第4节 基因工程的发展前景

1、 基因工程的应用基因工程的应用1、动植物的遗传育种、动植物的遗传育种2、疾病防治、疾病防治3、生态环境保护、生态环境保护4、光合作用和生物固氮、光合作用和生物固氮5、蛋白质工程、蛋白质工程6、人类基因组科学、发育生物学、神经生物学、人类基因组科学、发育生物学、神经生物学一、科学家在基因工程方面的最新尝试一、科学家在基因工程方面的最新尝试1、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？内因：内因：外因：外因：色素、酶色素、酶光照、二氧化碳、矿质元素、水光照、二氧化碳、矿质元素、水（3）以上哪些可通过基因工程来实现提高光）以上哪些可通过基因

2、工程来实现提高光合效率？合效率？二、科学家在基因工程方面的最新尝试二、科学家在基因工程方面的最新尝试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：结果：结果：通过羧化作用通过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应底物加氧反应提高该酶的羧化酶活性提高该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对二氧化碳的固定速率提高植物对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与二氧化碳与二氧化碳的羧化反应或与氧气的氧化反应。的羧化反应或与氧气的氧化反应。二、科学家在基因

3、工程方面的最新尝试二、科学家在基因工程方面的最新尝试2、生物固氮、生物固氮二、科学家在基因工程方面的最新尝试二、科学家在基因工程方面的最新尝试3、生物反应器、生物反应器（1）什么是生物反应器？）什么是生物反应器？用来生产用来生产蛋白质蛋白质药物（包括疫苗）的药物（包括疫苗）的动植物动植物（2）已获得哪些成就？）已获得哪些成就？二、科学家在基因工程方面的最新尝试二、科学家在基因工程方面的最新尝试4、蛋白质工程（、蛋白质工程（第二代基因工程第二代基因工程）（1）定义：）定义：（2）蛋白质工程与基因工程的异同）蛋白质工程与基因工程的异同利用利用基因工程技术基因工程技术对天然蛋白质进对天然蛋白质进行改

4、造，以便获得具有行改造，以便获得具有理想理想生物学生物学功能的功能的蛋白质蛋白质相同点：相同点：不同点：不同点：两者都是两者都是分子水平分子水平的操作的操作项目项目蛋白质工程蛋白质工程 基因工程基因工程蛋白质蛋白质实质实质应用应用现状现状合成自然界合成自然界不不存在存在的蛋白质的蛋白质天然存在天然存在的蛋白质的蛋白质改造基因改造基因目的基因导入受体目的基因导入受体细胞并表达细胞并表达对现有蛋白质进对现有蛋白质进行改造，对创造行改造，对创造新的蛋白质还未新的蛋白质还未成功成功已被广泛应用已被广泛应用二、科学家在基因工程方面的最新尝试二、科学家在基因工程方面的最新尝试4、蛋白质工程（、蛋白质工程（

5、第二代基因工程第二代基因工程）（3）优点：）优点：（4）实例：）实例：提高蛋白质的提高蛋白质的活性活性、稳定性稳定性、产率产率提高提高T4溶菌酶的热稳定性溶菌酶的热稳定性点突变点突变异亮氨酸异亮氨酸半胱氨酸半胱氨酸二硫键二硫键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异抑制剂凝血酶特异抑制剂，它有多种变异体，由它有多种变异体，由65或或66个氨基酸残基组成。个氨基酸残基组成。水蛭素在临床上可作为抗栓药物用于水蛭素在临床上可作为抗栓药物用于治疗血栓疾治疗血栓疾病病。为提高水蛭素活性，在综合各变异体结构特。为提高水蛭素活性，在综合各变异体结构特点的基础上提出改造水

6、蛭素主要变异体点的基础上提出改造水蛭素主要变异体HV2的设计的设计方案，将方案，将47位的位的Asn（天冬酰胺）变成天冬酰胺）变成Lys（赖氨赖氨酸），使其与分子内第酸），使其与分子内第4或第或第5位位Thr（苏氨酸）间苏氨酸）间形成氢键形成氢键来帮助水蛭素来帮助水蛭素N端肽段的正确取向，从而端肽段的正确取向，从而提高凝血效率，试管试验活性提高提高凝血效率，试管试验活性提高4倍，在动物模倍，在动物模型上检验抗血栓形成的效果，提高型上检验抗血栓形成的效果，提高20倍。倍。干扰素干扰素是一种抗病毒、抗肿瘤的药物。将人的是一种抗病毒、抗肿瘤的药物。将人的干扰素的干扰素的cDNA在大肠杆菌中进行表达，

7、产生的干在大肠杆菌中进行表达，产生的干扰素的抗病毒活性为扰素的抗病毒活性为106 U/mg，只相当于天然产只相当于天然产品的十分之一，虽然在大肠杆菌中合成的品的十分之一，虽然在大肠杆菌中合成的-干扰素干扰素量很多，但多数是以无活性的二聚体形式存在。量很多，但多数是以无活性的二聚体形式存在。为什么会这样？如何改变这种状况？研究发现，为什么会这样？如何改变这种状况？研究发现，-干扰素蛋白质中有干扰素蛋白质中有3个半胱氨酸（第个半胱氨酸（第17位、位、31位和位和141位），推测可能是有一个或几个半胱氨酸形成位），推测可能是有一个或几个半胱氨酸形成了不正确的二硫键。研究人员将第了不正确的二硫键。研究人员将第17位的半胱氨位的半胱氨酸，通过酸，通过基因定点突变基因定点突变改变成丝氨酸，结果使大改