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用于蛋白质结晶的分子改造技术
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&&获得晶体及提高晶体质量是蛋白质结晶方法学中的两大基本问题。为解决这两个问题,结构生物学家已发展了许多方法,其中针对蛋白质本身进行分子改造是非常重要的方法之一。通过蛋白质工程技术,如定点突变、还原甲基化修饰、剪切或删除构象柔性环区、融合蛋白、复合物共结晶、原位蛋白质水解等方法对蛋白质本身进行分子改造,可明显提高其结晶成功率及晶体质量。随着该方面成功案
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生物技术概论修改
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《自然科学概论》教案
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《自然科学概论》教案
第一章　科学与技术
第一节：科学和技术的起源、关系、属性及其与社会的关系（2学时）
自然科学是人类关于自然界各种事物的现象和规律的知识体系，同时也是人类追求知识的一项社会活动事业。它包括数学、物理学、化学、天文学、地学和生物学等基础性科学，以及材料科学、能源科学、空间科学和医学等应用性技术科学。一般而言，属于人类对自然的认识部分为科学（科学知识），属于人类对自然的利用和改造部分称为技术（技术知识），自然科学一般也被人们称为科学技术。
广义的科学是人类反映自然、社会和人类自身客观规律的知识体系，它主要包括自然科学、社会科学和人文科学三大部分。
狭义的科学一般指自然科学。自然科学的研究对象天体、地球和各种动植物等不依赖于人类而存在的客观事物，它们早在人类出现以前就已经存在。
社会科学研究的对象政治、经济、法律和文学艺术等社会现象，它是人类自身活动的产物。
技术的定义：技术是根据科学原理和实践经验而发展起来的各种工艺操作方法和技能体系。
科学与技术的关系：
科学属于认识的范畴，它的主要任务是回答有关“是什么”、“为什么”的问题，目的是建立相应的知识体系；
技术属于实践的范畴，它的主要任务是解决有关客观世界“做什么”、“怎么做”的问题，目的是建立相应的操作体系。
自然科学与人文社会科学的不同点：
自然科学以自然界中各种形态的物质运动(机械运动、物理运动、化学运动、生物运动、地球运动和天体运动等)为研究对象，自然界的物质运动不受人的意志或意识的影响，是一种客观运动。
人文科学，或人文社会科学以人及由人群组成的社会为研究对象，这种研究对象本身包括个人、团体、阶级和国家的利益、价值取向和信仰，同时，又受研究者本人的观念、信仰及所处的社会环境的影响。
知识要点：科学定义、技术定义、科学技术与社会
第二节：中国的科学技术发展历程及中国古代科学技术成就（2学时）?
??中华民族的科技活动有着悠久的历史，曾经为人类发展作出过巨大的贡献，并且在16世纪中期以前一直处于世界科技舞台的中心。早在距今3300多年以前的甲骨文中就有有关日食的记载。距今2500年以前的战国时期问世的《考工记》准确地记载了六种不同成份的铜锡合金及其不同用途。公元1世纪初期的西汉时期，中国人发明了造纸术，公元105年左右中国科学家蔡伦又改进和提高了造纸技术，从而使造纸技术在中国迅速推广开来。公元3世纪左右，中国人发明了瓷器，这一技术在11世纪传到波斯，由那里经阿拉伯于1470年左右传到意大利以及整个欧洲。到唐朝，中国科学家发明了火药，并在公元9世纪首次将其用于战争之中。在11世纪中期的宋朝，中国科学家发明的指南针和活字印刷技术得到了广泛的应用。15世纪中期，中国医学家李时珍所著的《本草纲目》成为中国古代医学发展的集大成者。到此时为止，中国古代科学的发展达到了顶峰时期，四大发明已经先后登上了历史舞台。著名英国科学家李约瑟博士认为，中国“在3世纪到13世纪之间保持一个西方所望尘莫及的科学知识水平”，现代西方世界所应用的许多发明都来自中国，中国是一个发明的国度。
