A. 食品生物技术是什么
食品生物技术(foodbiotechnology)是生物技术在食品原料生产、加工和制造中的应用的一个学科。它包括了食品发酵和酿造等最古老的生物技术加工过程,也包括了应用现代生物技术来改良食品原料的加工品质的基因、生产高质量的农产品、制造食品添加剂、植物和动物细胞的培养以及与食品加工和制造相关的其他生物技术,如酶工程、蛋白质工程和酶分子的进化工程等
B. 简述真核生物mRNA加工过程
(三)信使RNA:真核生物编码蛋白质的基因以单个基因为转录单位,但有内含子,需切除。信使RNA的原初转录产物是分子量很大的前体,在核内加工时形成大小不等的中间物,称为核内不均一RNA(hnRNA)。其加工过程包括:
1.5’端加帽子:在转录的早期或转录终止前已经形成。首先从5’端脱去一个磷酸,再与GTP生成5’,5’三磷酸相连的键,最后以S-腺苷甲硫氨酸进行甲基化,形成帽子结构。帽子结构有多种,起识别和稳定作用。
2. 3’端加尾:在核内完成。先由RNA酶III在3’端切断,再由多聚腺苷酸聚合酶加尾。尾与通过核膜有关,还可防止核酸外切酶降解。
3. 内部甲基化:主要是6-甲基腺嘌呤,在hnRNA中已经存在。可能对前体的加工起识别作用。
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C. 生物制造体现在哪些方面
生物制造是指将生物科学和工程学的成果应用于工业制造领域,以可再生生物质资源为原料,开发新产品的制造路线,大规模生产人类所需的化学品和高分子材料等。生物制造是基因技术的具体产品应用和工业规模生产,包括生物制造的新产品、新工艺、新技术。生物制造体现在三个方面,即仿生设计、生物制造工程和生物过程加工工程。
1、仿生设计
仿生设计或仿生学是借鉴生物的某些特殊的功能,改善机器设计。研究生物、模仿生物的各种特征,生物的自组织、自生长、自生成、遗传等许多特性和规律,启迪制造,形成新的制造技术原理。这些仿生原理在制造技术上的应用将促进制造技术的变革。
2、生物制造工程
上世纪末美国提出组织工程,将细胞加工制造成材料和组织,其应用包括医疗设备、整形植入物、组织工程化的修复物、人工器官等。从制造科学的角度看,组织器官就是各种功能细胞按特定结构装配成的复杂机器。将细胞在三维空间中精确定位、排列和组装,制造出人体组织的雏形,在三维支架上对其进行培养,最终发育成具有生命功能的组织结构。这是制造科学与技术发展的崭新方向。针对生物医学的应用,生物制造工程可以按照加工材料的生物学特性分为四个层次,四个层次所需的制造技术难度逐次提高。
第一层次:使用不具备生物相容性的材料,制造个性化的组织或器官的模型,用于手术规划、模拟以及假肢的辅助设计加工。
第二层次:使用较好的生物相容性但不具备生物可降解性的材料,在体内长期存在,制造的产品是可以替代组织或器官部分功能的人工器官或植入物。
第三层次:使用具有良好的生物相容性又具有生物可降解性的材料,在人体内逐渐被分化、分解、吸收并排出,主要是组织工程所需的各类具有特定形状和结构的支架。用作细胞生长、组织再生的临时性支架,辅助并促进器官组织的修复。
第四层次:使用活细胞作为加工制造的材料,制造出具有特定细胞空间分布结构的三维细胞堆,称为类组织前体。研究内容包括人工支架的设计与制造、人工活性器官体外生物平台、器官再造的环境构建与控制等。利用微流输送技术进行细胞和外基质仿生材料的人工构造以实现细胞和生命物质的:三维受控组装。
3、生物加工工程
利用生物体的合成过程和生命机能、活动特性进行制造,包括化合物(药物、食品、化学品、材料、能源)的制备、加工和信号检测。
生物制造是近年来制造技术发展的新方向,美国在2020年制造技术的挑战中将其列为11个主要方向之一,已经日益受到来自生物医学、材料科学、制造科学领域的科学家们的认同和参与。国内已有多所大学和研究所开展了相关研究工作。
D. 简述真核生物mRNA与tRNA的转录后加工过程
mRNA转录加工
【加帽】
即在mRNA的5'-端加上m7GTP的结构。此过程发生在细胞核内,即对HnRNA进行加帽。加工过程首先是在磷酸酶的作用下,将5'-端的磷酸基水解,然后再加上鸟苷三磷酸,形成GpppN的结构,再对G进行甲基化。
