生化工程教學課件

生化工程匯報人：AA2024-01-25contents目錄生化工程概述生化反應原理與技術生物分離純化技術生物轉化與合成策略發(fā)酵過程優(yōu)化與控制典型案例分析01生化工程概述定義與發(fā)展歷程定義生化工程是應用生物化學和工程學的原理和方法，研究和開發(fā)用于生產生物制品、轉化生物質能源、治理環(huán)境污染等領域的工程技術的總稱。發(fā)展歷程生化工程起源于20世紀初的生物化學和微生物學領域，隨著基因工程、細胞工程等技術的快速發(fā)展，生化工程逐漸成為一個新興的交叉學科。生化工程的研究領域包括基因工程、細胞工程、發(fā)酵工程、酶工程、生物分離工程等。生化工程對于解決人類面臨的資源、能源、環(huán)境等問題具有重要意義，如開發(fā)新能源、生產高附加值生物制品、治理環(huán)境污染等。研究領域及意義意義研究領域

與其他工程領域關系與化學工程關系生化工程與化學工程在工藝原理、設備設計等方面有很多相似之處，但生化工程更注重生物體系的特性和復雜性。與生物工程關系生物工程是生化工程的重要分支，主要研究生物體系的分子和細胞水平上的操作和調控，而生化工程則更注重實際應用和工程技術開發(fā)。與環(huán)境工程關系生化工程在環(huán)境工程領域有著廣泛的應用，如廢水處理、垃圾填埋氣治理等，通過生物技術的手段實現(xiàn)環(huán)境的凈化和修復。02生化反應原理與技術酶作為生物催化劑，具有高效催化作用和專一性，能夠加速特定化學反應的進行，提高反應速率和選擇性。酶的高效性和專一性酶具有特定的空間構象，通過降低反應的活化能，使反應易于進行。酶的活性中心與底物結合，形成酶-底物復合物，從而催化反應的進行。酶的結構與功能酶催化反應遵循米氏方程，反應速率受底物濃度、酶濃度、溫度、pH等因素的影響。通過調節(jié)這些因素，可以優(yōu)化酶催化反應的效果。酶催化反應的動力學酶催化反應原理細胞培養(yǎng)的基本原理01細胞培養(yǎng)是指在人工模擬體內環(huán)境的條件下，使細胞生長、繁殖并維持其結構和功能的一門技術。細胞培養(yǎng)的基本原理包括細胞增殖、細胞分化和細胞凋亡等。細胞培養(yǎng)的類型02根據(jù)培養(yǎng)細胞的來源和性質，細胞培養(yǎng)可分為原代培養(yǎng)、傳代培養(yǎng)和細胞系培養(yǎng)等類型。不同類型的細胞培養(yǎng)具有不同的特點和應用范圍。細胞培養(yǎng)的條件和影響因素03細胞培養(yǎng)需要適宜的營養(yǎng)物質、溫度、pH、滲透壓和無菌環(huán)境等條件。同時，細胞培養(yǎng)的效果受細胞來源、培養(yǎng)基成分、培養(yǎng)條件等多種因素的影響。細胞培養(yǎng)技術基因工程的基本原理基因工程是指通過改變生物體的遺傳物質來創(chuàng)造新的生物性狀或生產有用的生物產品的技術?；蚬こ痰幕驹戆―NA重組技術、基因克隆和基因表達等。基因工程在生化工程中的應用基因工程在生化工程中的應用主要包括優(yōu)化生物催化劑、生產重組蛋白和抗體、改造生物代謝途徑等。通過基因工程技術，可以構建高效表達特定蛋白的工程菌或細胞系，提高生物產品的產量和質量?；蚬こ碳夹g的挑戰(zhàn)與前景盡管基因工程技術在生化工程中取得了顯著進展，但仍面臨一些挑戰(zhàn)，如基因表達的穩(wěn)定性、安全性問題和倫理道德問題等。未來隨著技術的不斷發(fā)展和完善，基因工程技術將在生化工程中發(fā)揮更加重要的作用，推動生物產業(yè)的快速發(fā)展?；蚬こ碳夹g在生化工程中應用03生物分離純化技術通過加入中性鹽使蛋白質等生物大分子溶解度降低而沉淀析出。鹽析法有機溶劑沉淀法選擇性沉淀法利用有機溶劑使生物大分子溶解度降低而沉淀析出。利用某些試劑選擇性地沉淀某些成分，如核酸、多糖等。