??由于从明代14世纪60年代末始以来，中国对外长期实行“闭关锁国”政策，影响了近代科学技术在中国的传播和发展，并使之处于相对停滞状态。
??与此同时，欧洲成为现代科学的发源地，生产力突飞猛进，科学技术获得迅速进展。中国逐渐拉大了与世界先进国家的距离。
发明名称发明者发明时间十进位制源于甲骨文公元前13世纪冶铁?佚名公元前513年铜锡合金记录源于《考工记》公元前4世纪左右针炙源于《内经》公元前3世纪左右水力鼓风设备杜诗公元31年造纸术蔡伦公元105年左右瓷器佚名公元3世纪左右浑天仪张衡公元2世纪初《九章算术》刘衡公元260年左右圆周率计算祖冲之公元5～6世纪农学著作
《齐民要术》贾思勰公元533～544火药源于沈括《梦溪笔谈》公元7世纪指南针源于沈括《梦溪笔谈》公元11世纪初活字印刷毕升公元年医学巨著
《本草纲目》李时珍公元1578年李约瑟难题由英国著名学者李约瑟（Joseph Needham，）提出，李约瑟以 HYPERLINK &/view/2138895.htm& \t &_blank& 中国科技史研究的杰出贡献成为权威，并在其编著的15卷《 HYPERLINK &/view/1840090.htm& \t &_blank& 中国科学技术史》中正式提出此问题，其主题是：“尽管中国古代对人类科技发展做出了很多重要贡献，但为什么科学和 HY
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73生物技术总论
第一章生物技术总论；（一）重点内容：1、名词解释；（1）基因工程――是20世纪70年代以后兴起的一；（2）细胞工程――以细胞为基本单位，在体外条件下；（4）发酵工程――利用微生物生长速度快、生长条件；（5）蛋白质工程――在基因工程的基础上，结合蛋白；提高农作物产量及品质――培育抗逆的作物优良品系、；发展畜牧业生产――动物的大量快速无性繁殖、培育动；开发制造奇
生物技术总论 （一）重点内容： 1、名词解释 （1）基因工程――是20世纪70年代以后兴起的一门技术，其主要原理是应用人工方法把生物的遗传物质，通常是脱氧核糖核苷酸（DNA）分离出来，在体外进行切割、拼接和重组。然后将重组的DNA导入某种宿主细胞或个体，从而改变他们的遗传品性：有时还使新的遗传信息（基因）在新的宿主细胞或个体中大量表达以获得基因产物（多肽或蛋白质）。这种通过体外DNA重组创造新生命并给予特殊功能的技术就称为基因工程，也称DNA重组技术。 （2）细胞工程――以细胞为基本单位，在体外条件下进行培养、繁殖；或人为地使细胞的某些生物学特性按人们的意愿发生改变，从而改良生物品种或创造新品种；或加速繁殖动植物个体等。包括：动植物细胞体外培养技术、细胞融合技术（细胞杂交技术）、细胞器移植技术、克隆技术和干细胞技术等。 （3）酶工程――利用酶、细胞器或细胞所具有的特异催化功能，或通过对酶进行修饰改造，并借助生物反应器和工艺过程来生产人类所需产品的一项技术。包括：酶的固定化技术、细胞的固定化技术、酶的修饰改造技术及酶反应器的设计等技术。 （4）发酵工程――利用微生物生长速度快、生长条件简单以及代谢过程特殊等特点，在合适的条件下，通过现代工程技术手段，由微生物的某种特定功能生产出人类所需的产品的技术，也称为微生物工程。 （5）蛋白质工程――在基因工程的基础上，结合蛋白质结晶学、计算机辅助技术和蛋白质化学等多学科的基础知识，通过对基因的人工定向改造等手段，对蛋白质进行修饰、改造和拼接以产生人类所需的新型蛋白质的技术。 2、综合知识（生物技术对经济社会的发展）
