食科093班《食品生物技术B》复习参考资料

食科093班《食品生物技术B》复习参考资料编辑：于涛阿胜第5页1、食品生物技术：食品生物技术是食品科学技术与生物技术相互渗透而形成的一门新兴学科。现代生物技术在食品领域中的应用，是指以现代生命科学的研究成果为基础，结合现代工程技术手段和其他学科的研究成果，设计新型的食品和食品原料。2、生物技术的构成：由多学科综合而成的一门交叉学科，涉及微生物学、生物化学、细胞生物学、免疫学、遗传学、分子生物学和化学工程等学科。目前认为生物技术主要由基因工程、蛋白质工程、细胞工程、酶工程和发酵工程组成。3、食品生物技术的主要研究内容：基因工程：核酸的分离提取、拼接重组以及扩增等技术。蛋白质工程：对现有蛋白质加以定向改造。微生物发酵工程：微生物发酵生产特定产品的技术。细胞工程：细胞的离体培养融合，细胞核等的移植改建。酶工程：借助固定化酶，生物反应器等生产特定产品。生物工程下游技术：通过以上技术生产液为原料，经提分离纯化、加工等步骤形成的产品。生物芯片和生物传感器：通过微加工技术将信息集成达到对基因、抗原和活体细胞等分析和检测（应用于食品安全检测）。4、食品生物技术的成就及前景展望：一、生物技术的地位：生物技术是解决全球性经济问题的关键技术促进传统产业的技术改造和新兴产业的形成，对人类社会生活将产生深远的革命性的影响。生物技术将是21世纪高新技术革命的核心内容。二、食品生物技术的作用：（一）改善农业生产，解决食品短缺（1）培育抗逆的作物优良品系；（2）植物种苗的工厂化生产；（3）提高粮食品质；（4）生物固氮，减少化肥用量；（5）动物的大量快速无性繁殖；（6）培育动物的优良品系。（二）提高生命质量，延长人类寿命（1）开发新型药品（2）疾病的预防和诊断（3）基因治疗（4）人类基因组计划（三）解决能源危机，治理环境污染（1）解决能源危机（2）环境保护（四）制造工业原料，生产贵重金属（1）制造工业原料（2）生产贵重金属。（五）食品生物技术对人类的作用：解决食品短缺，缓解由于人口增长带来的压力；丰富食品种类，满足不同层次消费人群的需求；开发新型功能性食品，保障人类健康；生产环保型食品，保护环境；开发新资源食品，拓宽人类食物来源。三、我国在21世纪应重点开发的食品生物技术：1.加强遗传育种研究，加强基因改造生物为主的应用研究，培育更适合食品加工的优良品种，开发现代生物技术新产品。（如提取番茄红素用的番茄品种）2.食品工业用新酶种开发。纤维素酶、木聚糖酶等3.酶或细胞的固定化技术和酶催化反应装置的结构优化等。（果葡糖浆的生产）4.继续名优白酒传统酿造技术的改造。酒类呈香成分的剖析和主体香气成分确定、名优白酒微量成分与风味关系的解析等。四、生物技术的发展趋势：基因重组操作技术将更进一步完善。高效、定位更准确基因操作技术的研究;高效表达系统的研究;定时、定位表达技术的研究等新技术、新方法将会推动生物技术的发展。基因工程药物和疫苗的研究与开发将会突飞猛进,高效、低副作用的新型生物治疗药剂将在基因工程技术、发酵工程和生物工程下游技术发展的基础上不断出现,人类目前许多疑难杂症无法用药物治疗的局面将被克服。转基因动植物将会取得重大突破。生命基因组计划将在许多生命领域展开，后基因组学和蛋白质组学将是研究与开发的重点。基因治疗将会取得重大进展。蛋白质工程、酶工程、发酵工程将在基因工程的基础上达到长足发展。信息技术渗透到生物技术的领域中。5、基因工程：又称重组DNA技术，是将一种生物体（供体）的基因与载体在体外进行拼接重组，然后转入另一生物体（受体）内，使之按照人们的意愿稳定遗传并表达出新产物或新性状的DNA体外操作程序，也成分子克隆技术。四大要素：供体、受体、载体、外源基因（来自供体基因）。6、基因工程理论上三大发现：1.40年代发现了生物的遗传物质是DNA。1944年Avery通过肺炎球菌转化实验,不仅证明了DNA是遗传物质,而且也证明了DNA可以把一个细菌的性状转给另一个细菌,确定了遗传信息的携带者(即基因)的分子载体是DNA而不是蛋白质,从而明确了遗传的物质基础问题,具有十分重大的理论意义。