030201沉淀法分離純化技術利用吸附劑對生物大分子的吸附能力不同進行分離純化。吸附色譜法利用生物大分子在固定相和流動相中的分配系數(shù)不同進行分離純化。分配色譜法利用離子交換劑與生物大分子之間的離子交換作用進行分離純化。離子交換色譜法色譜法分離純化技術超濾膜分離技術納濾膜分離技術反滲透膜分離技術膜蒸餾技術膜分離技術在生化工程中應用01020304利用超濾膜對生物大分子的截留作用進行分離純化。利用納濾膜對生物大分子的選擇性透過作用進行分離純化。利用反滲透膜對生物大分子的高截留作用進行分離純化。利用膜蒸餾原理對生物大分子進行分離純化。04生物轉化與合成策略利用微生物的代謝活動，將有機物質轉化為目標產物，如酒精、抗生素等。發(fā)酵工程通過改變微生物的遺傳物質，使其具有生產特定化合物的能力，如重組蛋白、酶等?；蚬こ虄?yōu)化微生物的代謝途徑，提高目標產物的產量和純度，如氨基酸、有機酸等。代謝工程微生物轉化策略固定化培養(yǎng)將植物細胞或組織固定在固體支持物上，提供適宜的營養(yǎng)和環(huán)境條件，促進目標產物的合成。懸浮培養(yǎng)將植物細胞或組織置于液體培養(yǎng)基中，通過不斷攪拌和通氣，使其保持懸浮狀態(tài)進行生長和合成?；蜣D化通過基因工程技術，將外源基因導入植物細胞或組織中，使其具有生產特定化合物的能力。植物細胞培養(yǎng)合成策略03基因編輯利用CRISPR-Cas9等基因編輯技術，對動物細胞進行基因修飾，實現(xiàn)目標產物的合成和分泌。01貼壁培養(yǎng)將動物細胞接種在培養(yǎng)瓶或培養(yǎng)皿中，使其貼附在固體支持物上生長和繁殖。02懸浮培養(yǎng)將動物細胞置于液體培養(yǎng)基中，通過不斷攪拌和通氣，使其保持懸浮狀態(tài)進行生長和合成。動物細胞培養(yǎng)合成策略05發(fā)酵過程優(yōu)化與控制溫度是影響發(fā)酵過程的重要因素，過高或過低的溫度都會影響酶的活性和微生物的生長速率。溫度pH值的變化會影響微生物的生長和代謝產物的合成，因此需要嚴格控制發(fā)酵液的pH值。pH值溶氧是需氧發(fā)酵過程中的關鍵因素，溶氧濃度的高低直接影響微生物的生長和代謝。溶氧合適的營養(yǎng)物濃度是微生物正常生長和代謝的基礎，過高或過低的營養(yǎng)物濃度都會影響發(fā)酵過程。營養(yǎng)物濃度發(fā)酵過程影響因素分析遺傳算法通過模擬自然進化過程，對發(fā)酵過程的參數(shù)進行全局優(yōu)化。神經網絡利用神經網絡的自學習和自適應能力，對發(fā)酵過程進行建模和優(yōu)化。模糊控制運用模糊數(shù)學理論，對發(fā)酵過程中的不確定因素進行模糊化處理，實現(xiàn)優(yōu)化控制。發(fā)酵過程優(yōu)化方法探討分段控制前饋控制反饋控制多變量控制發(fā)酵過程控制策略制定根據(jù)發(fā)酵過程的不同階段，制定相應的控制策略，以滿足不同階段的需求。根據(jù)發(fā)酵過程中實時監(jiān)測的數(shù)據(jù)，對控制策略進行及時調整，實現(xiàn)反饋控制。通過對發(fā)酵過程中關鍵參數(shù)的預測，提前采取相應的控制措施，實現(xiàn)前饋控制。綜合考慮多個因素對發(fā)酵過程的影響，制定相應的多變量控制策略，實現(xiàn)全面優(yōu)化。06典型案例分析通過特定的微生物在發(fā)酵罐中進行培養(yǎng)，產生抗生素類物質。微生物發(fā)酵利用物理和化學方法將發(fā)酵液中的抗生素分離出來，并進行純化。分離純化將純化的抗生素進行制劑加工，制成適合臨床使用的藥物劑型。制劑加工抗生素類藥物生產過程剖析氨基酸提取通過特定的方法將原料中的氨基酸提取出來，如離子交換、萃取等。精制與結晶對提取的氨基酸進行精制和結晶，得到高純度的氨基酸產品。原料處理將含蛋白質豐富的原料進行預