒定重組子    四、根據(jù)目的基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物（mRNA）鑒定重組子    五、根據(jù)目的基因翻譯產(chǎn)物鑒定重組子  第八節(jié)  基因表達(dá)體系    一、原核基因和真核基因表達(dá)調(diào)控機制    二、原核表達(dá)體系    三、酵母表達(dá)體系    四、高等生物細(xì)胞表達(dá)體系  第九節(jié)  轉(zhuǎn)基因動物    一、轉(zhuǎn)基因鼠的研究方法    二、人類疾病的轉(zhuǎn)基因動物模型    三、基因敲除與基因治療    四、其他轉(zhuǎn)基因動物的研究方法    五、克隆動物第四章  細(xì)胞工程  第一節(jié)  細(xì)胞工程基礎(chǔ)    一、細(xì)胞生物學(xué)基礎(chǔ)    二、細(xì)胞工程概述  第二節(jié)  植物細(xì)胞工程    一、植物細(xì)胞工程與藥物生產(chǎn)    二、植物細(xì)胞的培養(yǎng)    三、次生代謝物的分離    四、原生質(zhì)體融合與不對稱體細(xì)胞雜交  第三節(jié)  動物細(xì)胞工程    一、常用動物組織細(xì)胞的培養(yǎng)    二、細(xì)胞的超低溫保存技術(shù)    三、動物細(xì)胞融合和細(xì)胞重組    四、干細(xì)胞技術(shù)與組織工程第五章  發(fā)酵工程  第一節(jié)  發(fā)酵工程概述    一、發(fā)酵工程的概念及內(nèi)容    二、發(fā)酵工程發(fā)展簡史    三、發(fā)酵工程的發(fā)展趨勢    四、我國發(fā)酵工程的應(yīng)用與發(fā)展  第二節(jié)  發(fā)酵菌種及發(fā)酵工業(yè)上常見的微生物    一、發(fā)酵菌種    二、菌種制備與擴(kuò)大培養(yǎng)    三、常見微生物的發(fā)酵類型  第三節(jié)  發(fā)酵工藝條件及主要控制參數(shù)    一、發(fā)酵基本技術(shù)及操作    二、發(fā)酵過程的代謝變化    三、影響發(fā)酵過程的主要參數(shù)及其控制    四、發(fā)酵終點的確定  第四節(jié)  發(fā)酵異常及其處理    一、種子異常及其處理    二、發(fā)酵過程異常及其處理    三、染菌及其處理  第五節(jié)  發(fā)酵經(jīng)濟(jì)學(xué)    一、概述    二、影響發(fā)酵成本的主要因素第六章  酶工程  第一節(jié)  酶學(xué)基礎(chǔ)    一、酶的組成與結(jié)構(gòu)    二、酶的分類與命名    三、酶的性質(zhì)    四、影響酶促反應(yīng)的因素  第二節(jié)  酶制劑的來源    一、動植物組織中直接提取    二、微生物的發(fā)酵生產(chǎn)    三、動植物細(xì)胞培養(yǎng)產(chǎn)酶    四、基因工程酶  第三節(jié)  酶的分離與純化    一、細(xì)胞制酶的一般流程    二、酶的分離與純化方法    三、酶制劑的濃縮和干燥  第四節(jié)  酶分子的改造    一、酶分子修飾    二、酶的定制  第五節(jié)  酶和細(xì)胞的固定化    一、酶的固定化    二、細(xì)胞的固定化  第六節(jié)  酶反應(yīng)器    一、概念    二、酶反應(yīng)器的類型  第七節(jié)  酶在醫(yī)藥學(xué)方面的應(yīng)用    一、酶在疾病診斷中的應(yīng)用    二、酶在疾病治療中的作用    三、酶在制藥中的應(yīng)用第七章  生物工程在醫(yī)藥方面的應(yīng)用  第一節(jié)  生物藥物的歷史和發(fā)展  第二節(jié)  生物藥物的種類  第三節(jié)  生物制藥新技術(shù)  第四節(jié)  基因工程    一、基因工程藥物品種開發(fā)    二、改良菌種，產(chǎn)生新的微生物藥物    三、建立新藥篩選模型    四、改進(jìn)藥物生產(chǎn)工藝    五、人類基因組計劃    六、基因診斷    七、基因治療  第五節(jié)  細(xì)胞工程    一、單克隆抗體技術(shù)    二、植物細(xì)胞培養(yǎng)生產(chǎn)次生代謝產(chǎn)物    三、動物細(xì)胞培養(yǎng)    四、利用轉(zhuǎn)基因動、植物生產(chǎn)蛋白質(zhì)類藥物  第六節(jié)  發(fā)酵工程  第七節(jié)  酶工程第八章  基因工程與生物安全  第一節(jié)  轉(zhuǎn)基因食品及轉(zhuǎn)基因生物的安全性問題  第二節(jié)  人類基因的研究、應(yīng)用及其安全性問題  第三節(jié)  克隆動物的安全性問題  第四節(jié)  其他轉(zhuǎn)基因生物的安全性問題實訓(xùn)實驗  實訓(xùn)一  生物工程基礎(chǔ)操作    實驗一  動物細(xì)胞培養(yǎng)主要溶液的配制與滅菌  實訓(xùn)二  基因工程實訓(xùn)    實驗二  外周血有核細(xì)胞基因組DNA的提取    實驗三  DNA片段的回收與純化    實驗四  DNA的重組連接    實驗五  大腸桿菌的轉(zhuǎn)化及重組菌的篩選    實驗六  重組質(zhì)粒的抽提    實驗七  限制性內(nèi)切酶切割DNA    實驗八  PCR反應(yīng)及其產(chǎn)物檢測  實訓(xùn)三  動物細(xì)胞工程實訓(xùn)    實驗九  細(xì)胞復(fù)蘇與培養(yǎng)    實驗十  細(xì)胞計數(shù)與傳代培養(yǎng)    實驗十一  細(xì)胞凍存  實訓(xùn)四  發(fā)酵工程實訓(xùn)    實驗十二  慶大霉素菌種的制備    實驗十三  慶大霉素菌種的保存    實驗十四  小型發(fā)酵罐應(yīng)用和酵母菌發(fā)酵    實驗十五  慶大霉素發(fā)酵操作  實訓(xùn)五  酶工程實訓(xùn)    實驗十六  酵母細(xì)胞的固定化技術(shù)與活性觀察習(xí)題答案教學(xué)大綱

