選修三基因工程的應(yīng)用

選修三基因工程的應(yīng)用基因工程的應(yīng)用植物基因工程碩果累累動(dòng)物基因工程前景廣闊基因工程藥物異軍突起基因治療曙光初照第2頁,共43頁，2024年2月25日，星期天植物基因工程碩果累累1、抗蟲轉(zhuǎn)基因植物轉(zhuǎn)基因抗蟲植物：棉花、玉米、馬鈴薯、番茄、大豆、蠶豆、煙草、蘋果、核桃、楊、菊花等。用于殺蟲的基因主要有：★Bt毒蛋白基因(重點(diǎn))、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、植物凝聚素基因第3頁,共43頁，2024年2月25日，星期天植物基因工程碩果累累1、抗蟲轉(zhuǎn)基因植物A方法：從某些生物中分離出具

的基因，將其導(dǎo)入作物中，使其具有抗蟲性。有殺蟲活性B殺蟲基因種類：Bt毒蛋白基因

C成果：抗蟲棉、抗蟲水稻等。D意義：少農(nóng)藥、低成本、少污染.第4頁,共43頁，2024年2月25日，星期天植物基因工程碩果累累2、抗病轉(zhuǎn)基因植物轉(zhuǎn)基因抗病植物：小麥、甜椒、番茄。殺蟲的基因主要：★病毒外殼蛋白質(zhì)基因（最常用）、病毒復(fù)制酶（這些基因的轉(zhuǎn)化植物表現(xiàn)出對(duì)同種病毒或相近病毒或病毒RNA侵染的高水平抗性

）幾丁質(zhì)酶基因、抗毒素合成基因抗CMV甜椒第5頁,共43頁，2024年2月25日，星期天植物基因工程碩果累累2、抗病轉(zhuǎn)基因植物A病原微生物：主要有病毒、真菌、細(xì)菌。B方法：將導(dǎo)入植物中使其具有抗病特性抗病基因C種類：病毒外殼蛋白基因D成果：抗煙草花葉病毒的轉(zhuǎn)基因煙草、抗病毒的轉(zhuǎn)基因小麥。第6頁,共43頁，2024年2月25日，星期天植物基因工程碩果累累3、抗逆轉(zhuǎn)基因植物例如，將魚的抗凍蛋白基因?qū)藷煵莺头?，使煙草和番茄的耐寒能力均有提高。此外，將抗除草劑基因?qū)舜蠖?、玉米等作物，噴灑除草劑時(shí)，殺死田間雜草而不損傷作物。第7頁,共43頁，2024年2月25日，星期天植物基因工程碩果累累3、抗逆轉(zhuǎn)基因植物A方法：將導(dǎo)入植物，獲抗逆性作物?？鼓婊駼基因種類：抗除草劑基因、抗凍蛋白基因、調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓基因。C成果：抗除草劑玉米、耐寒番茄、抗鹽抗旱煙草第8頁,共43頁，2024年2月25日，星期天植物基因工程碩果累累4、利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)提高植物的光合作用效率

改造光合作用中起關(guān)鍵作用的CO2固定酶，能提高植物對(duì)CO2的固定效率；還可以通過增強(qiáng)植物對(duì)光能吸收與轉(zhuǎn)化的功能來提高光合作用效率，提高作物的產(chǎn)量。第9頁,共43頁，2024年2月25日，星期天植物基因工程碩果累累4、利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)延長(zhǎng)果實(shí)的儲(chǔ)藏期乙烯是催熟果實(shí)的一種激素，在其形成過程中需要乙烯形成酶。通過基因工程可以獲得能抑制乙烯形成酶基因表達(dá)的植物新品種，這些轉(zhuǎn)基因植物的果實(shí)既保持了原有的品質(zhì)，又延長(zhǎng)了儲(chǔ)藏期。第10頁,共43頁，2024年2月25日，星期天植物基因工程碩果累累4、利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)A將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因，導(dǎo)入植物中，提高氨基酸的含量。富含賴氨酸的轉(zhuǎn)基因玉米

B將控制番茄果實(shí)成熟的基因?qū)敕?，獲得轉(zhuǎn)基因延熟番茄。C將與植物花青素代謝有關(guān)的基因?qū)牖ɑ苤参锇珷颗Ｖ?，轉(zhuǎn)基因矮牽牛呈現(xiàn)出自然界沒有的顏色變異。第11頁,共43頁，2024年2月25日，星期天動(dòng)物基因工程前景廣闊（重點(diǎn)理解）1、用于提高動(dòng)物的生長(zhǎng)速度轉(zhuǎn)基因鯉魚（上）和同齡的鯉魚（下）A基因：外援生長(zhǎng)激素基因B成果:轉(zhuǎn)基因鯉魚、轉(zhuǎn)基因綿羊。第12頁,共43頁，2024年2月25日，星期天動(dòng)物基因工程前景廣闊2、用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)

