基因工程的應用

1.培育轉基因抗蟲棉的主要步驟需要哪些工具？2.簡述培育轉基因抗蟲棉的基本過程？思考：限制酶、DNA連接酶、載體1）獲取目的基因2）構建基因表達載體3）將目的基因導入受體細胞4）目的基因的檢測與鑒定獲取目的基因從基因文庫利用PCR化學方法人工合成構建基因表達載體目的基因、啟動子、終止子、標記基因將目的基因導入受體細胞農桿菌轉化法、顯微注射法、鈣離子處理法目的基因的檢測與鑒定檢測：是否插入、轉錄、翻譯鑒定：抗蟲、抗病的接種試驗專題１基因工程轉入熒光素酶蛋白基因發(fā)熒光的煙草藍玫瑰怪物1怪物2怪物3怪物4

植物基因工程碩果累累轉基因工程技術主要用于提高農作物的抗逆能力,以及改良生物的品質和生產藥物等方面.植物基因工程的應用抗蟲轉基因植物抗蟲害玉米一、植物基因工程外源基因類型及舉例成果舉例植物基因工程成果抗蟲轉基因植物抗蟲水稻、抗蟲棉、抗蟲玉米項目類型抗蟲基因：Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因植物基因工程的應用抗病轉基因植物抗病轉基因植物抗病毒番茄抗病毒甜椒未抗病毒番茄未抗病毒甜椒抗病毒轉基因植物抗病毒黃瓜抗病毒小麥不抗病黃瓜不抗病小麥一、植物基因工程外源基因類型及舉例成果舉例植物基因工程成果抗蟲轉基因植物抗蟲基因：Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因抗蟲水稻、抗蟲棉、抗蟲玉米抗病轉基因植物抗病毒煙草、抗病毒小麥、抗病毒番茄、抗除草劑大豆和玉米項目類型抗病毒基因:病毒外殼蛋白基因和病毒的復制酶基因抗真菌基因:幾丁質酶基因植物基因工程的應用抗逆轉基因植物抗逆轉基因植物優(yōu)勢未轉入抗寒基因的番茄轉入抗寒基因的番茄未轉入抗旱基因的煙草轉入抗旱基因的煙草一、植物基因工程外源基因類型及舉例成果舉例植物基因工程成果抗蟲轉基因植物抗蟲基因：Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因抗蟲水稻、抗蟲棉、抗蟲玉米抗病轉基因植物抗病毒基因:病毒外殼蛋白基因和病毒的復制酶基因抗真菌基因:幾丁質酶基因抗病毒煙草、抗病毒小麥、抗病毒甜椒抗逆轉基因植物抗鹽堿和抗干旱的煙草、抗寒番茄、抗除草劑的大豆和玉米項目類型抗逆基因：滲透壓調節(jié)基因、抗凍蛋白基因、抗除草劑基因二、動物基因工程前景廣闊（一）用于提高動物生長速度——動物品種改良、建立生物反應器、器官移植等導入外源生長激素基因給我喝點好嗎？哇，真好喝NO，喝了你會拉肚子的?。ǘ┯糜诟纳菩螽a品的品質將腸乳糖酶基因導入奶?；蚪M，轉基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大減低。乳汁中含人類乳鐵蛋白的轉基因牛，口服可以預防眼睛近視，促進腸胃吸收等功能（荷蘭）乳汁中含有人類生長激素的轉基因牛（阿根廷）（三）用轉基因的動物生產藥物就基因藥物而言，最理想的表達場所——轉基因動物的乳腺。（四）用轉基因動物作為器官轉移供體誰來救救他們？我們來了！轉基因小豬！（四）用轉基因動物作器官移植的供體利用基因工程對豬的器官進行改造方法：將器官供體基因組導入

，以抑制

表達或設法除去

，再結合克隆技術，培育出沒有免疫排斥反應的轉基因克隆豬器官某種調節(jié)因子抗原決定基因抗原決定基因二、動物基因工程外源基因類型及舉例成果舉例動物基因工程成果提高生長速度的轉基因動物外源生長激素基因轉基因綿羊、轉基因鯉魚改善畜產品的轉基因動物腸乳糖酶基因乳汁中含乳糖較少的轉基因牛生產藥物的轉基因動物藥用蛋白基因+乳腺蛋白基因的啟動子轉基因動物具有乳腺生物反應器做器官移植供體的轉基因動物外源抗原決定基因表達的調節(jié)因子或除去供體的抗原決定基因無免疫排斥的轉基因豬利用轉基因工程菌生產藥物藥用蛋白基因與細菌重組通過細菌繁殖得于表達用于生產藥品人工合成胰島素，干擾素充滿創(chuàng)意的轉基因食品葡萄愛上蘋果檸檬香味的西紅柿抗衰老西紅柿補鈣胡蘿卜只有想不到，沒有做不到

轉基因食品

安全嗎?!繼哺乳動物乳腺發(fā)生器研發(fā)成功后，膀胱生物發(fā)生器的研究也取得了一定進展。最近，科學家培養(yǎng)出一種轉基因小鼠，其膀胱上皮細胞可以合成人的生長激素并分泌到尿液中。請回答：（1）將人的生長激素基因導入小鼠受體細胞，常用方法是___________。（2）進行基因轉移時，通常要將外源基因轉入_______中，原因是：具有全能性，可使外源基因在相應的組織細胞中表達（3）通常采用_______________技術檢測外源基因是否插入了小鼠的基因組（4）在研制膀胱生物反應器時，應使外源基因在小鼠的___________________細胞中特異表達。顯微注射法受精卵DNA分子雜交膀胱上皮細胞專題１基因工程如果想讓某一個生物的性狀在另外一個生物的身上表達，常用的方法有哪些？（1）在種內可以用什么方法？