（1）改善农业生产，解决食品短缺
提高农作物产量及品质――培育抗逆的作物优良品系、植物种苗的工业化生产、提高粮食品质、生物固氮，减少化肥使用、生物农药，生产绿色食品
发展畜牧业生产――动物的大量快速无性繁殖、培育动物的优良品质。
（2）提高生命质量，延长人类寿命
开发制造奇特而又贵重的新型药品、疾病的预防和诊断、基因治疗、人类基因组计划。
（3）解决能源危机，治理环境污染
解决能源危机、环境保护。
（4）制造工业原料，生产贵重金属
3、生物技术的安全及其对伦理、道德、法律的影响
书上P13 课后习题：
1、现代生物技术是一项高新技术，它具有高新技术的“六高”特征是指哪“六高”？
答：高效益；高智力；高投入；高竞争；高风险；高势能。 2、什么是生物技术，它包括那些基本的内容？它对人类社会将产生怎样的影响？
生物技术，有时也称生物工程，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。生物技术是人们利用微生物、动植物体对物质原料进行加工，以提供产品来为社会服务的技术。它主要包括发酵技术和现代生物技术。
其包括：基因工程、细胞工程、发酵工程和酶工程，现代生物技术发展到高通量组学芯片技术、基因与基因组人工设计与合成生物学等系统生物技术。
生物技术设计人类各个的层面，大到人类基因组的研究，小到我们平时吃到的米饭，在医药、动植物设计广泛，在电子产品中也有运用到生物技术。 3、为什么说生物技术是一门综合性的学科，它与其他学科有什么关系？
因为生物技术设计到很多个方面，有医药、林农业、食品、环境、能源、化学品、设等等，不仅仅是局限于生物这一方面，例如研究使用到了高科技电子设备，两者必须结合才能进行研究，生物分子学也被运用到计算机的研发中去。 4、简要说明生物技术的发展史以及现代生物技术与传统生物技术的关系。
现代生物技术是通过生物化学与分子生物学的基础研究而加快发展起来的。 两者的差别：传统生物技术的研究水平是细胞或组织水平，现代生物技术的研究水平是在分子水平。 两者的关系：现代生物技术的研究是以传统生物技术为基础。现代生物技术的研究能够促进传统生物技术研究。 5、生物技术的应用包括那些领域？
其涉及到：农业、食品、人类健康、能源问题、环境问题、工业、金属、军事、电子
基因工程 （一）重点内容： 1、基因工程的概念（P15）；2、基因工程研究的理论依据（P15-16）；3、基因工程操作的基本技术路线（P16）；4、DNA的一般性质（P17-21）；5、获得目的DNA片段的主要途径（P21-24）――限制性核苷酸内切酶概念；6、
（二）课后习题： 1. 基因工程研究的理论依据是什么？
不同基因具有相同的物质基础；基因是可以切割的；基因是可以转移的；多肽与基因之间存在对应关系；遗传密码是通用的；基因可以通过复制把遗传信息传递给下一代。 2. 简述基因工程研究的基本技术路线。
通过基因文库筛选、PCR扩增或人工化学合成等手段获得目的基因；构建所需基因载体；目的基因与载体在体外重组后导入受体细胞，进行增值或表达等。 3. 简述限制性内切酶和DNA连接酶的作用机制。
限制性内切酶是特异性地打断磷酸二酯键；DNA连接酶是特异性地形成磷酸二酯键。 4. 在什么情况下最好使用粒载酶或γ噬菌体载体或cosmid载体？