章節(jié)摘錄

　　第一章　緒論　　第一節(jié)　生物工程的概念和內(nèi)容　　一、生物工程的概念　　生物工程（bioengineering）又稱生物技術(shù)（biotechnology），是以現(xiàn)代生命科學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合先進(jìn)的工程技術(shù)手段和其他學(xué)科的科學(xué)原理，按照預(yù)先的設(shè)計改造生物體結(jié)構(gòu)與功能或加工生物原料，以便更經(jīng)濟(jì)、更有效、大規(guī)模地為人類生產(chǎn)所需產(chǎn)品或達(dá)到某種目的的應(yīng)用學(xué)科。是一門新興的、綜合性的學(xué)科。是生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、數(shù)學(xué)、計算機技術(shù)、工程學(xué)、電子科技等多學(xué)科互相滲透的綜合性學(xué)科。凡是與工業(yè)規(guī)模的生物工流程密切相關(guān)的工程與技術(shù)領(lǐng)域均囊括于該學(xué)科之中，是生命科學(xué)從實驗室研究通向工業(yè)生產(chǎn)的橋梁?！　∩锕こ淌?0世紀(jì)70年代產(chǎn)生的一門新的學(xué)科，它是通過技術(shù)手段，利用生物體或生物過程生產(chǎn)有經(jīng)濟(jì)價值產(chǎn)品的學(xué)科。生物工程技術(shù)的興起依賴于生物學(xué)基礎(chǔ)研究方面的兩個重大突破：一是Watson和Crick的DNA模型學(xué)說；二是Jacob和Monod的操縱子學(xué)說。

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