生物高考复习基因工程的应用PPT课件

1、1,.,基因工程的应用,基因工程自20世纪70年代兴起后，在短短的30年间，得到了飞速的发展，目前已成为生物科学的核心技术。基因工程在实际应用领域农牧业、工业、环境、能源和医药卫生等方面，也展示出美好的前景。,2,.,基因工程的应用,植物基因工程硕果累累动物基因工程前景广阔基因工程药物异军突起基因治疗曙光初照,.,3,植物基因工程硕果累累,1、抗虫转基因植物,已问世的转基因抗虫植物：,棉、玉米、马铃薯、番茄、大豆、蚕豆、烟草、苹果、核桃、杨、菊花、和白花三叶草等。,用于杀虫的基因主要有：,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聚素基因,.,4,植物基因工程硕果累累,2、抗病转基因

2、植物,已问世的转基因抗病植物：,小麦、甜椒、番茄。,抗病转基因植物所用的基因主要有：,病毒外壳蛋白质基因病毒复制酶几丁质酶基因抗毒素合成基因,抗CMV甜椒,.,5,方法：,将某些病毒的外壳蛋白基因(CP）转入植物中，植物就可以抗病毒侵染。,寻根问底在抗病转基因植物中，为什么使用病毒外壳蛋白基因(CP)可以抗病毒侵染？,一种假说认为：CP基因在植物细胞内表达积累后，当入侵的病毒裸露核酸进入植物细胞后，会立即被这些外壳蛋白重新包裹，从而阻止病毒核酸分子的复制和翻译。另一种假说认为：植物细胞内积累的病毒外壳蛋白会抑制病毒脱除外壳，使病毒核酸分子不能释放出来。然而最近的研究表明，如果将病毒的外壳蛋白的

3、AUG起始密码缺失，使之不能被翻译，或者将外壳蛋白基因变成反义RNA基因，整合到植物细胞染色体上，转基因植物则有很好的抗性。因此，有人认为抗性机理不是外壳蛋白在起作用，而是CP基因转录出RNA后，与入侵病毒RNA之间的相互作用起到了抗性作用。,.,7,存在一些问题：转基因植物对病毒的抗性有局限性，仅限于特定的病毒（被使用CP基因的病毒）或密切相关的病毒；转基因植物大多数只是发病延缓，一般为两周，并非根治；潜在着植物表达的外壳蛋白包被与另一种病毒形成新的杂合病毒的危险。,.,8,3、抗逆转基因植物,例如，将鱼的抗冻蛋白基因导人烟草和番茄，使烟草和番茄的耐寒能力均有提高。此外，将抗除草剂基因导人大

4、豆、玉米等作物，喷洒除草剂时，杀死田间杂草而不损伤作物。,富含赖氨酸的转基因玉米转基因延熟番茄转基因矮牵牛,.,9,4、利用转基因改良植物的品质,C、提高植物的光合作用效率改造光合作用中起关键作用的CO2固定酶，能提高植物对CO2的固定效率；还可以通过增强植物对光能吸收与转化的功能来提高光合作用效率，提高作物的产量。,A、富含赖氨酸的转基因玉米B、转基因矮牵牛,.,10,延长果实的储藏期乙烯是催熟果实的一种激素，在其形成过程中需要乙烯形成酶。通过基因工程可以获得能抑制乙烯形成酶基因表达的植物新品种，这些转基因植物的果实既保持了原有的品质，又延长了储藏期。,转基因延熟番茄,.,11,动物基因工程

5、前景广阔,1、用于提高动物的生长速度,转基因鲤鱼（上）和同龄的鲤鱼（下）,.,12,动物基因工程前景广阔,2、用于改善畜产品的品质,有些人对牛奶中的乳糖不能完全消化或食用后会出现过敏、腹泻、恶心等不适症状，科学家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，在其他营养成分不受影响的情况下，乳糖的含量大大减低。,乳糖,乳糖酶,半乳糖,.,13,动物基因工程前景广阔,3、用转基因动物生产药物,动物乳腺生物反应器技术基本成熟,基因来源：药用蛋白基因乳腺蛋白基因的启动子等,（1）概念：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

6、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。,1.乳腺生物反应器,（2）优点：,重点释疑,产量高；质量好；成本低；易提取。,.,15,乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体内循环，不会影响转基因动物本身的生理代谢反应。从乳汁中获取目的基因产物，产量高，易提纯，表达的蛋白质已经过充分的修饰加工，具有稳定的生物活性。从乳汁中源源不断获得目的基因的产物的同时，转基因动物又可无限繁殖。,（3）为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢？,.,16,获取目的基因（例如血清白蛋白基因）构建基因表达载体（在血清白蛋白基因前加特

7、异表达的启动子）显微注射导入哺乳动物受精卵中形成胚胎将胚胎送入母体动物发育成转基因动物（只有在产下的雌性个体中，转入的基因才能表达）。,（4）乳腺生物反应器的操作过程：,.,17,动物基因工程前景广阔,4、用转基因动物作器官移植的供体,可长人耳的裸鼠,.,18,动物基因工程前景广阔,5、各式各样的转基因动物,.,19,转基因动物是指以实验方法导入外源基因，在染色体组内稳定整合并能遗传给后代的一类动物。,2.什么叫转基因动物？,重点释疑,.,20,转基因动物的应用前景：,有利于了解多种生命现象本质，如研究基因结构与功能的关系，核质关系，胚胎发育调控以及肿瘤等；可用来研究动物疾病的发病机理及治疗方