γ噬菌体载体适用于建立cDNA基因文库；cosmid载体适用于克隆大片段的外源DNA片段，所以被广泛地用于构建基因文库。 5. 阐述人工染色体作为载体的特点。
天然染色体基本功能单位包括复制起始点、着丝粒和端粒。复制起始点，保证了染色体复制，着丝粒保证了染色体分离，端粒封闭了染色体末端，防止粘附到其他断裂端，保证了染色体的稳定存在。 6. 简述染色体定位整合克隆载体的应用价值。
应用于生命科学的各个领域，包括构建生物基因组文库，研究基因表达和调控等重要的生命现象，推动医、农、林、牧、渔等产业的发展，甚至与环境保护有密切的联系。 第三章
细胞工程 （一）重点知识 （二）课后习题： 1.如何从一片嫩叶经组织培养出众多的完整植株？ 首先，将嫩叶细胞成为一个原生质体，然后脱分化，再进行再分化，在良好的环境中进行培育，得到完整的植株。
2.如何从植物细胞培养中获得较高的次生代谢物产量？ 1.选择良好的外植体；2.高产细胞系的选育；3.培养条件的优化；4.提高培养技术水平；5.前体物的适当添加；6.抑制剂的适量使用。
3.单倍体植株形单体弱，为什么还有不少科学家热衷于诱发产生单倍体植株？ 对于植株来说，缩短育种年限，易得纯种。对人类来说，在无性繁殖这方面有无限的可能。
4.什么叫植物原生质体？如何进行植物原生质体的融合？ 脱去细胞壁的细胞叫原生质体，两亲本菌株的选择和遗传标记的制作（选择不同的营养缺陷型；原生质体的制备（高渗条件）；原生质体再生（测定再生率）；融合（PEG、离心沉淀、电脉冲等）；融合子的检出（直接检出法和间接检出法）；实用性菌株的筛选
5.可以采取那些途径脱去植物体内的病毒？如何检测植株中是否还有病毒？ 1.用植物的根尖或茎尖，进行无性繁殖；2. 有性脱毒，利用植株的种子。
6.人工种子包括哪几部分？如何制备人工种子？ 一般都是由人工种皮、人工胚乳和胚状体三部分构成。将其某些植物细胞在试管中培育成胚状体，再用富含营养物质和其他必要成分的凝胶物将胚状体包裹起来，制成人工种子。
7.怎样才能在体外大量培育哺乳动物细胞？ 1.无菌操作取出目地细胞所在组织，以培养液漂洗干净；2.以锋利无菌道具割舍多余部分，切成小组织块；3.将小组织块置解离液离散细胞；4.低速离心洗涤细胞后，将目的细胞吸移至培养液内培养。
8.如何获得能在体外大量生长、分泌单克隆抗体的杂交瘤细胞克隆？ 实验前数周分次用特异抗原免疫实验动物，得到大量的B淋巴细胞的脾细胞后，将骨髓瘤细胞和脾细胞以聚乙二醇法进行融合。再帅选出合适的杂合细胞进行繁殖。
9.如何用体细胞克隆出一只哺乳动物？克隆动物有什么积极意义？
先将含有遗传物质的供体细胞的核移植到去除了细胞核的卵细胞中，利用微电流刺激等使两者融合为一体，然后促使这一新细胞分裂繁殖发育成胚胎，当胚胎发育到一定程度后，再被植入动物子宫中使动物怀孕，便可产下与提供细胞核者基因相同的动物。
10.开展干细胞研究对人类有何积极意义？
在体外鉴别、分离、纯化、扩增和培养人体胚胎干细胞，并以这样的干细胞为“种子”，培育出一些人的组织器官。干细胞及其衍生组织器官的广泛临床应用，将产生一种全新的医疗技术，也就是再造人体正常的甚至年轻的组织器官，从而使人能够用上自己的或他人的干细胞或由干细胞所衍生出的新的组织器官，来替换自身病变的或衰老的组织器官。假如某位老年人能够使用上自己或他人婴幼儿时期或者青年时期保存起来的干细胞及其衍生组织器官，那么，这位老年人的寿命就可以得到明显的延长。
11.有什么方法可以去除革兰阳性细菌、革兰阳性细菌和真菌的细胞壁？ 革兰阳性细菌：植物细胞壁用纤维素酶和果胶酶；真菌：用溶菌酶 第四章
发酵工程 （一）、重点知识 （二）课后习题 1.微生物发酵产物有哪几种类型？ 酒类、醋、酱油、酸奶、醪糟、面包、糖果、果汁、罐头
