專題13《基因工程的應(yīng)用》課件

1、基因工程的應(yīng)用 基因工程自20世紀(jì)70年代興起后，在短短的30年間，得到了飛速的發(fā)展，目前已成為生物科學(xué)的核心技術(shù)。應(yīng)用領(lǐng)域農(nóng)牧業(yè)、工業(yè)、環(huán)境、能源和醫(yī)藥衛(wèi)生等?；蚬こ痰膽?yīng)用植物基因工程碩果累累動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)、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、植物凝聚素基因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

2、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.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，殺死田間雜草而不損傷作物。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

3、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) 延長果實的儲藏期 乙烯是催熟果實的一種激素，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)基因植物的果實既保持了原有的品質(zhì)，又延長了儲藏期。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 將控制番茄果實成熟的基因?qū)敕眩@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?/p>

4、矮牽牛中，轉(zhuǎn)基因矮牽牛呈現(xiàn)出自然界沒有的顏色變異。動物基因工程前景廣闊（重點 理解）1、用于提高動物的生長速度轉(zhuǎn)基因鯉魚（上）和同齡的鯉魚（下） A 基因：外援生長激素基因B成果: 轉(zhuǎn)基因鯉魚、 轉(zhuǎn)基因綿羊。動物基因工程前景廣闊3、用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物動物乳腺生物反應(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子B成果:乳腺生物反應(yīng)器動物基因工程前景廣闊3、用轉(zhuǎn)基因動物生產(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發(fā)育4、轉(zhuǎn)基因動物進(jìn)入泌乳期后，提取乳汁注意：只有雌性轉(zhuǎn)基因個體才能生產(chǎn)藥物

5、。動物基因工程前景廣闊4、用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體可長人耳的裸鼠 動物基因工程前景廣闊4、用轉(zhuǎn)基因動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。動物基因工程前景廣闊5、各式各樣的轉(zhuǎn)基因動物基因工程藥品異軍突起（重點 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。胰島素從豬、牛等動物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的

6、胰島素，其產(chǎn)量之低和價格之高可想而知。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！使其價格降低了30%-50%!基因工程藥品 胰島素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熱點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。1 基因治療： 是

7、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 應(yīng)用）基因治療曙光初照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，美國科學(xué)家在體外做了試驗，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

8、表明，用基因替換的方法治療這種遺傳病是可能的?；蛑委熓锕獬跽沼糜诨蛑委煹幕蚍N類1。用正常基因代替缺陷基因，或依靠其表達(dá)產(chǎn)物來彌補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，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。蛋白質(zhì)工程的崛起干擾素是動物體內(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半胱氨酸變成絲氨酸，那么在-70的條件下，可以保存半年。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

9、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)和生活的需要二、蛋白質(zhì)工程的基本原理 對天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，你認(rèn)為應(yīng)該直接對蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作，還是通過對基因的操作來實現(xiàn)？1、目標(biāo)： 根據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的特定需求，對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計。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)過高級空間結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變2、蛋白質(zhì)工程的原理：基因改造3、

10、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。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?請把相應(yīng)的堿基序列寫出來。 2確定目的基因的堿基序列后，怎樣才能合成或改造目的基因(DNA)?蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展與前景蛋白質(zhì)工程目前的現(xiàn)狀：成功的例子不多，主要是因為蛋白質(zhì)發(fā)揮其功能需要依賴于正確的空間結(jié)構(gòu)，而科學(xué)家目前對大多數(shù)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)了解很少。 蛋白質(zhì)工程與基因工程相比,合成的蛋白質(zhì)有何特點? 1、改造酶的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用自然酶與工業(yè)用酶有什么區(qū)別?自然酶工業(yè)用酶在常溫常壓中性環(huán)境下起催化作用在高溫、酸或堿性環(huán)境下起催化作用蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用鼠源雜交瘤抗體