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1.绪论 1

1.1 生物工程的产生与发展 1

1.2 生物工程的基本内容 1

1.3 生物工程在国民经济中的地位 3

1.4 生物工程展望 4

1.5 如何学好生物工程 6

习题 6

2.细胞生物学基础 7

2.1 细胞是生命的基本单位 7

2.1.1 “种”——生物分类的基本单位 7

2.1.2 动物、植物和微生物的区别 7

2.1.3 细胞——生命的基本单位 8

2.2 细胞的结构 9

2.2.1 细胞膜 10

2.2.2 细胞器 10

2.2.3 膜系统 12

2.3 细胞的类型 12

2.4 细胞的物质组成 13

3.蛋白质结构化学 15

3.1 蛋白质标准氨基酸的组成 17

3.2 氨基酸的性质 20

3.2.1 氨基酸解离与等电点 20

3.2.2 氨基酸的重要性质 21

3.3 蛋白质一级结构 22

3.4 蛋白质中的非氨基酸组分 25

3.5 蛋白质二级结构 26

3.5.1 蛋白质二级结构形成机理 26

3.5.2 蛋白质二级结构类型 27

3.6 蛋白质的超二级结构和三、四级结构 28

3.7 蛋白质结构之间的关系 31

3.8 蛋白质的功能 31

3.8.1 食用 31

3.8.2 酶 31

3.8.3 抗体、抗原 32

3.8.4 激素、调节因子 32

3.8.5 胶原蛋白 32

3.8.6 受体蛋白 32

3.8.7 蛋白质毒素、蛋白质构象病 33

3.9 氨基酸工业 33

3.9.1 调味品 33

3.9.2 药物、食品添加剂 33

3.9.3 化学试剂 34

3.10 蛋白质资源及其利用 34

3.10.1 利用野生蛋白质资源 34

3.10.2 调整农业种植结构 34

3.10.3 改良农作物品种 34

3.10.4 开发蛋白质材料 35

习题 35

4.核酸结构化学 36

4.1 核酸的组成 36

4.2 核酸的一级结构 37

4.2.1 核苷酸的聚合 37

4.2.2 核酸一级结构的表示 37

4.2.3 碱基序列与遗传信息和核酸数据库 38

4.3 核酸二级结构 39

4.3.1 DNA双螺旋结构学说 39

4.3.2 碱基互补原则的生物学意义 41

4.4 核酸的三级结构 42

4.4.1 DNA的超螺旋结构 42

4.4.2 tRNA的三级结构 43

4.5 核酸序列组织结构 44

4.5.1 基因(gene)的种类 45

4.5.2 基因的特点 45

4.6 核酸的重要性质 47

4.6.1 两性解离 47

4.6.2 紫外吸收 47

4.6.3 变性与复性 47

习题 49

5.DNA重组技术与基因工程 50

5.1 生物学中心法则 50

5.2 DNA重组 52

5.2.1 DNA重组的原理 52

5.2.2 DNA重组的用途 54

5.3 DNA体外重组的步骤 55

5.3.1 确定目的基因 55

5.3.2 载体和载体的选择 56

5.3.3 重组DNA进入受体细胞 62

5.3.4 重组DNA的筛选 66

5.4 目的基因和载体的连接 68

5.4.1 限制性内切酶 68

5.4.2 DNA连接酶 69

5.5 基因工程 69

5.5.1 基因工程的概念 69

5.5.2 基因工种的种类 69

习题 70

6.蛋白质与酶工程 72

6.1 蛋白质生物合成 72

6.1.1 蛋白质生物合成的条件 72

6.1.2 蛋白质生物合成的步骤 75

6.2 改造天然蛋白质的必要性 76

6.2.1 生产需要 76

6.2.2 基础研究 76

6.3 蛋白质工程的基本程序 76

6.4 蛋白质测序 77

6.5 蛋白质空间结构测定 77

6.6 蛋白质空间结构测定 78

6.6.1 Anfinsen一级结构决定空间结构理论 78

6.6.2 同源蛋白、蛋白质家族 78

6.6.3 蛋白质空间结构模块 79

6.6.4 蛋白质中氨基酸残基之间的长、短程相互作用 79

6.6.5 蛋白质折叠密码 79

6.6.6 分子伴侣 79

6.7 蛋白质工程的类型 79

6.7.1 从头设计 79

6.7.2 定点突变和局部修饰 80

6.8 蛋白质工程典例 81

6.8.1 HIV蛋白水解酶抑制剂的设计 81

6.8.2 新型胰岛素设计 81

6.8.3 天花粉蛋白改造 81

6.8.4 抗体蛋白人源化 82

6.8.5 生物计算机材料 82