A病癥：有些人對(duì)牛奶中的乳糖不能完全消化或食用后會(huì)出現(xiàn)過敏、腹瀉、惡心等不適癥狀B優(yōu)良基因：腸乳糖酶基因C方法：腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M，獲得轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁，其中乳糖的含量大大減低。乳糖乳糖酶半乳糖第13頁,共43頁，2024年2月25日，星期天動(dòng)物基因工程前景廣闊3、用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)藥物動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器技術(shù)基本成熟A基因來源：藥用蛋白基因＋乳腺蛋白基因的啟動(dòng)子B成果:乳腺生物反應(yīng)器第14頁,共43頁，2024年2月25日，星期天動(dòng)物基因工程前景廣闊3、用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)藥物C操作過程：1、構(gòu)建基因表達(dá)載體（在血清白蛋白基因前加乳腺蛋白基因的啟動(dòng)子）2、用顯微注射法導(dǎo)入到受精卵3、將受精卵送入母體生長(zhǎng)發(fā)育4、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物進(jìn)入泌乳期后，提取乳汁注意：只有雌性轉(zhuǎn)基因個(gè)體才能生產(chǎn)藥物。第15頁,共43頁，2024年2月25日，星期天★為什么乳腺能成為基因藥物最理想的表達(dá)場(chǎng)所呢？⑴乳腺是一個(gè)外分泌器官，乳汁不進(jìn)入體內(nèi)循環(huán)，不會(huì)影響轉(zhuǎn)基因動(dòng)物本身的生理代謝反應(yīng)。⑵從乳汁中獲取目的基因產(chǎn)物，產(chǎn)量高，易提純，表達(dá)的蛋白質(zhì)已經(jīng)過充分的修飾加工，具有穩(wěn)定的生物活性。⑶從乳汁中源源不斷獲得目的基因的產(chǎn)物的同時(shí)，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物又可無限繁殖。

★優(yōu)點(diǎn)：產(chǎn)量高、質(zhì)量好、成本低、易提取第16頁,共43頁，2024年2月25日，星期天動(dòng)物基因工程前景廣闊4、用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作器官移植的供體可長(zhǎng)人耳的裸鼠第17頁,共43頁，2024年2月25日，星期天動(dòng)物基因工程前景廣闊4、用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作器官移植的供體A供體：抑制或除去抗原決定基因B成果（預(yù)期）：結(jié)合克隆技術(shù)培育出沒有免疫排斥的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官C方法：將器官供體基因組導(dǎo)入某種調(diào)節(jié)因子，以抑制抗原決定基因的表達(dá)，或設(shè)法除去抗原決定因，再結(jié)合克隆技術(shù)，培育畜沒有免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官。第18頁,共43頁，2024年2月25日，星期天動(dòng)物基因工程前景廣闊5、各式各樣的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物第19頁,共43頁，2024年2月25日，星期天基因工程藥品異軍突起（重點(diǎn)理解）1方式：利用轉(zhuǎn)基因工程菌來生產(chǎn)藥品。2成果：利用工程菌可生產(chǎn)細(xì)胞因子、抗體、疫

苗、激素等。第20頁,共43頁，2024年2月25日，星期天胰島素從豬、牛等動(dòng)物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰島素，其產(chǎn)量之低和價(jià)格之高可想而知。將合成的胰島素基因?qū)氪竽c桿菌，每2000L培養(yǎng)液就能產(chǎn)生100g胰島素！使其價(jià)格降低了30%-50%!基因工程藥品——胰島素第21頁,共43頁，2024年2月25日，星期天2DNA質(zhì)粒細(xì)菌細(xì)胞DNA人體細(xì)胞胰島素基因限制酶限制酶胰島素利用生物工程獲得胰島素1第22頁,共43頁，2024年2月25日，星期天從人血中提取干擾素，300L血才提取1mg！通過基因工程的方式創(chuàng)造了能合成人干擾素的大腸桿菌，每1Kg的培養(yǎng)液可提取20—40mg干擾素人造血液及其生產(chǎn)基因工程藥品——干擾素第23頁,共43頁，2024年2月25日，星期天熱點(diǎn)論壇利用微生物生產(chǎn)藥物的優(yōu)越性何在?所謂利用微生物生產(chǎn)蛋白質(zhì)類藥物，是指將人們需要的某種蛋白質(zhì)的編碼基因，構(gòu)建成表達(dá)載體后導(dǎo)入微生物，然后利用微生物發(fā)酵來生產(chǎn)蛋白質(zhì)類藥物。與傳統(tǒng)的制藥相比有以下優(yōu)越性：（1）利用活細(xì)胞作為表達(dá)系統(tǒng)，表達(dá)效率高。（2）可以解決傳統(tǒng)制藥中原料來源的不足。（3）降低生產(chǎn)成本，減少生產(chǎn)人員和管理人員。第24頁,共43頁，2024年2月25日，星期天1基因治療：是指是把健康的外源基因?qū)胗谢蛉毕莸募?xì)胞中，達(dá)到治療疾病的目的。（重要）