2.发酵培养基有哪些成分组成？ 发酵培养基的组成应丰富、完全，碳、氮源要注意速效和迟效的互相搭配，少用速效营养，多加迟效营养；还要考虑适当的碳氮比，加缓冲剂稳定pH值；并且还要有菌体生长所需的生长因子和产物合成所需要的元素、前体和促进剂等。除有菌体生长所必需的元素和化合物外，还要有产物所需的特定元素、前体和促进剂等。
3.比较分批发酵、连续发酵和补料分批发酵的优缺点？ 分批发酵：能迅速获得足够量的菌体细胞后，延长稳定期，从而提高产量； 连续发酵： 优点：1.维持低基质浓度：可以除去快速利用碳源的阻遏效应，并维持适当的菌体浓度，使不至于加剧供氧的矛盾；2.避免培养基积累有毒代谢物；3.可以提高设备利用率和单位时间的产量，节省发酵罐的非生产时间；4.便于自动控制。 缺点：1.长时间的连续培养难以保证纯种培养；2.菌种发生变异的可能性较大。 补料分批发酵： 优点：1.可以除去快速利用碳源的阻遏效应，并维持适当的菌体浓度，使不至于加剧供氧的矛盾；2.克服养分的不足，避免发酵过早结束。
4.下游处理过程分为哪几个步骤？相应的分离方法有哪些？ 分为分离、纯化、加工、剂型制备；分离方法：吸附法、离子交换法、沉淀法、萃取法、超滤法。
5.简述青霉素的生产工艺。 在冷冻管取材料至斜面母瓶进行孢子25摄氏度培养7天，得到大米孢子后，再进行25摄氏度孢子培养7天，移至一级种子罐进行种子培养40～45个小时，移至二级种子罐继续进行种子培养15小时，移至发酵罐进行24小时的发酵，放罐，冷至15摄氏度，最后提炼。 第五章
酶工程 （一）重点知识 （二）课后习题 1.酶有什么特性？什么是酶工程？ 专一性，高效性，常温性等；酶工程就是将酶或者微生物细胞，动植物细胞，细胞器等在一定的生物反应装置中，利用酶所具有的生物催化功能，借助工程手段将相应的原料转化成有用物质并应用于社会生活的一门科学技术。
2.为什么要进行酶的修饰，酶的蛋白质工程是如何进行的？ 酶的修饰能让酶更好的发挥催发的作用；从预期的酶功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的核糖核苷酸序列（RNA）→找到相对应的脱氧核糖核苷酸序列（DNA）
3.酶固定方法有哪些，各有何优缺点？ 通过将酶包埋于凝胶、微囊体内，或通过共价键、离子键或吸附连接至固相载体上，或通过交联剂使酶分子互相交联等方法使酶不溶或局限在一个有限的空间内。优点：酶固定化以后，既保持了酶的催化特性，又克服了游离酶的不足之处，使其具有一般化学催化剂能回收反复使用的优点，并在生产工艺上可以实现连续化和自动化。 4.如何维持酶反应器恒定的生产力？ 1.选择适合的大小；2.选择进行适合的酶反应；3.考虑好催化剂的机械强度和比重
蛋白质工程 （一）重点 (二)课后习题 1.简述蛋白质结构的基本组件。 α―氨基酸按一定顺序结合形成一条多肽链，再由一条或一条以上的多肽链按照其特定方式结合而成的高分子化合物。 2.简述氨基酸的基本理化性质。 1.一般性质 缬氨酸；2.紫外吸收性质；3.酸碱性质 3.简述反向生物学的途径。 先分离特定蛋白推测其基因或直接分离其基因，经克隆测序、表达，再研究其功能。 4.举例说明对现有蛋白质进行改造的主要方法及其应用。 1.胰蛋白酶：具有更高的专一性；2.金属硫蛋白；3.人白细胞介素-2；4.组织纤维蛋白溶酶原激活因子；5.枯草杆菌蛋白酶 5.什么是蛋白质组学？ 阐明生物体各种生物基因组在细胞中表达的全部蛋白质的表达模式及功能模式的学科。
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