2.50年代清楚DNA的双螺旋结构和半保留复制机理。1953年，二人发现DNA双螺旋结构时，沃森年仅25岁，克里克也只有37岁。1962年，沃森、克里克与威尔金斯因研究DNA双螺旋结构模型的成果，共同荣获了诺贝尔生理学或医学奖。3.遗传密码的破译和遗传信息传递方式的确定。以Nireberg等为代表的一批科学家经过艰苦努力，确定了遗传信息以密码方式传递，每三个核苷酸组成一个密码子，代表一个氨基酸，到1966年，全部破译了64个密码子，并提出遗传信息传递的“中心法则”。1958年Crick提出，1971年又进行了补充。7、基因工程技术上三大发明：1.限制性核酸内切酶的发现2.DNA连接酶的发现3.基因工程载体的研究与发现。1946年起，Lederberg开始研究细菌的性因子—F因子;20世纪60年代，相继发现其他质粒;（pBR,pUC）；1973年，Cohen将质粒作为基因工程的载体使用。8、基因工程研究的基本步骤：1、从生物体中分离得到目的基因（或DNA片段）2、在体外，将目的基因插入能自我复制的载体中得到重组DNA分子。3、将重组DNA分子导入受体细胞中，并进行繁殖。4、筛选得到含有重组DNA分子的细胞克隆，并进行大量繁殖，从而使得目的基因得到扩增。5、进一步对获得的目的基因进行研究和利用。比如，序列分析、表达载体构建、原核表达以及转基因研究和利用等。9、食品基因工程研究的主要内容：蛋白质工程：提高食品中蛋白质的含量或提高蛋白质中必需氨基酸的含食科093班《食品生物技术B》复习参考资料编辑：于涛阿胜第5页量。碳水化合物工程：改变淀粉或糖的含量；改变淀粉的组成。油脂工程：控制脂肪酸的链长；控制脂肪酸的饱和度。其他：新品种研发，如疫苗食品，防肝炎病毒香蕉。10、DNA提取原理：（1）浓盐法：利用RNA和DNA在电解溶液中溶解度不同，将二者分离，常用的方法是用1MNaCl抽提,得到的DNA粘液与含有少量辛醇的氯仿一起摇荡,使乳化,再离心除去蛋白质,此时蛋白质凝胶停留在水相及氯仿相中间，而DNA位于上层水相中,用2倍体积95%乙醇可将DNA钠盐沉淀出来。（2）阴离子去污剂法：用SDS或二甲苯酸钠等去污剂使蛋白质变性,可以直接从生物材料中提取DNA。由于细胞中DNA与蛋白质之间常借静电引力或配位键结合,因为阴离子去污剂能够破坏这种价键,所以常用阴离子去污剂提取DNA。（3）苯酚抽提法：苯酚作为蛋白变性剂,同时抑制了DNase的降解作用。用苯酚处理匀浆液时,由于蛋白与DNA联结键已断,蛋白分子表面又含有很多极性基团与苯酚相似相溶。蛋白分子溶于酚相，而DNA溶于水相。离心分层后取出水层，多次重复操作，再合并含DNA的水相，利用核酸不溶于醇的性质，用乙醇沉淀DNA。此时DNA是十分粘稠的物质，可用玻璃漫漫绕成一团取出。此法的特点是使提取的DNA保持天然状态。（4）水抽提法：利用核酸溶解于水的性质,将组织细胞破碎后,用低盐溶液除去RNA，然后将沉淀溶于水中，使DNA充分溶解于水中,离心后收集上清液。在上清中加入固体氯化钠调节至2.6M，加入2倍体积95%乙醇,立即用搅拌法搅出。然后分别用66%、80%和95%乙醇以及丙铜洗涤,最后在空气中干燥,既得DNA样品。此法提取的DNA中蛋白质含量较高,故一般不用。11、DNA的检测：1.分光光度法：DNA或RNA链上碱基的苯环结构在紫光区具有较强吸收，吸收峰在260nm处；波长为60nm时，DNA或RNA的光密度OD260不仅与总含量有关，也随构型而有差异。经验值：纯DNA：OD260/OD280≈1.8(＞1.9,表明有RNA污染；＜1.6，表明有蛋白质、酚等污染）纯RNA：1.7＜OD260/OD280＜2.0（＜1.7时表明有蛋白质或酚污染；＞2.0时表明可能有异硫氰酸残存）。若样品不纯，则比值发生变化，此时无法用分光光度法对核酸进行定量，可使用方案二的方法或其他方法进行估算。