基因工程的应用、蛋白质工程的崛起

1、问题引领 1、植物基因工程技术主要用于哪些方面？ 请举例说明。 2、动物基因工程技术主要用于哪些方面？ 请举例说明。 3、如何制备乳腺生物反应器？ 4、如何制备器官移植的供体？ 5、有哪些基因工程药物？ 6、基因治疗的定义、成果、种类,1.3 基因工程的应用,基因工程的实际应用领域有： 农牧业、工业、环境、能源、医学卫生等,应用生物：植物、动物、微生物,一、植物基因工程硕果累累 1、技术主要用于哪些方面？ (1)提高农作物抗逆能力 如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱、抗盐碱等 (2)改良农作物品质 如富含赖氨酸的玉米、耐储存的番茄等 (3)利用植物生产药物,1.抗虫转基因植物,优点：减少环境污染、

2、减低生产成本、提高产量,举例：棉花、水稻、玉米、马铃薯、番茄等等,主要杀虫基因： Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、 淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等,典型例子：转基因抗虫棉Bt毒蛋白基因,抗虫的基因来自苏云金杆菌。苏云金杆菌形成的伴胞晶体是一种毒性很强的蛋白晶体，能使棉铃虫等鳞翅口害虫瘫痪致死。科学家将编码这个蛋白质的基因导入作物，使作物自身具有抵御虫害的能力。,2.抗病转基因植物,抗病毒基因： 病毒外壳蛋白基因（CP）、病毒的复制酶基因. 抗真菌基因： 几丁质酶基因、抗毒素合成基因.,引起植物生病的微生物称为病原微生物，主要有病毒、真菌、细菌等。,特异性,典型例子：抗烟草花叶病毒的转基因

3、烟草、 抗病毒的转基因小麦、甜椒,转黄瓜抗青枯病基因的甜椒,3.其它抗逆转基因植物,特点：导入另一种生物的优良性状基因，获得新性状抵抗恶劣环境因素，从根本上改变作物的特性。 抗逆基因：调节细胞渗透压的基因，使作物抗盐碱、抗干旱、抗寒等。 抗除草剂,转入鱼的抗冻蛋白的番茄,4.利用转基因改良植物的品质,优良基因：必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因、 控制番茄果实成熟的基因、 与植物花青素代谢有关的基因等,富含赖氨酸的转基因玉米,不会引起过敏的转基因大豆,转入荧光素酶蛋白基因的发荧光烟草,蓝色妖姬,转基因生物与目的基因的关系,Bt毒蛋白基因,苏云金芽孢杆菌,病毒外壳基因和病毒复制酶基因,几丁质酶基因

4、和抗毒素合成基因,调节细胞渗透压的基因,抗冻蛋白基因,鱼,抗除草剂基因,富含赖氨酸的蛋白质编码基因,控制番茄果实成熟的基因,植物花青素代谢有关的基因,乳糖酶基因,人胰岛素基因,人,二、动物基因工程前景广阔,特点：发展较迟，应用方面广,1、提高生长速度 2、改善畜产品的品质 3、生产药物 4、作为器官移植的供体,应用前景：,1.用于提高动物生长速度,原因：外源生长激素基因的表达可以使转基因 动物生长更快,转基因鲤鱼,超级小鼠,2.用于改善畜产品的品质,优点：避免食物过敏、腹泻、恶心等不适,肠乳糖酶基因转基因牛的乳汁中乳糖含量降低,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

5、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,乳腺生物反应器的优点：产量高；质量好；成本低；易提取。,3.用转基因动物生产药物（重点）,构建基因表达载体,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,只有在产下的雌性动物个体中，转入的基因才能表达。,获取目的基因,（例如血清蛋白基因）,发育成转基因动物,乳房生物反应器的操作过程,过程：,产物： 抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素、-抗胰蛋白酶 本质： 蛋白质类药物,思考：,为什么乳腺能成为基因药

6、物最理想的表达场所呢？ 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。,乳房生物反应器的操作过程与一般转基因动物操作过程有何不同之处？并阐述原因？ 要在编码蛋白质的基因序列前加上乳腺组织中特异表达的启动子构成表达载体。因为产品在奶中形成，需要乳腺组织中特异表达的启动子。（基因的选择性表达）,器官移植出现的最大问题：免疫排斥 方法一：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 方法二

7、：设法除去抗原决定基因,4.用转基因动物作器官移植的供体,成果：转基因克隆猪器官,在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰素直接生物体的哪些结构中提取？ 药品直接从生物的组织、细胞或血液中提取。 传统生产方法的缺点 由于受原料来源的限制，价格十分昂贵。 可利用什么方法来解决上述问题？ 利用基因工程方法制造“工程菌”，可高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。,三、基因工程药物异军突起,基因工程药品 胰岛素（糖尿病）,基因工程药品 干扰素（抗病毒）,基因工程药品 乙肝病毒疫苗（免疫预防）,已经成功的有：,四、基因治疗曙光初照 1、定义：把正常的外源基因导入有基因缺陷的某些功能细胞中，使该基因的

8、表达产物发挥功能，达到治疗疾病的目的。 2、成果：将腺苷酸脱氨酶基因导入患者淋巴 细胞治疗复合型免疫缺陷症 3、分类：体内治疗、体外治疗 4、前景：广阔，但还没用于临床,5.两种基因治疗途径及其特点,基因工程与食品业,基因工程为食品工业中提供了什么前景？ 用基因工程的方法从微生物中获得人们所需要的糖类、脂肪和维生素等产品。,基因工程与环境保护,基因工程在环保方面有什么应用？ 用于环境监测。 用于被污染环境的净化。,通过基因工程方法怎样进行环境监测？,例如：用DNA探针可以检测饮用水中病毒的含量。此方法的特点是快速、灵敏，1吨水中有10个病毒也能检测出来。,用基因工程产物“超级细菌”分解石油，可

9、以大大提高细菌分解石油的效率。具体方法：将能分解三种烃类的假单孢杆菌的基因都转移到能分解另一种烃类的假单孢杆菌内，创造出了能同时分解四种烃类的“超级细菌”。 用基因工程培养出“吞噬”汞和降解土壤中DDT的细菌，以及能够净化镉污染的植物。,通过基因工程方法怎样净化被污染的环境？,1.4 蛋白质工程的崛起,知识回顾,基因工程的实质是什么？,将一种生物的基因转移到另一种生物体内， 后者可以产生它本来不能产生的蛋白质，进 而表现出新的性状。,思考：,基因工程产生的蛋白质是否完全 符合人类生产和生活的需要？,一、蛋白质工程崛起的缘由,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

10、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,二、蛋白质工程的基本原理,了解蛋白质的结构和功能,改造基因（基因修饰或基因合成）,定向改造或制造蛋白质,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，以满足人类的生产和生活的需求。,蛋白质工程流程图：,蛋白质 三维结构,氨基酸序列 多肽链,基因 DNA,mRNA,从预期的蛋白质功能出发 设计预期的蛋白质结构 推测应有的氨基酸序列 找到相应的脱氧核苷酸序列,蛋白质改造工程的实例：,3胰岛素改造 天然胰岛素制剂在储存中易形成二聚体和六聚体，延缓胰岛素从注射部位进入血液，从而延缓了其降血糖作用，也增加了