基因工程的应用和蛋白质工程

1978年，科学家将编码人胰岛素的基因导入大肠杆菌细胞中，使大肠杆菌表达重组人胰岛素。我国拥有自主知识产权的基因工程物---重组人胰岛素已经研制成功并得到广泛应用。

除了生产胰岛素，基因工程还有那些应用呢？重组人胰岛素注射液第3节基因工程的应用和蛋白质工程1.基因工程的应用2.蛋白质工程的原理和应用基因工程自20世纪70年代兴起后，得到飞速发展，展示出广阔前景。医药卫生领域食品工业方面农牧业方面基因工程的应用一、基因工程的应用转基因抗虫植物农牧业方面的应用转基因抗病植物转基因抗除草剂植物改良植物的品质提高动物的生长速率改良畜产品的品质抗逆性一、基因工程的应用1.基因工程在农牧业方面的应用（1）转基因抗虫植物（2）转基因抗病植物培育方法：从某些生物中分离出具有抗虫功能的基因，导入作物，使其具有抗虫性。实例：转基因抗虫棉、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。培育方法：将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物中，培育出转基因抗病植物。实例：抗病毒转基因甜椒、番木瓜和烟草等。一、基因工程的应用1.农牧业方面的应用（3）转基因抗除草剂植物培育方法：将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物，可培育出抗除草剂的作物品种。实例：转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。（4）改良植物的品质培育方法：利用转基因技术改良植物的营养价值、观赏价值等。一、基因工程的应用1.农牧业方面的应用（5）提高动物的生长速率培育方法：将外源生长激素基因导入动物体内，以提高动物的生长速率。实例：转基因鲤鱼的生长速率比非转基因鲤鱼提高了42%～115%。（6）改善畜产品的品质培育方法：将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，使获得的转基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大降低，而其他营养成分不受影响。实例：乳汁中乳糖的含量大大降低的转基因牛一、基因工程的应用1.农牧业方面的应用2.医药卫生领域的应用（1）对微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物药物举例：细胞因子、抗体、疫苗和激素等。应用：可以用来预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、传染病、糖尿病和类风湿关节炎等；实例：我国生产的重组人干扰素、血小板生成素、促红细胞生成素和粒细胞集落刺激因子等。我国生产的部分基因工程药物一、基因工程的应用（2）让转基因哺乳动物批量生产药物实例：乳腺生物反应器或乳房生物反应器培育过程：药用蛋白基因乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件基因表达载体受精卵泌乳期分泌乳汁转基因动物药物应用：目前已经在牛、山羊等动物的乳腺生物反应器中，获得了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和α-抗胰蛋白酶等重要医药产品。一、基因工程的应用2.医药卫生领域的应用（3）用转基因动物作为器官移植的供体人体器官移植的难题：人体移植器官短缺是世界性难题。解决途径：寻求可替代的移植器官，如用猪的器官来解决人类器官移植的来源问题。a.猪的内脏构造、大小、血管分布与人极为相似b.猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒远远少于灵长类动物猪的优点：最大难题：免疫排斥改造方法：a.在器官供体的基因组中导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达；b.设法除去抗原决定基因，然后再结合克隆技术，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。2.医药卫生领域的应用一、基因工程的应用3.食品工业方面的应用（1）基因工程菌用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类。概念：应用：利用基因工程菌，除了可以生产药物，还能生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等。2.实例①阿斯巴甜：一种普遍使用的甜味剂，主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，这两种氨基酸可通过基因工程实现大规模生产。②凝乳酶：应用：奶酪生产中用来凝聚固化奶中的蛋白质。制备方法：将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉或酵母菌的基因组中，再通过工业发酵批量生产凝乳酶。一、基因工程的应用③淀粉酶、脂酶应用：加工转化糖浆需要淀粉酶，加工烘烤食物要用到脂酶制备方法：构建基因工程菌，然后用发酵技术大量生产。优点：基因工程获得的工业用酶的纯度更高，生产成本显著降低，生产效率较高。④其他培育可以降解多种污染物的“超级细菌”来处理环境污染。利用经过基因改造的微生物来生产能源。3.食品工业方面的应用一、基因工程的应用二、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，通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求。

蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程。1.基础:蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系2.操作方法及对象:改造或合成基因3.结果:改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质4.目的:满足人类生产和生活的需求5.与基因工程的关系:6.相关学科及技术：分子生物学、晶体学和计算机技术二、蛋白质工程的概念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，通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程。基础：了解蛋白质的结构和功能途径：目的：改造或制造新蛋白质，满足人类的生产或生活的需要改造或合成基因基因结果：产生自然界原本不存在的蛋白质直接操作对象：三、蛋白质工程的基本原理1、目标：根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行设计改造。2、原理：改造基因（基因修饰或基因合成）3、流程：预期功能生物功能分子设计折叠DNA合成翻译转录基因DNA蛋白质结构氨基酸序列mRNA蛋白质工程基本思路的应用某多肽链的一段氨基酸序列是：丙氨酸苯丙氨酸色氨酸谷氨酸赖氨酸1.怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列?请把相应的碱基序列写出来。查密码子表得知：丙氨酸（GCU、GCC、GCA、GCG)、色氨酸(UGG)、赖氨酸(AAA、AAG）、谷氨酸（GAA、GAG）、苯丙氨酸（UUU、UUC）。mRNA序列为：GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）GAA（或G）UUU（或C）DNA序列为：CGA（或G或T或C）ACCTTT（或C）CTT（或C）AAA（或G）GCT（或C或A或G）TGGAAA（或G）GAA（或G）TTT（或C）2.确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因？

人工合成目的基因或从基因文库中获取目的基因。对基因的改造经常会用到基因定点突变技术来进行碱基的替换、增添等。天然蛋白质易形成二聚体或六聚体预期结构改造B28位脯氨酸替换为天冬氨酸或将它与B29位的赖氨酸交换位置新胰岛素基因转录mRNA折叠预期功能行使功能降低胰岛素的聚合作用设计结构改变B链第20～29位氨基酸组成推测序列翻译多肽链有效抑制胰岛素的聚合1.医药工业方面（1）研发速效胰岛素类似物四、蛋白质工程的应用天然干扰素不易保存预期结构改造一个半胱氨酸变成丝氨酸新干扰素基因转录mRNA折叠预期功能延长保存时间设计结构氨基酸替换推测序列翻译多肽链在-70℃下可以保存半年1.医药工业方面（2）延长干扰素体外保存时间行使功能（3）降低人对小鼠单抗隆抗体的免疫反应通过改造基因，将小鼠抗体上结合抗原的区域（即可变区）“嫁接”到人的抗体（即恒定区）上，经过这样改造的抗体诱发免疫反应的强度就会减低很多。四、蛋白质工程的应用蛋白质工程被广泛用于改进酶的性能或开发新的工业用酶。如枯草杆菌蛋白酶具有水解蛋白质的作用，常被用于洗涤剂工