2方法：A體外基因治療先從病人體內(nèi)獲得某種細(xì)胞，進(jìn)行培養(yǎng)，然后，在體外完成基因轉(zhuǎn)移，再篩選成功轉(zhuǎn)移的細(xì)胞擴(kuò)增培養(yǎng)，最后重新輸入患者體內(nèi)。（效果較為可靠）B體內(nèi)基因治療直接向人體組織細(xì)胞中轉(zhuǎn)移基因的治病方法基因治療曙光初照（重點(diǎn)應(yīng)用）第25頁,共43頁，2024年2月25日，星期天重癥聯(lián)合免疫缺陷（SCID）患者缺乏正常的人體免疫功能，只要稍被細(xì)菌或者病毒感染，就會(huì)發(fā)病死亡。這個(gè)病的機(jī)理是細(xì)胞的一個(gè)常染色體上編碼腺苷酸脫氨酶（簡(jiǎn)稱ADA）的基因（ada）發(fā)生了突變?？梢酝ㄟ^基因工程的方法治療。SCID患者生存在無菌環(huán)境中基因治療曙光初照第26頁,共43頁，2024年2月25日，星期天基因治療曙光初照第27頁,共43頁，2024年2月25日，星期天3例如：患半乳糖血癥的患者，由于細(xì)胞內(nèi)半乳糖苷轉(zhuǎn)移酶基因缺陷而缺少半乳糖苷轉(zhuǎn)移酶，使過多的半乳糖在體內(nèi)積聚，引起肝、腦等功能受損。1971年，美國(guó)科學(xué)家在體外做了試驗(yàn)，用帶有半乳糖苷轉(zhuǎn)移酶基因的噬菌體侵染患者的離體組織細(xì)胞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些組織細(xì)胞能夠利用半乳糖了。這表明，用基因替換的方法治療這種遺傳病是可能的。基因治療曙光初照第28頁,共43頁，2024年2月25日，星期天用于基因治療的基因種類1。用正?；虼嫒毕莼?，或依靠其表達(dá)產(chǎn)物來彌補(bǔ)病變基因帶來的缺陷。如血友病、地中海貧血病的治療。2。反義基因。用mRNA分子與病變的mRNA分子進(jìn)行互補(bǔ)，阻斷蛋白質(zhì)的合成。3。自殺基因。編碼可殺死癌變細(xì)胞的蛋白酶基因。第29頁,共43頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)工程的崛起第30頁,共43頁，2024年2月25日，星期天干擾素是動(dòng)物體內(nèi)的一種蛋白質(zhì)，可以用于治療病毒的感染和癌癥，但在體外保存相當(dāng)困難。如果將其分子上的一個(gè)半胱氨酸變成絲氨酸，那么在-70℃的條件下，可以保存半年。第31頁,共43頁，2024年2月25日，星期天一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由例如：改造干擾素（半胱氨酸）體外很難保存干擾素（絲氨酸）體外可以保存半年玉米中賴氨酸含量比較低天冬氨酸激酶（352位的蘇氨酸）二氫吡啶二羧酸合成酶（104位的天冬酰胺）改造改造天冬氨酸激酶（異亮氨酸）二氫吡啶二羧酸合成酶（異亮氨酸）玉米中賴氨酸含量可提高數(shù)倍滿足人類生產(chǎn)和生活的需要滿足人類生產(chǎn)和生活的需要滿足人類生產(chǎn)和生活的需要第32頁,共43頁，2024年2月25日，星期天二、蛋白質(zhì)工程的基本原理對(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，你認(rèn)為應(yīng)該直接對(duì)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作，還是通過對(duì)基因的操作來實(shí)現(xiàn)？1、目標(biāo)：根據(jù)人們對(duì)蛋白質(zhì)功能的特定需求，對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計(jì)。第33頁,共43頁，2024年2月25日，星期天逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄DNARNA翻譯肽鏈復(fù)制復(fù)制折疊等具有空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)表達(dá)生物特有的功能或性狀天然蛋白質(zhì)的合成過程遵循中心法則，并需經(jīng)過高級(jí)空間結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變第34頁,共43頁，2024年2月25日，星期天2、蛋白質(zhì)工程的原理：基因改造3、基本途徑：基因DNA氨基酸序列多肽鏈蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)預(yù)期蛋白質(zhì)功能分子設(shè)計(jì)mRNA翻譯氨基酸序列多肽鏈DNA

合成轉(zhuǎn)錄折疊蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)生物

功能第35頁,共43頁，2024年2月25日，星期天4、概念：

蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過基因修飾或基因合成，對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的生生產(chǎn)和生活的需求。蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上，延伸出來的第二代基因工程。第36頁,共43頁，2024年2月25日，星期天討論某多肽鏈的一段氨基酸序列是：……—丙氨酸—色氨酸—賴氨酸—甲硫氨酸—苯丙氨酸—……

討論：

1．怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸序列?請(qǐng)把相