和基因工程的应用和蛋白质工程的崛起

和基因工程的应用和蛋白质工程的崛起第一页，共四十六页，编辑于2023年，星期五基因工程的应用领域农牧业工业环境能源医药第二页，共四十六页，编辑于2023年，星期五一、植物基因工程硕果累累1、转基因植物工程技术主要应用哪些方面？2、转基因植物工程的成果有哪些？所需要的目的基因有哪些？3、以转基因抗虫棉为例，描述转基因植物的操作过程。4、试比较使用农药和使用抗虫棉提高产量的优缺点。5、展开想象，谈谈你认为转基因工程技术在植物方面的应用前景。阅读思考第三页，共四十六页，编辑于2023年，星期五①提高农作物的抗逆性；②改良农作物的品质；③利用植物生产药物等方面。第四页，共四十六页，编辑于2023年，星期五第五页，共四十六页，编辑于2023年，星期五转基因植物成果可用的目的基因抗虫植物抗虫棉抗虫水稻等抗病植物抗病小麦抗真菌烟草抗逆植物抗寒番茄抗盐碱水稻抗除草剂大豆改良品质延熟番茄转基因牵牛花富含赖氨酸的玉米生产药物药物蛋白烟草Bt毒蛋白基因蛋白酶抑制剂基因淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因几丁质酶基因和抗毒素合成基因抗冻蛋白基因可调节渗透压基因抗除草剂基因控制番茄成熟的基因与花青素代谢有关的基因富含氨基酸的蛋白质编码基因药物蛋白基因第六页，共四十六页，编辑于2023年，星期五转基因抗虫棉的过程：苏云金杆菌细菌Bt毒蛋白基因质粒同种限制酶构建表达载体DNA连接酶导入棉花受体细胞花粉管通道法检测与鉴定抗虫棉第七页，共四十六页，编辑于2023年，星期五第八页，共四十六页，编辑于2023年，星期五

抗虫转基因植物传统农作物抗虫措施：使用农药缺点：污染环境、损害人类健康、加大生产成本新型抗虫方法：培育转基因抗虫作物用于杀虫的主要基因：Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因。实例：我国培育的转基因抗虫棉第九页，共四十六页，编辑于2023年，星期五抗虫棉与普通棉花的对比普通棉花抗虫棉第十页，共四十六页，编辑于2023年，星期五

抗病转基因植物植物病原微生物：病毒、真菌、细菌常用的植物抗病基因抗病毒：病毒蛋白外壳基因、病毒复制酶基因抗真菌：几丁质酶基因、抗毒素合成基因实例：抗烟草花叶病毒的转基因烟草抗病毒的转基因甜椒、小麦、番茄第十一页，共四十六页，编辑于2023年，星期五

其他抗逆转基因植物转基因抗盐碱耐干旱中天杨转基因耐干旱园林彩叶新品种第十二页，共四十六页，编辑于2023年，星期五

利用转基因改良植物的品质增强光合作用的转基因烟草

转基因果蔬第十三页，共四十六页，编辑于2023年，星期五美国加州基因公司利用他们获得专利的生物基因技术，将西红柿中引起腐烂的基因加以复制之后，再重新以颠倒的方向注回西红柿，因而中止了西红柿内腐烂过程。

