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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