第4節(jié) 基因工程的發(fā)展前景

1、 基因工程的應(yīng)用基因工程的應(yīng)用1、動植物的遺傳育種、動植物的遺傳育種2、疾病防治、疾病防治3、生態(tài)環(huán)境保護、生態(tài)環(huán)境保護4、光合作用和生物固氮、光合作用和生物固氮5、蛋白質(zhì)工程、蛋白質(zhì)工程6、人類基因組科學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)、人類基因組科學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)一、科學(xué)家在基因工程方面的最新嘗試一、科學(xué)家在基因工程方面的最新嘗試1、光合作用、光合作用（1）什么是光合作用？）什么是光合作用？（2）如何提高光合效率？）如何提高光合效率？內(nèi)因：內(nèi)因：外因：外因：色素、酶色素、酶光照、二氧化碳、礦質(zhì)元素、水光照、二氧化碳、礦質(zhì)元素、水（3）以上哪些可通過基因工程來實現(xiàn)提高光）以上哪些可通過基因

2、工程來實現(xiàn)提高光合效率？合效率？二、科學(xué)家在基因工程方面的最新嘗試二、科學(xué)家在基因工程方面的最新嘗試1、光合作用、光合作用二磷酸核酮糖羧化酶二磷酸核酮糖羧化酶功能；功能；改造方向：改造方向：結(jié)果：結(jié)果：通過羧化作用通過羧化作用固定固定二氧化碳，二氧化碳，催化催化底物加氧反應(yīng)底物加氧反應(yīng)提高該酶的羧化酶活性提高該酶的羧化酶活性降低其加氧酶活性降低其加氧酶活性提高植物對二氧化碳的固定速率提高植物對二氧化碳的固定速率二磷酸核酮糖二磷酸核酮糖羧化酶羧化酶/加氧酶加氧酶可以催化可以催化二磷酸核酮糖二磷酸核酮糖與二氧化碳與二氧化碳的羧化反應(yīng)或與氧氣的氧化反應(yīng)。的羧化反應(yīng)或與氧氣的氧化反應(yīng)。二、科學(xué)家在基因

3、工程方面的最新嘗試二、科學(xué)家在基因工程方面的最新嘗試2、生物固氮、生物固氮二、科學(xué)家在基因工程方面的最新嘗試二、科學(xué)家在基因工程方面的最新嘗試3、生物反應(yīng)器、生物反應(yīng)器（1）什么是生物反應(yīng)器？）什么是生物反應(yīng)器？用來生產(chǎn)用來生產(chǎn)蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)藥物（包括疫苗）的藥物（包括疫苗）的動植物動植物（2）已獲得哪些成就？）已獲得哪些成就？二、科學(xué)家在基因工程方面的最新嘗試二、科學(xué)家在基因工程方面的最新嘗試4、蛋白質(zhì)工程（、蛋白質(zhì)工程（第二代基因工程第二代基因工程）（1）定義：）定義：（2）蛋白質(zhì)工程與基因工程的異同）蛋白質(zhì)工程與基因工程的異同利用利用基因工程技術(shù)基因工程技術(shù)對天然蛋白質(zhì)進對天然蛋白質(zhì)進行改

4、造，以便獲得具有行改造，以便獲得具有理想理想生物學(xué)生物學(xué)功能的功能的蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)相同點：相同點：不同點：不同點：兩者都是兩者都是分子水平分子水平的操作的操作項目項目蛋白質(zhì)工程蛋白質(zhì)工程 基因工程基因工程蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)實質(zhì)實質(zhì)應(yīng)用應(yīng)用現(xiàn)狀現(xiàn)狀合成自然界合成自然界不不存在存在的蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)天然存在天然存在的蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)改造基因改造基因目的基因?qū)胧荏w目的基因?qū)胧荏w細胞并表達細胞并表達對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行改造，對創(chuàng)造行改造，對創(chuàng)造新的蛋白質(zhì)還未新的蛋白質(zhì)還未成功成功已被廣泛應(yīng)用已被廣泛應(yīng)用二、科學(xué)家在基因工程方面的最新嘗試二、科學(xué)家在基因工程方面的最新嘗試4、蛋白質(zhì)工程（、蛋白質(zhì)工程（

5、第二代基因工程第二代基因工程）（3）優(yōu)點：）優(yōu)點：（4）實例：）實例：提高蛋白質(zhì)的提高蛋白質(zhì)的活性活性、穩(wěn)定性穩(wěn)定性、產(chǎn)率產(chǎn)率提高提高T4溶菌酶的熱穩(wěn)定性溶菌酶的熱穩(wěn)定性點突變點突變異亮氨酸異亮氨酸半胱氨酸半胱氨酸二硫鍵二硫鍵水蛭素改造水蛭素改造水蛭素是水蛭唾液腺分泌的水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特異抑制劑凝血酶特異抑制劑，它有多種變異體，由它有多種變異體，由65或或66個氨基酸殘基組成。個氨基酸殘基組成。水蛭素在臨床上可作為抗栓藥物用于水蛭素在臨床上可作為抗栓藥物用于治療血栓疾治療血栓疾病病。為提高水蛭素活性，在綜合各變異體結(jié)構(gòu)特。為提高水蛭素活性，在綜合各變異體結(jié)構(gòu)特點的基礎(chǔ)上提出改造水

6、蛭素主要變異體點的基礎(chǔ)上提出改造水蛭素主要變異體HV2的設(shè)計的設(shè)計方案，將方案，將47位的位的Asn（天冬酰胺）變成天冬酰胺）變成Lys（賴氨賴氨酸），使其與分子內(nèi)第酸），使其與分子內(nèi)第4或第或第5位位Thr（蘇氨酸）間蘇氨酸）間形成氫鍵形成氫鍵來幫助水蛭素來幫助水蛭素N端肽段的正確取向，從而端肽段的正確取向，從而提高凝血效率，試管試驗活性提高提高凝血效率，試管試驗活性提高4倍，在動物模倍，在動物模型上檢驗抗血栓形成的效果，提高型上檢驗抗血栓形成的效果，提高20倍。倍。干擾素干擾素是一種抗病毒、抗腫瘤的藥物。將人的是一種抗病毒、抗腫瘤的藥物。將人的干擾素的干擾素的cDNA在大腸桿菌中進行表達，

7、產(chǎn)生的干在大腸桿菌中進行表達，產(chǎn)生的干擾素的抗病毒活性為擾素的抗病毒活性為106 U/mg，只相當(dāng)于天然產(chǎn)只相當(dāng)于天然產(chǎn)品的十分之一，雖然在大腸桿菌中合成的品的十分之一，雖然在大腸桿菌中合成的-干擾素干擾素量很多，但多數(shù)是以無活性的二聚體形式存在。量很多，但多數(shù)是以無活性的二聚體形式存在。為什么會這樣？如何改變這種狀況？研究發(fā)現(xiàn)，為什么會這樣？如何改變這種狀況？研究發(fā)現(xiàn)，-干擾素蛋白質(zhì)中有干擾素蛋白質(zhì)中有3個半胱氨酸（第個半胱氨酸（第17位、位、31位和位和141位），推測可能是有一個或幾個半胱氨酸形成位），推測可能是有一個或幾個半胱氨酸形成了不正確的二硫鍵。研究人員將第了不正確的二硫鍵。研究人員將第17位的半胱氨位的半胱氨酸，通過酸，通過基因定點突變基因定點突變改變成絲氨酸，結(jié)果使大改