第十四页，共四十六页，编辑于2023年，星期五可清洁被污染的军事基地的转基因烟草能够产生狂犬病抗体的转基因烟草

转基因植物在制药、环保方面的应用第十五页，共四十六页，编辑于2023年，星期五转乙肝抗原基因的西红柿第十六页，共四十六页，编辑于2023年，星期五练：（11年四川卷）.北极比目鱼中有抗冻基因，其编码的抗冻蛋白具有11个氨基酸的重复序列，该序列重复次数越多，抗冻能力越强，下图是获取转基因抗冻番茄植株的过程示意图，有关叙述正确的是A过程①获取的目的基因，可用于基因工程和比目鱼基因组测序B多个抗冻基因编码区依次相连成能表达的新基因，不能得到抗冻性增强的抗冻蛋白，C过程②构成的重组质粒缺乏标记基因，需要转入农杆菌才能进行筛选D应用DNA探针技术，可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其完全表达B第十七页，共四十六页，编辑于2023年，星期五二、动物基因工程前景广阔阅读思考1、动物基因工程应用于哪些方面？2、列出动物基因工程的成果与可用的目的基因。3、什么是乳腺生物反应器？用它生产高价值的蛋白质（如血清白蛋白、抗凝血酶）比工厂化生产的优越之处有哪些？4、用基因工程技术实现动物乳腺生物反应器的操作过程是怎样的？5、用动物器官做器官移植供体存在什么问题？请你畅想怎样用基因工程方法解决这一难题。第十八页，共四十六页，编辑于2023年，星期五动物基因工程的应用：①动物品种改良；②建立生物反应器，生产药物；③器官移植。第十九页，共四十六页，编辑于2023年，星期五转基因生物目的基因快速生长转基因鱼降低乳糖的转基因奶牛生产药物蛋白的乳腺生物反应器（P21）转基因生物与目的基因的关系外源生长激素基因肠乳糖酶基因血清白蛋白基因；抗凝血酶基因等第二十页，共四十六页，编辑于2023年，星期五将药物蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起，通过显微注射等方法，导入哺乳动物的受精卵中，将受精卵送入母体，使其发育成转基因动物。转基因动物进入泌乳期后，可以通过分泌乳汁生产所需要的药品，称为乳腺生物反应器或乳房生物反应器。乳腺生物反应器第二十一页，共四十六页，编辑于2023年，星期五优点：产量高；质量好；成本低；易提取。第二十二页，共四十六页，编辑于2023年，星期五用基因工程技术实现动物乳腺生物反应器的操作过程：获取目的基因构建表达载体显微注射胚胎移植转基因动物如血清白蛋白基因目的基因前加特异表达的启动子受体细胞是受精卵体外形成早期胚胎后移植目的基因在雌性个体中表达，从分泌乳汁中提取所需的蛋白质。第二十三页，共四十六页，编辑于2023年，星期五解决措施：将器官供体基因组导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达或设法除去抗原决定基因，再结合克隆技术，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官免疫排斥第二十四页，共四十六页，编辑于2023年，星期五导入人基因具特殊用途的猪和小鼠特殊动物图为2001年12月底出生的5只可爱的转基因克隆小猪。据培育者英国PPL医疗公司称，这些转基因小猪将为研究和“生产”适用于人体移植手术使用的动物器官提供巨大的帮助。第二十五页，共四十六页，编辑于2023年，星期五三、基因工程药物异军突起主要是利用转基因工程菌生产药物。第二十六页，共四十六页，编辑于2023年，星期五1.在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰素等直接从生物体的哪些结构中提取？从生物的组织、细胞或血液中提取。2.传统生产方法有哪些缺点？由于受原料来源的限制，价格十分昂贵。思考：3.可利用什么方法来解决上述问题？第二十七页，共四十六页，编辑于2023年，星期五利用基因工程方法制造转基因的工程菌，利用工程菌高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。注：工程菌:用基因工程方法，使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系。第二十八页，共四十六页，编辑于2023年，星期五

胰岛素是治疗糖尿病的特效药。一般临床上使用的胰岛素主要从猪、牛等家畜的胰腺中提取，每100kg胰腺只能提取4－5g胰岛素。用该方法生产的胰岛素产量低，价格昂贵，远不能满足社会需要。1979年，科学家将动物体内的胰岛素基因与大肠杆菌DNA分子重组，并在大肠杆菌内实现了表达。1982年，美国一家基因公司用基因工程方法生产的胰岛素投入市场，售价降低了30%－50%。基因工程药品——

胰岛素P22用DNA重组技术生产的人类蛋白药物种类第二十九页，共四十六页，编辑于2023年，星期五

治疗侏儒症的唯一方法，是向人体注射生长激素。而生长激素的获得很困难。以前，要获得生长激素，需解剖尸体，从大脑的底部摘取垂体，并从中提取生长激素。现可利用基因工程方法，将人的生长激素基因导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。人们从450L大肠杆菌培养液中提取的生长激素，相当于6万具尸体的全部产量。基因工程药品——

生长激素第三十页，共四十六页，编辑于2023年，星期五干扰素是动物或人体细胞受到病毒侵染后产生的一种糖蛋白。干扰素几乎能抵抗所有病毒引起的感染，是一种抗病毒的特效药。此外干扰素对治疗癌症和某些白血病也有一定疗效。传统的干扰素生产方法是从人血液中的白细胞内提取，每300L血液只能提取出1mg干扰素。1980－1982年，科学家用基因工程方法在大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰素，是传统的生产量的12万倍。1987年上述干扰素大量投放市场。基因工程药品——