6.9 酶工程 82

6.9.1 化学酶工程——酶制剂、固定化酶 83

6.9.2 生物酶工程 87

习题 88

7.细胞工程 89

7.1 细胞培养 89

7.1.1 细胞培养的一般条件 89

7.1.2 动物细胞培养的特殊条件 91

7.1.3 植物细胞培养的特殊条件 91

7.1.4 微生物细胞培养的特殊条件 92

7.2 细胞全能性与细胞克隆 92

7.2.1 细胞克隆 92

7.2.2 细胞的全能性 93

7.2.3 干细胞分化 93

7.3 核移植技术 93

7.3.1 单克隆抗体 94

7.3.2 体细胞克隆 96

7.4 工程菌 97

7.4.1 野生菌与工程菌的区别 97

7.4.2 工程菌的构建方法 98

7.5 膜与生物膜 100

7.5.1 生物膜系统 100

7.5.2 生物膜的组成与结构 100

7.5.3 生物膜工程 101

7.5.4 膜的制作方法 103

习题 103

8.发酵工程 105

8.1 发酵类型 106

8.1.1 是否需氧 106

8.1.2 按使用细胞的不同分类 106

8.1.3 微生物发酵产品类型 107

8.2 发酵的意义 108

8.2.1 获得用其他方法不易获得的物质 108

8.2.2 获得菌体 109

8.2.3 转化其他方法不能或不易转化的物质 109

8.3 发酵设备 109

8.4 发酵的步骤 110

8.4.1 菌种扩大培养 110

8.4.2 制备发酵培养基及发酵 110

8.5 发酵工艺控制 111

8.6 发酵产物分离 111

习题 113

9.生物制药 114

9.1 发展生物制药的意义 115

9.2 药物的来源 115

9.2.1 化学合成 115

9.2.2 从动植物体中分离 116

9.2.3 微生物发酵 118

9.3 生物制药的类型 118

9.3.1 酶 119

9.3.2 哺乳动物激素 120

9.3.3 调节因子 120

9.3.4 蛋白聚糖类 122

9.3.5 脂类 122

9.3.6 抗体 122

9.3.7 类毒素 123

9.3.8 疫苗 123

9.3.9 动植物制药 125

9.3.10 核苷、核苷酸 125

9.3.11 维生素 126

9.3.12 抗生素 127

9.4 生物制药特点 128

9.4.1 专一性 128

9.4.2 无残留性 128

9.4.3 有预防性 129

9.4.4 少依赖性 129

9.5 生物制药技术 130

9.5.1 DNA重组及基因工程 130

9.5.2 单克隆、多克隆抗体 131

9.5.3 微生物发酵 131

9.5.4 海洋药物 131

9.6 生物制药存在的问题 132

9.6.1 基因污染 132

9.6.2 成本高 132

9.6.3 药效 132

9.6.4 废物污染 132

9.7 我国生物制药现状 133

9.8 生物制药展望 133

习题 134

10.生物材料与生物芯片 135

10.1 生物材料的种类和结构特点 135

10.1.1 纤维素 135

10.1.2 蛋白质 135

10.1.3 核酸 136

10.2 生物芯片的种类 136

10.2.1 蛋白质芯片(Protein chip) 137

10.2.2 DNA芯片 137

10.2.3 其他生物芯片 138

10.3 检测用DNA芯片的制作方法及应用 138

10.3.1 DNA芯片的制作方法 138

10.3.2 检测用DNA芯片的用途 139

10.4 分析检测用蛋白质芯片的制作及应用 141

习题 141

11.生物工程与环境保护 142

11.1 环境污染的生物学 143

11.1.1 环境污染不利于生物生存 143

11.1.2 环境污染破坏生物之间的生态关系 143

11.2 生物技术治理污染的意义 144

11.2.1 减少二次污染 144

11.2.2 减少污染治理成本 144

11.3 用于治理污染的生物技术 145

11.3.1 微生物转化 145

11.3.2 植物转化 147

11.3.3 动物转化 148

11.3.4 生态恢复 148

11.3.5 构建治理污染的工程菌 148

11.4 用于预防环境污染的生物技术 149

习题 150

附录 151

附录一 国家新生物制品审批办法 151

附录二 人用重组DNA制品质量控制要点 156

附录三 新生物制品申报资料项目 162

参考文献 174