8、法；改造动物的基因组，改良动物的经济性状，如使生长速度加快、瘦肉率提高，肉质改善，饲料利用率提高，抗病力增强等。有利于对动物遗传资源保护。转基因动物可作为医用或食用蛋白的生物反应器。,.,21,基因工程在畜牧养殖业上的应用：,繁殖具有抗病能力、高产仔率、高产奶率和高质量的皮毛等优良品质的转基因动物。,重要步骤：感染或显微注射技术将重组DNA转移到动物受精卵中。,.,22,一是外源基因;二是外源基因在动物体内的表达成果，如动物生长速率加快、转基因鲤鱼、乳腺生物发生器、没有免疫反应的克隆猪器官等。,动物基因工程的成果来源？,动物基因工程的主要用途：,提高动物的抗病能力、提高产品产量、改善产品品质、

9、生产药用蛋白、器官移植等。,小结,.,23,优点：高质量、低成本,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。,基因工程药品：细胞因子（即淋巴因子如白细胞介素-2、干扰素）、抗体、疫苗、激素等,三、基因工程药品异军突起,.,24,胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素，产量低，价格高。,将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！使其价格降低了30%-50%!,基因工程药品胰岛素,.,25,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

10、，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,.,26,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。19801982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

11、干扰素,.,27,.,28,1、基因治疗概念：,四、基因治疗曙光初照,把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，是治疗遗传病的最有效的手段。,2、实例：,将腺苷酸脱氨酶基因转入取自患者的淋巴细胞中，再将这种淋巴细胞转入患者体内。,对严重复合型免疫缺陷症的治疗,.,29,1990年9月14日，安德森对一例患ADA（腺苷酸脱氨酶）缺乏症的4岁女孩进行基因治疗。这个4岁女孩由于遗传基因有缺陷，自身不能生产ADA，先天性免疫功能不全，只能生活在无菌的隔离帐里。他们将这个女孩的白血球进行基因改造，使有缺陷的基因被健康的基因替代，然后把含正常白血球的溶液输入她左臂的一条静

12、脉血管中。在以后的10个月内她又接受了7次这样的治疗，同时也接受酶治疗。后来，她的免疫功能日趋健全，能够走出隔离帐，过上了正常人的生活，并进入普通小学上学。,.,30,3、基因治疗的类型,4、基因治疗的发展现状：处于初期的临床试验阶段,5、用于基因治疗的基因种类：正常基因、反义基因和自杀基因,.,31,基因治疗曙光初照,体外途径的步骤？体内途径的步骤？,.,32,DNA分子杂交是基因诊断最基本的方法之一。当用一段已知基因的核苷酸序列作为探针，与被测基因进行接触，若两者的碱基完全配对成双链，则表明被测基因中含有已知的基因序列。,知识回顾：基因诊断,.,33,五、基因芯片,从正常人的基因组中分离出

13、DNA与DNA芯片杂交就可以得出标准图谱；从病人的基因组中分离出DNA与DNA芯片杂交就可以得出病变图谱。通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的DNA信息。基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏感、经济、平行化、自动化等特点，将成为一项现代化诊断新技术。,.,34,思考与探究:根据所学内容，试概括写出基因工程解决了哪些生活、生产中难以解决的问题。,基因工程可以生产人类需要的药物，如胰岛素、干扰素等。我们吃的某些食品如番茄、大豆等也可以是基因工程产品。农业生产中的抗虫棉、抗病毒烟草、抗除草剂大豆等都已进入商品化生产，上述产品有些是常规方法难以生产的或者生产成本过高。,.,35,蛋白质工程的崛起,

14、36,.,干扰素是动物体内的一种蛋白质，可以用于治疗病毒的感染和癌症，但在体外保存相当困难。如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，那么在-70的条件下，可以保存半年。,37,.,一、蛋白质工程崛起的缘由,例如：,玉米中赖氨酸含量比较低,天冬氨酸激酶（352位的苏氨酸）,二氢吡啶二羧酸合成酶（104位的天冬酰胺）,天冬氨酸激酶（异亮氨酸）,二氢吡啶二羧酸合成酶（异亮氨酸）,玉米中赖氨酸含量可提高数倍,38,.,二、蛋白质工程的基本原理,对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？,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分子设计。,

15、.,39,逆转录,转录,DNA,RNA,翻译,肽链,复制,复制,折叠等,具有空间结构的蛋白质,表达生物特有的功能或性状,天然蛋白质的合成过程,遵循中心法则，并需经过高级空间结构的转变,.,40,2、蛋白质工程的原理：基因改造,3、基本途径：,基因DNA,氨基酸序列多肽链,蛋白质三维结构,预期蛋白质功能,分子设计,mRNA,翻译,氨基酸序列多肽链,DNA合成,转录,折叠,蛋白质三维结构,生物功能,.,41,4、概念：蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其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，以满足人类的生生产和生活的需求。,42,.,讨论,某多肽链的一段氨基酸序列是：丙氨酸色氨酸赖氨酸甲硫氨酸苯丙氨酸讨论：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。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(DNA)?,43,.,蛋白质工程的进展与前景,蛋白质工程目前的现状：成功的例子不多，主要是因为蛋白质发挥其功能需要依赖于正确的空间结构，而科学家目前对大多数蛋白质的空间结构了解很少。,蛋白质工程与基因工程相比,合成的蛋白质有何特点?,44,.,1、改造酶的结构,蛋白质工程的应用,自然酶与工业用酶有什么区别?,自然酶,工业用酶,在常温常压中性环境下起催化