干扰素第三十一页，共四十六页，编辑于2023年，星期五思考：利用微生物生产药物的优越性何在?利用微生物生产蛋白质类药物，是指将人们需要的某种蛋白质的编码基因，构建成表达载体后导入微生物，然后利用微生物发酵来生产蛋白质类药物。有以下优越性：（1）利用活细胞作为表达系统，表达效率高，无需大型装置和大面积厂房就可以生产出大量药品。（2）可以解决传统制药中原料来源的不足。利用基因工程菌发酵生产就不需要从动物或人体上获取原料。（3）降低生产成本，减少生产人员和管理人员。第三十二页，共四十六页，编辑于2023年，星期五四、基因治疗曙光初照基因治疗：把正常基因导入病人体内，使该基因表达产物发挥正常功能，从而达到治疗疾病的目的。基因治疗的应用治疗遗传病的最有效手段。基因治疗的方法体外基因治疗体内基因治疗发展现状用于基因治疗的种类基因芯片第三十三页，共四十六页，编辑于2023年，星期五

转基因食品

安全吗?!第三十四页，共四十六页，编辑于2023年，星期五转基因生物与食品的安全性评价

（1）转基因食品安全性

有毒物质

必须确保转入外源基因或基因产物对人畜无毒。

过敏源

在自然条件下存在着许多过敏源。在基因工程中如果将控制过敏源形成的基因转入新的植物中，则会对过敏人群造成不利的影响。

第三十五页，共四十六页，编辑于2023年，星期五基因漂流到近缘野生种的可能性：在自然生态条件下，有些栽培植物会和周围生长的近缘野生种发生天然杂交。从而将栽培植物中的基因转入野生种中。若在这些地区种植转基因植物，则转入基因可以漂流到野生种中，并在野生近缘种中传播。（2）转基因生物的环境安全性

转基因植物演变成农田杂草的可能性：植物在获得新的基因后会不会增加其生存竞争性，在生长势、越冬性、种子产量和生活力等方面是否比非转基因植株强。若转基因植物可以在自然生态条件下生存，势必会改变自然的生物种群，打破生态平衡。

第三十六页，共四十六页，编辑于2023年，星期五第三十七页，共四十六页，编辑于2023年，星期五专题1基因工程1.4蛋白质工程的崛起第三十八页，共四十六页，编辑于2023年，星期五

基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，这些天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它们的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。一、蛋白质工程崛起的缘由

1983年，Ulmer(厄尔默)在“Science”上发表以“ProteinEngineering‘’(蛋白质工程)为题的专论，一般将此视为蛋白质工程诞生的标志。第三十九页，共四十六页，编辑于2023年，星期五蛋白质工程的实例①干扰素是动物体内的一种蛋白质，可治疗病毒的感染和癌症，但在体外保存相当困难，通过蛋白质工程改造蛋白质后可在－70℃条件下，保存半年。②玉米体内赖氨酸的含量比较低，原因是赖氨酸合成过程中的两个关键酶--天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的活性受细胞内赖氨酸浓度的影响较大，赖氨酸浓度达到一定量时，就会抑制这两种酶的活性，从而影响赖氨酸含量的提高，经过蛋白质工程改造这两种酶后，分别使赖氨酸的含量提高了5倍和2倍。P26旁栏思考第四十页，共四十六页，编辑于2023年，星期五二、蛋白质工程的概念蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造或制造一种新的蛋白质，以满足人类对生产和生活的需求。第四十一页，共四十六页，编辑于2023年，星期五蛋白质的功能是DNA决定的，那么要制造出新的蛋白质，就要改造DNA，所以蛋白质工程的原理应该是中心法则的逆推。三、蛋白质工程的基本原理基因DNA氨基酸序列多肽链蛋白质三维结构预期功能生物功能mRNA转录翻译折叠DNA合成分子设计P26、P27讨论及异想天开第四十二页，共四十六页，编辑于2023年，星期五异亮氨酸半胱氨酸第四十三页，共四十六页，编辑于2023年，星期五四、蛋白质工程研究的基本途径和实例蛋白质的预期功能——设计期望结构——寻求对应的氨基酸序列——转译成核苷酸序列——合成新的蛋白质主要困难蛋白质工程研究的基本途径从现有蛋白质的氨基酸序列决定其特定的三维结构的内在规律仍不十分了解(蛋白质的高级结构）。第四十四页，共四十六页，编辑于2023年，星期五蛋白质工程取得的进展向人们展示出诱人的前景。