雜交育種

（2）在種間可以用什么方法？基因工程育種

一、蛋白質工程崛起的緣由基因工程的實質：

將一種生物的

轉移到另一種生物體內，后者產生它本不能產的

，進而表現(xiàn)出

?；虻鞍踪|新的性狀

基因工程在原則上只能生產自然界已存在的蛋白質。

這些蛋白質的結構和功能符合特定物種生存的需要，卻不一定完全符合人類生產和生活的需要。

基因工程的局限性：例1：干擾素是由動物體內的效應T細胞產生的一種糖蛋白，幾乎能抵抗所有病毒引起的感染。同時，在治療癌癥方面也有十分可觀的療效。但是，干擾素在體外保存相當困難。

如果將其分子上的一個半胱氨酸變成絲氨酸，在-70oC的條件下，可以保存半年。玉米中賴氨酸的含量比較低。例2：賴氨酸的合成機理：天冬氨酸激酶二氫吡啶二羧酸合成酶前體物質賴氨酸負反饋調節(jié)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）改造天冬氨酸激酶（異亮氨酸）二氫吡啶二羧酸合成酶（異亮氨酸）在已研究過的幾千種酶中，只有極少數(shù)可以應用于工業(yè)生產，絕大多數(shù)酶都不能應用于工業(yè)生產，這些酶雖然在自然狀態(tài)下有活性，但在工業(yè)生產中沒有活性或活性很低。這是因為工業(yè)生產中每一步的反應體系中常常會有酸、堿或有機溶劑存在，反應溫度較高，在這種條件下，大多數(shù)酶會很快變性失活。

目前科學家嘗試通過對蛋白質結構的改造，來延長酶的半衰期，提高酶的熱穩(wěn)定性，延長藥用蛋白的保存期，抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性喪失等，取得了一定的進展。例3：延長干擾素的體外保存時間提高玉米中賴氨酸的含量提高工業(yè)生產中蛋白質類酶的穩(wěn)定性這些在科學研究和工業(yè)生產中亟待解決的難題均無法通過基因工程來完成。于是新一輪的探索拉開了序幕，人們開始著眼于對現(xiàn)有蛋白質的改造，以及制造目前從天然蛋白質中找不到的蛋白質。就這樣，蛋白質工程應運而生，并迅速崛起。二、蛋白質工程的基本原理1、基因工程的基本原理中心法則告訴我們遺傳信息的流動方向如圖：結論：蛋白質的功能是由蛋白質的_____決定的，蛋白質的結構是由_____________決定的。結構DNA（基因）3、蛋白質工程流程從預期的蛋白質功能出發(fā)設計預期的蛋白質結構推測應有的氨基酸序列找到相應的脫氧核苷酸序列（基因）總結：蛋白質工程的概念

蛋白質工程是指以蛋白質分子的________及其與_______的關系作為基礎，通過_________或________，對現(xiàn)有蛋白質進行____，或制造一種___________

，以滿足生產和生活的需求。結構規(guī)律生物功能基因修飾基因合成改造新的蛋白質異想天開

能不能根據人類需要的蛋白質的結構，設計相應的基因，導入合適的細菌中，讓細菌生產人類所需要的蛋白質食品呢？理論上是可行的，但目前還沒有真正成功的例子。三、蛋白質工程的進展和前景1、蛋白質工程的進展：（1）對胰島素的改造

天然胰島素制劑在儲存中易形成二聚體和六聚體，延緩胰島素從注射部位進入血液，從而延緩了其降血糖作用，也增加了抗原性，這是胰島素B23-B28氨基酸殘基結構所致。利用蛋白質工程技術改變這些殘基，則可降低其聚合作用，使胰島素快速起作用。該速效胰島素已通過臨床實驗。（2）對水蛭素的改造水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特異抑制劑，它有多種變異體，由65或66個氨基酸殘基組成。水蛭素在臨床上可作為抗栓藥物用于治療血栓疾病。為提高水蛭素活性，在綜合各變異體結構特點的基礎上提出改造水蛭素主要變異體HV2的設計方案，將47位的Asn（天冬酰胺）變成Lys（賴氨酸），使其與分子內第4或第5位Thr（蘇氨酸）間形成氫鍵來幫助水蛭素N端肽鏈的正確取向，從而提高抗凝血效率，試管試驗活性提高4倍，在動物模型上檢驗抗血栓形成的效果，提高20倍。（3）對生長激素的改造生長激素通過對它特異受體的作用促進細胞和機體的生長發(fā)育，然而它不僅可以結合生長激素受體，還可以結合許多種不同類型細胞的催乳激素受體，引發(fā)其他生理過程。在治療過程中為減少副作用，需使人的重組生長激素只與生長激素受體結合，盡可能減少與其他激素受體的結合。經研究發(fā)現(xiàn)，二者受體結合區(qū)有一部分重疊，但并不完全相同，有可能通過改造加以區(qū)別。由于人的生長激素和催乳激素受體結合需要鋅離子參與作用，而它與生長激素受體結合則無需鋅離子參與，于是考慮取代充當鋅離子配基的氨基酸側鏈，如第18和第21位His（組氨酸）和第17位Glu（谷氨酸）。實驗結果與預先設想一致，但要開發(fā)作為臨床用藥還有大量的工作要做。（4）應用于微電子方面生物和材料科學家正積極探索將蛋白質工程應用于微電子方面。用蛋白質工程方法制成的電子元件，具有體積小、耗電少和效率高的特點，因此有極為廣闊的發(fā)展前景。2、蛋白質工程的現(xiàn)狀

蛋白質工程目前的現(xiàn)狀：成功的例子不多，主要是因為蛋白質發(fā)揮其