【加尾】
这一过程也是细胞核内完成,首先由核酸外切酶切去3'-端一些过剩的核苷酸,然后再加入polyA。
【剪接】
真核生物中的结构基因基本上都是断裂基因。结构基因中能够指导多肽链合成的编码顺序被称为外显子,而不能指导多肽链合成的非编码顺序就被称为内含子。真核生物HnRNA的剪接一般需snRNA参与构成的核蛋白体参加,通过形成套索状结构而将内含子切除掉。
【内部甲基化】
由甲基化酶催化,对某些碱基进行甲基化处理。
折叠编辑本段tRNA转录加工
主要加工方式是切断和碱基修饰。
真核生物tRNA前体一般无生物学特性,需要进行加工修饰。加工过程包括:
(1)剪切和拼接
tRNA前体在tRNA剪切酶作用下,切成一定大小的分子。大肠杆菌RnaseP特异切割tRNA前体5′旁侧序列,3′-核酸内切酶如RnaseF可将tRNA前体3′端一段序列切下来。RnaseD可水解3′端多余核甘酸。剪切后的tRNA分子在拼接酶作用下,将成熟tRNA分子所需片断拼接起来。
(2)稀有碱基的生成
1)甲基化:例如在tRNA甲基转移酶的催化下,某些嘌呤生成甲基嘌呤。
2)还原反应:某些尿嘧啶还原为双氢尿嘧啶(DHU)。
3)核苷内的转位反应:如尿嘧啶核苷转位为假尿嘧啶核苷。
4)脱氨反应:某些腺苷酸脱氨成为次黄嘌呤(Ⅰ),次黄嘌呤是颇常见于tRNA中的稀有碱基之一。
(3)加上CCA-OH3′-末端:在核苷酸转移酶的作用下,在3′-末端删去个别碱基后,换上tRNA统一的CCA-3′-末端,完成柄环结构。
E. 什么是食品生物技术
食品生物技术(food biotechnology)是生物技术在食品原料生产、加工和制造中的应用的一个学科。它包括了食品发酵和酿造等最古老的生物技术加工过程,也包括了应用现代生物技术来改良食品原料的加工品质的基因、生产高质量的农产品、制造食品添加剂、植物和动物细胞的培养以及与食品加工和制造相关的其他生物技术,如酶工程、蛋白质工程和酶分子的进化工程等。
F. 真核生物mRNA加工主要包括哪些步骤
真核生物mRNA加工主要包括哪些步骤
真核生物 一核糖体RNA:基因拷贝数多,在几十到几千之间。基因成簇排列在一起,由RNA聚合酶I转录生成一个较长的前体,哺乳动物为45S。核仁是rRNA合成与核糖体亚基生物合成的场所。RNA酶III等核酸内切酶在加工中起重要作用。5SRNA基因也是成簇排列的,由RNA聚合酶III转录,经加工参与构成大亚基。核糖体RNA可被甲基化,主要在核苷2’羟基,比原核生物甲基化程度高。多数核糖体RNA没有内含子,有些有内含子但不转录。 二转运RNA:由RNA聚合酶III转录,加工与原核相似,但3’端的CCA都是后加的,还有2’-O-甲基核糖。 三信使RNA:真核生物编码蛋白质的基因以单个基因为转录单位,但有内含子,需切除。信使RNA的原初转录产物是分子量很大的前体,在核内加工时形成大小不等的中间物,称为核内不均一RNA(hnRNA)。其加工过程包括: 1.5’端加帽子:在转录的早期或转录终止前已经形成。首先从5’端脱去一个磷酸,再与GTP生成5’,5’三磷酸相连的键,最后以S-腺苷甲硫氨酸进行甲基化,形成帽子结构。帽子结构有多种,起识别和稳定作用。 2. 3’端加尾:在核内完成。先由RNA酶III在3’端切断,再由多聚腺苷酸聚合酶加尾。尾与通过核膜有关,还可防止核酸外切酶降解。 3. 内部甲基化:主要是6-甲基腺嘌呤,在hnRNA中已经存在。可能对前体的加工起识别作用。 三、RNA的拼接 一转运RNA的拼接:由酶催化,酶识别共同的二级结构,而不是序列。通常内含子插入到靠近反密码子处,与反密码子配对,取代反密码子环。第一步由内切酶切除插入序列,不需ATP;第二步由RNA连接酶连接,需要ATP。 二四膜虫核糖体RNA的拼接:某些四膜虫26S核糖体RNA基因中有一个内含子,其拼接只需一价和二价阳离子及鸟苷酸或鸟苷存在即可自发进行。其实质是磷酸酯的转移反应,鸟苷酸起辅助因子的作用,提供游离3’羟基。 三信使RNA:真核生物编码蛋白质的核基因的内含子属于第二类内含子,左端为GT,右端为AG。先在左端切开,产生的5’末端与3’端上游形成5’,2’-磷酸二酯键,构成套索结构。然后内含子右端切开,两个外显子连接起来。通过不同的拼接方式,可形成不同的信使RNA。
