《基因工程的發(fā)展前景》課件(浙科版選修3)資料

1、第四節(jié) 基因工程的發(fā)展前景基因工程的發(fā)展前景一、基因工程的應用一、基因工程的應用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、發(fā)育生物學、神經(jīng)生物學、人類基因組科學、發(fā)育生物學、神經(jīng)生物學二、科學家在基因工程方面的最新嘗試二、科學家在基因工程方面的最新嘗試光合作用光合作用（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

2、通過基因工程來實現(xiàn)提高光）以上哪些可通過基因工程來實現(xiàn)提高光合效率？合效率？二、科學家在基因工程方面的最新嘗試二、科學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底物加氧反應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或與氧氣的氧化反應。的

3、羧化反應或與氧氣的氧化反應。二、科學家在基因工程方面的最新嘗試二、科學家在基因工程方面的最新嘗試2、生物固氮、生物固氮（2）生物固氮由哪些生物來完成？）生物固氮由哪些生物來完成？（1）氮元素在植物細胞中有何作用？）氮元素在植物細胞中有何作用？（3）生物固氮有何意義？）生物固氮有何意義？（4）如何應用基因工程讓非豆科植物能固氮？）如何應用基因工程讓非豆科植物能固氮？（5）為什么科學家尚未培育出有固氮能力的豆科）為什么科學家尚未培育出有固氮能力的豆科植物？植物？1)、氮是構(gòu)成、氮是構(gòu)成蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)的主要成分，的主要成分，2)、等都含有氮等都含有氮 所以氮為所以氮為基本生命元素基本生命元素，必須不斷

4、補充必須不斷補充主要是主要是無機態(tài)氮無機態(tài)氮，即，即銨態(tài)氮銨態(tài)氮和和硝態(tài)氮硝態(tài)氮，也可，也可以吸收利用以吸收利用有機態(tài)氮有機態(tài)氮，如，如尿素尿素等。等。 根瘤菌：根瘤菌：原核原核單細胞單細胞代謝類型是代謝類型是異養(yǎng)需氧型異養(yǎng)需氧型侵入豆科作物根部后侵入豆科作物根部后不斷繁殖可刺激根薄壁細胞分裂、不斷繁殖可刺激根薄壁細胞分裂、組織膨大成組織膨大成根瘤根瘤二、科學家在基因工程方面的最新嘗試二、科學家在基因工程方面的最新嘗試3、生物反應器、生物反應器（1）什么是生物反應器？）什么是生物反應器？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

5、些成就？ 如荷蘭的如荷蘭的GenPharm公司用公司用轉(zhuǎn)基因牛生產(chǎn)乳鐵蛋轉(zhuǎn)基因牛生產(chǎn)乳鐵蛋白，預計每年從牛奶白，預計每年從牛奶生產(chǎn)出來營養(yǎng)奶粉的生產(chǎn)出來營養(yǎng)奶粉的銷售額是銷售額是50億美元。億美元。二、科學家在基因工程方面的最新嘗試二、科學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)進行改造，以便獲得具有行改造，以便獲得具有理想理想生物學生物學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

6、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)應用應用現(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用已被廣泛應用二、科學家在基因工程方面的最新嘗試二、科學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）（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

7、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1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）

8、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。2、干擾素干擾素是一種抗病毒、抗腫瘤的藥物。將人的干擾是一種抗病毒、抗腫瘤的藥物。將人的干擾素的素的cDNA在大腸桿菌中進行表達，產(chǎn)生的干擾素的抗病在大腸桿菌中進行表達，產(chǎn)生的干擾素的抗病毒活性為毒活性為106 U/mg，只相當于天然產(chǎn)品的十分之一

9、，雖，只相當于天然產(chǎn)品的十分之一，雖然在大腸桿菌中合成的然在大腸桿菌中合成的-干擾素量很多，但多數(shù)是以無活干擾素量很多，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？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)，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位的半胱氨酸，通位的半胱氨酸，通過過基因定點突變基因定點突變改變成絲氨酸，結(jié)果使大腸桿菌中生產(chǎn)的改變成絲氨酸，結(jié)果使大腸桿菌中生產(chǎn)的-干擾素的抗病性活性提高到干擾素的抗病性活性提高到108 U/mg，并且比天然，并且比天然-干擾素的貯存干擾素的貯存穩(wěn)定性高穩(wěn)定性高很多。很多。三、基因工程的未來三、基因工程的未來解決人類的