硅及其化合物PPT教学课件

2、确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合 成或改造目的基因（DNA）？
可以通过人工合成的方法获取或基因的定点诱变技 术来改变。
基因会发生突变，突变可以自发，也可以诱发，这是每个稍 有生物学知识的人都知道的常识。但在加拿大生物化学家 M·史密斯（1932－2000）发明定点突变法之前，突变株的 产生必须经由自然界或用化学等方法诱使基因体突变。这类 方法属于随机突变，突变株必须在生物性状上有所改变，才 能确定有突变发生，但除非用分子生物方法或遗传方法找到 此突变处，否则无法确定突变位置。也就是说，这种突变是 盲目的。而史密斯发明的定点突变法却是有目的的，该法可 经由设计好的寡核苷酸，在任何一个基因片段上进行随意或 设计好的突变，也就是说，这种突变是预先设定好的，所以 也有人将该法称为“反遗传法”。
1.氧化铝陶瓷
• 性能：熔点高，硬度大，透明， 耐高温。
• 用途：坩埚，高温炉管，刚玉 球磨机，高压钠灯灯管。
高纯氧化铝透明陶瓷管
氧化铝陶瓷制品
氮化硅陶瓷
• 特点：密度小，高强，高硬，高韧性， 耐磨损，耐腐蚀，抗氧化，抗热震， 自润滑，隔热，电绝缘等一系列优良 性能。
• 用途：Si3N4基陶瓷球轴承 氮化硅陶瓷部件 沙漠车
光纤系列产品在光学照明及装饰照明方面最具 灵活性和完整性，能产生五颜六色，如梦如幻的视 觉效果。具有无紫外线，低热量，无电伤害，使用 寿命长，色彩变幻丰富等优点。广泛应用于夜总会， 宾馆洒店，商场，博物馆，居家装饰等各种装饰工 程当中，柔和而丰富的光线给您更创完美的视觉效 果。
光纤吸顶灯： 光纤路面灯与花园灯：
新 型 无 机 非 金 属 材 料
什么是无机非金属材 料
1、材料
材料是人类赖以生存和发展的物质基础，是人类 进步的里程碑。历史上的石器时代、青铜器时代、 铁器时代都是以材料作为时代主要标志的。
石器、陶瓷、铁、铜、玻璃、水泥、有机高分子 （如塑料等）、单晶材料，每一种新型材料的研 制成功，都引起人类文化和生活的新变化。没有 半导体材料，便不可能有目前的计算机技术；没 有耐高温、高强度的特殊结构材料，便没有今天 的宇航工业；没有低损耗的光导纤维，也就没有
有意思的是这一给生命科学研究及应用领域带来革命性 突破的方法竟然是史密斯和其同事在喝咖啡时闲聊出来的。 现在，几乎每个生物实验室都会用定点突变法来研究基因或 蛋白质的功能。
➢ 蛋白质工程的主要步骤通常包括： （1）从生物体中分离纯化目的蛋白； （2）测定其氨基酸序列； （3）借助核磁共振和X射线晶体衍射等手段，尽可能
料
装
饰
的
用多种高科技材料制造的
现 代
波音777飞机
居
室
高
科
技
耐
高
温
隔
热
材
全塑料汽车
料
钢化玻璃的机械强度:
• 普通玻璃内由于存在着较大的内应力而易脆， 机械强度不大。为了消除这种内应力，必须在生 产玻璃时用偏光仪观察玻璃内应力的变化情况。 当温度达到某一下限时，内应力开始减小，再加 热至温度上限，内应力全部消失。生产钢化玻璃 时，温度必须略超过上限，而后急剧冷却，就好 像钢淬火一样，所以叫做钢化玻璃。钢化玻璃大 大改变了内应力的紧张状态，因而减小了它的脆 性，其机械强度增大。1955年，我国开始生产钢 化玻璃。
• 干扰素是一种抗病毒、抗肿瘤的药物。将人的干 扰素的cDNA在大肠杆菌中进行表达，产生的干 扰素的抗病毒活性为106 U/mg，只相当于天然 产品的十分之一，虽然在大肠杆菌中合成的β-干 扰素量很多，但多数是以无活性的二聚体形式存 在。为什么会这样？如何改变这种状况？研究发 现，β-干扰素蛋白质中有3个半胱氨酸（第17位、 31位和141位），推测可能是有一个或几个半胱 氨酸形成了不正确的二硫键。研究人员将第17位 的半胱氨酸，通过基因定点突变改变成丝氨酸， 结果使大肠杆菌中生产的β-干扰素的抗病性活性 提高到108 U/mg，并且比天然β-干扰素的贮存 稳定性高很多。
前提： 了解蛋白质的结构和功能 原理： 改造基因（基因修饰或基因合成）
目的： 定向改造或制造蛋白质
基因表达流程图
蛋白质工程流程图
1. 从预期的蛋白质功能出发 2. 设计预期的蛋白质结构 3. 推测应有的氨基酸序列 4. 找到相应的脱氧核苷酸序列
活动2 某多肽链的一段氨基酸序列是：
……-丙氨酸-色氨酸-赖氨酸-甲硫氨酸-苯丙氨酸-…… 丙氨酸：GCU、GCC、GCA、GCG 色氨酸：UGG 赖氨酸：AAA、AAG 甲硫氨酸：AUG 苯丙氨酸： UUU、UUC
活动1：如果想让某一个生物的性状在 另外一个生物的身上表达，常用的方法 有哪些？
基因工程成果丰硕
• 植物方面
– 提高植物的抗虫、抗病、抗逆性 – 改良植物的品质
• 动物方面
– 提高动物生长速度 – 改善畜产品的品质 – 用转基因动物生产药物 – 用转基因动物作器官移植的供体