G. mRNA前体的加工过程有哪些步骤
mRNA前体的加工过程有哪些步骤:
原核生物转录作用生成的mRNA属于多顺反子mRNA,即由操纵子机制控制生成的一条mRNA可编码几种不同的蛋白质。原核生物转录生成的初级转录本mRNA不需经过复杂的加工过程即可表现功能,惟一的加工过程是多顺反子mRNA在RnaseⅢ的催化下裂解为单个的顺反子。
真核生物转录生成的是单顺反子mRNA,其前体是非均一RNA(hnRNA)。hnRNA加工过程包括。
剪接
真核生物的基因是一种断裂基因,即其结构基因由若干编码序列和非编码序相间排列而成,其中为蛋白质编码的可转录序列称为外显子,不为蛋白质编码的可转录序列为内含子。转录合成的hnRNA需经过剪接、切掉内含子部分,然后再将外显子部分拼接起来。该过程有多种酶活性物质(包括snRNA)参与。
′末端加“帽”
真核细胞成熟mRNA的5′末端均有一个特殊的结构,即m7Gpp-pmnNp,称为“帽”。帽的生成是在细胞核内进行的,但胞浆中也有酶体系,动物病毒mRNA加帽过程就是在宿主细胞的胞浆内进行的。
′末端加“尾”
mRNA前体分子的3′末端有一段保守序列,由特异的核酸内切酶切去多余的核苷酸,然后在多聚A聚合酶的催化下,由ATP聚合生成多聚A尾。该反应在核内发生,在胞浆中也可继续进行。
碱基修饰
mRNA分子中有少量稀有碱基(如甲基化碱基)是在转录后经化学修饰(如甲基化)而形成的。
选择性加工
某些MRNA前体含有多个3‘剪切位点和多聚腺苷酸化位点,因此利用这些选择性位点可产生具有不同3'端非编码区或者具有不同编码能力的RNA产物。通过可变剪接途径可以挑先最保留在MRNA中的外显子,结果单个基因可以合成多种不同的蛋白质。
RNA编辑
在合成并经RNA编辑加工之后,MRNA分子的序列可以发生改变。个别核苷酸可以被置换,添加或者删除。编辑过的MRNA翻译产生了较短脱脂基蛋白B48,由于基缺少一个结合受体的蛋白结构域,因此功能受限。还有好多其他编辑的例子,阵锥虫线粒体MRNA发生RNA编辑,使得最终MRNA中一半以上的尿嘧啶都获自编辑过程。
H. 生物制造原理
生物制造原理:实际上是指以生物体机能进行大规模物质加工与物质转化、为社会发展提供工业商品的新行业,是以微生物细胞或以酶蛋白为催化剂进行化学品合成、或以生物质为原料转化合成能源化学品与材料,促使能源与化学品脱离石油化学工业路线的新模式,主要表现为先进发酵工程、现代酶工程、生物炼制、生物过程工程等新技术的发明与应用,具有低碳循环、绿色清洁等典型特征。
它是以生物体机能进行大规模物质加工与物质转化、为社会发展提供工业商品的新行业。
真正意义上的生物制造工程的概念是随着制造业尤其是快速原型技术在生物医学中应用的日渐深入,而逐渐明确起来。
从生命的机械观这样一个朴素、明确而简单的概念出发,生物制造可以描述为“所有生命现象均可用物理和化学的词汇来解释”。
而其哲学理念上可以从“生命完全只是物理化学的产物”这个角度出发,描述为:任何复杂的生命现象都可以用物理、化学的理论和方法在人工条件下再现,组织和器官是可以人工制造的。但是需要明确的是生物体制造不是制造生命,它并不涉及生命起源的问题,而是用有活性的单元和有生命的单元去“组装”成具有实用功能的组织、器官和仿生产品。
但同时生物制造工程也遇到很多困难,特别是细胞组装对细胞生物学与细胞工程学提出了严峻的挑战。
I. 真核生物rrna前体加工过程
原核生物rRNA前体的加工:特定碱基处甲基化、特定位点切割、核酸酶处理等.
真核生物rRNA前体的加工:也是甲基化、切割.
原核生物tRNA前体的加工:切断和修剪、3‘端加CCA、修饰和异构.
真核生物tRNA前体的加工:切割、核酸酶处理等.
总的看来,虽然四者结构不同,但加工的主要方式类似:甲基化、切割、核酸酶处理、修饰、异构等.
J. 简述真核生物RNA的加工过程。(包括tRNA,rRNA,mRNA)
先在细胞核内进行转录得到mRNA,mRNA通过核孔进入细胞质,这时rRNA.tRNA也在细胞核内的DNA上转录出来,rRNA也与蛋白质结合就形成核糖体,它们都是在细胞核内完成的