2.电泳检测：分离原理：DNA（RNA）是多聚阴离子，带有负电荷，在电场中会想正极迁移，相同数量的DNA移动速度也一样，DNA的迁移率随DNA片段长度的增加而减少，从而达到分离的目的。通过同已知分子量的标准DNA片段的迁移位置进行比较，可测定电泳DNA的片段大小。显色原理：溴乙锭（EB）是一种嵌入型染料，其上的一个扁平的基团可插入到DNA或RNA链的堆积碱基之间。DNA吸收254nm的紫外辐射并传递能量给EB，释放出荧光。EB结合量的多少与DNA的大小和构型有关。对于单一构型的同种DNA样品来说，溴化乙锭的嵌入量与样品溶液DNA含量成正比。12、限制性核酸内切酶：限制性核酸内切酶(Restrictionendonucleases)，是一类能够识别双链DNA分子中某种特定的核苷酸序列，并能精确特异地切割双链DNA分子的核酸内切酶。可分为I型、II型和III型。13、DNA连接酶：DNA连接酶的发现及机理：（1967年)一种能够催化在2条DNA链之间形成磷酸二酯键的酶——DNA连接酶（ligase）。这种酶需要一条DNA链的3’—末端具有一个游离的羟基(—OH)，和另一条DNA链的5’—末端具有一个磷酸基团(—P)，才能发挥其连接DNA分子的功能作用。DNA连接酶的种类（来源或底物不同）：（1）大肠杆菌DNA连接酶（2）T4DNA连接酶（3）T4噬菌体RNA连接酶。14、DNA聚合酶：在引物和模板的存在下，把脱氧核苷酸连续地加到双链DNA分子引物链的3‘－OH末端，催化核苷酸聚合作用的酶。15、修饰性工具酶：1、末端转移酶（terminaltransferase）2、核酸酶SI（SInuclease）3、碱性磷酸化酶（Alkalinephosphatase）16、载体(vector)：是将外源DNA(目的DNA)片断引入宿主细胞的运载工具，其化学本质为DNA。17、载体的选择标准：⒈能独立自主复制；⒉具有两个以上的遗传标记物，便于重组体的筛选和鉴定；⒊有克隆位点（外源DNA插入点），常具有多个单一酶切位点，称为多克隆位点；⒋分子量小，以容纳较大的外源DNA。18、质粒的生存：在寄主细胞中“友好”地“借居”，离开了寄主它本身无法复制，它可以赋予寄主一些非染色体控制的遗传性状，以利于寄主的生存。比如，对抗菌素的抗性，对重金属抗性等。质粒的存在形式：有超螺旋、开环双螺旋和线状双螺旋三种。19、噬菌体的生物学特性：噬菌体的生长周期可分为溶菌周期和溶源周期两种类型。溶菌周期：（lyticpathway）指噬菌体感染细菌后，将DNA注入寄主细胞，借助其2个COS位点互补成环，在宿主菌体内连续复制，合成大量基因产物，进而装配成噬菌体颗粒，裂解宿主菌，释放出来大量的的子代噬菌体又可感染其他细菌。溶源周期：噬菌体感染细菌后，可将自身DNA整合到细菌的染色体中去，并整合到寄主细胞染色体上随之一起复制，并遗传给子代细胞，宿主细胞不被裂解。20、基因工程包括五个环节：目的基因的获取；重组体DNA的构建；重组体的转化；重组体的筛选和鉴定；克隆基因的表达。21、PCR（PolymeraseChainReaction）法，又称为聚合酶链反应或PCR扩增技术，是一种高效快速的体外DNA聚合程序。前提条件：已知待扩增目的基因或DNA片段两侧的序列，根据该序列化学合成聚合反应必需的食科093班《食品生物技术B》复习参考资料编辑：于涛阿胜第5页双引物。22、重组DNA分子构建好后必须转移到适当的受体细胞中才能得到扩增和表达。导入方式：转化、转染、微注射技术、电转化法、基因枪技术、脂质体介导法、其他方法。23、启动子（promoter）：在基因序列中，标志着转录起始的可被RNA聚合酶识别的位点(DNA区段)，一般位于基因的上游。终止子（terminator）：位于基因的编码序列之外（一般在下游）的一段标志着转录停止的RNA聚合酶识别位点。24、基因工程在食品产业中的应用：1、用利基因工程改造食品微生物改良微生