• 研制药物 • 基因治疗
例如：
干扰素（半胱氨酸）
体外很难保存
改造
干扰素（丝氨酸）
体外可以保存半年
玉米中赖氨酸含量比较低
天冬氨酸激酶
改造
（352位的苏氨酸）
玉米中赖氨酸含量可提高数倍 天冬氨酸激酶（异亮氨酸）
二氢吡啶二羧酸合成酶 改造 （104位的天冬酰胺）
二氢吡啶二羧酸合成酶 （异亮氨酸）
蛋白质工程的概念
• 蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律 及其与生物功能的关系作为基础，通过基 因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改 造或制造一种新的蛋白质，以满足人类对 生产和生活的需求。
地了解蛋白质的二维重组和三维晶体结构;
（4）设计各种处理条件，了解蛋白质的结构变化，包 括折叠与去折叠等对其活性与功能的影响；
（5）设计编码该蛋白的基因改造方案，如定点突变；
（6）分离、纯化新蛋白，功能检测后投入实际使用。
（二）蛋白质改造工程举例
1．水蛭素改造
水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特异抑制剂，它有 多种变异体，由65或66个氨基酸残基组成。水蛭素在 临床上可作为抗栓药物用于治疗血栓疾病。为提高水蛭 素活性，在综合各变异体结构特点的基础上提出改造水 蛭素主要变异体HV2的设计方案，将47位的Asn（天冬 酰胺）变成Lys（赖氨酸），使其与分子内第4或第5位 Thr（苏氨酸）间形成氢键来帮助水蛭素N端肽段的正 确取向，从而提高凝血效率，试管试验活性提高4倍， 在动物模型上检验抗血栓形成的效果，提高20倍。
2．生长激素改造
生长激素通过对它特异受体的作用促进细胞和机体 的生长发育，然而它不仅可以结合生长激素受体，还 可以结合许多种不同类型细胞的催乳激素受体，引发 其他生理过程。在治疗过程中为减少副作用，需使人 的重组生长激素只与生长激素受体结合，尽可能减少 与其他激素受体的结合。经研究发现，二者受体结合 区有一部分重叠，但并不完全相同，有可能通过改造 加以区别。由于人的生长激素和催乳激素受体结合需 要锌离子参与作用，而它与生长激素受体结合则无需 锌离子参与，于是考虑取代充当锌离子配基的氨基酸 侧链，如第18和第21位His（组氨酸）和第17位Glu （谷氨酸）。实验结果与预先设想一致，但要开发作 为临床用药还有大量的工作要做。
(1)按化2学、组材成料和的分特类性: 分
水泥、玻璃、陶瓷
高温结构陶瓷、光导纤维
传统无机非金属材料 无机非金属材料
Fe、Cu、A新l、型合无金机等非金属材料
材料 金属材料
高分子材料：塑料、合成橡胶、合成纤维
(2)按用途分
结构材料：利用材料的力学和理、化性质， 广泛应用于机械制造、工程建 设、交通运输等各个工业部门
功能材料：利用材料的热、光、电、磁等性 能用于电子、激光、通讯、能源 和生物工程等许多高新技术领域。
3、生活中的无机非金属 材料
⑴玻璃、水泥、陶瓷
⑵石英钟表
⑶手表上的“19钻”(人造红宝石轴承的数目)
⑷玻璃刀（金刚砂） ⑹彩电（荧光材料）
⑸金刚石钻头
⑺煤气炉中的电子打火 (压电陶瓷) ⑻海底电缆（光导纤维） ⑼电脑的CPU（单晶硅） ⑽隐形飞机（特殊光学材料）
石英钟表
人造宝石
金刚石钻头
压电陶瓷
现代通信用光缆
F—117是一种单座战斗轰炸机，设计目的是凭隐身性能，突破敌火力网， 压制敌方防空系统。摧毁严密防守的指挥所，战略要地，重要工业目标，
可执行侦察任务，具蚀，硬度大，代磨损， 不怕氧化。
• 1.氧化铝陶瓷 • 2.氮化硅陶瓷 • 3.碳化硅陶瓷
性能的陶瓷称为先进陶瓷或精 细陶瓷.
先进陶瓷具有高新 技术内涵,与传统 陶瓷材料相比,它 有如下特点: 1、制造工艺复杂, 为技术,知识密集 型产品. 2、具有特殊性能, 如优异的力学性能, 耐高温性能等,能
满足高新技术产业 的需求.
炭素材料：
炭素材料是一 种古老而又新型 的材料.史前时期 人类已经使用炭 物质,16世纪冶 炼工业出现了用 天然石墨和黏土 制成的耐火坩 埚—人类最早的 炭素制品.但从原 始炭物质到炭素 材料,世界上只有 100多年历史,而 我国仅有30年历 史
想一想
请举出一些你所熟悉的、现代生 产和生活中常见的新型无机非金属 材料的性能和应用。（若有困难， 可上网查找）
光纤工程案例外景：
光导纤维：
光导纤维（二氧化硅）
主要特 性
①抗干扰性能好，不发生辐 射；②通讯质量好；
③质量轻、耐腐蚀
主要用 途
用于通讯外，还用于医疗、 信息处理、遥测遥控等
光导纤维:
高压钠灯:
高压钠灯的外罩是玻璃。里面的灯管是氧化铝陶瓷， 又叫人造刚玉，是一种高温结构陶瓷。高温结构陶瓷 是新型无机非金属材料中的一类。
高压钠灯管
1．灯内温度高达1400 ℃。 2．钠蒸气具有强烈的腐蚀作用。
生活中的无机非金属材料