基因工程的應(yīng)用及蛋白質(zhì)工程

1、基因工程1.3轉(zhuǎn)基因植物轉(zhuǎn)基因植物成果成果目的基因目的基因抗蟲植物抗蟲植物抗蟲棉抗蟲棉抗蟲水稻等抗蟲水稻等抗病植物抗病植物抗病毒煙草抗病毒煙草抗真菌植物抗真菌植物抗逆植物抗逆植物抗寒番茄抗寒番茄抗鹽堿水稻抗鹽堿水稻抗除草劑大豆抗除草劑大豆改良品質(zhì)改良品質(zhì)耐儲(chǔ)存番茄耐儲(chǔ)存番茄轉(zhuǎn)基因牽?；ㄞD(zhuǎn)基因牽牛花富含賴氨酸的玉米富含賴氨酸的玉米生產(chǎn)藥物生產(chǎn)藥物藥物蛋白煙草藥物蛋白煙草蘇云金芽孢桿菌的蘇云金芽孢桿菌的BtBt毒蛋白基因、毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、植物凝集素基因植物凝集素基因病毒外殼蛋白基因和病毒的復(fù)制酶基因病毒外殼蛋白基因和病毒的復(fù)制酶基

2、因幾丁質(zhì)酶基因和抗毒素合成基因幾丁質(zhì)酶基因和抗毒素合成基因魚的抗凍蛋白基因魚的抗凍蛋白基因可調(diào)節(jié)滲透壓基因可調(diào)節(jié)滲透壓基因抗除草劑基因抗除草劑基因控制番茄成熟的基因控制番茄成熟的基因與花青素代謝有關(guān)的基因與花青素代謝有關(guān)的基因富含氨基酸的蛋白質(zhì)編碼基因富含氨基酸的蛋白質(zhì)編碼基因藥物蛋白基因藥物蛋白基因一、植物基因工程碩果累累一、植物基因工程碩果累累二、動(dòng)物基因工程前景廣闊二、動(dòng)物基因工程前景廣闊1、動(dòng)物品種改良；、動(dòng)物品種改良；2、建立生物反應(yīng)器，生產(chǎn)藥物；、建立生物反應(yīng)器，生產(chǎn)藥物；3、器官移植。、器官移植。轉(zhuǎn)基因動(dòng)物轉(zhuǎn)基因動(dòng)物目的基因目的基因快速生長(zhǎng)轉(zhuǎn)基因魚快速生長(zhǎng)轉(zhuǎn)基因魚降低乳糖的轉(zhuǎn)基因

3、奶牛降低乳糖的轉(zhuǎn)基因奶牛外源生長(zhǎng)激素基因外源生長(zhǎng)激素基因腸乳糖酶基因腸乳糖酶基因 將將藥物蛋白基因與藥物蛋白基因與乳腺蛋白基因的啟動(dòng)子乳腺蛋白基因的啟動(dòng)子等調(diào)等調(diào)控組件重組控組件重組在一起，通過在一起，通過顯微注射顯微注射等方法，導(dǎo)入哺等方法，導(dǎo)入哺乳動(dòng)物的乳動(dòng)物的受精卵受精卵中，將受精卵送入母體，使其發(fā)育中，將受精卵送入母體，使其發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。轉(zhuǎn)基因動(dòng)物進(jìn)入泌乳期后，可以通成轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。轉(zhuǎn)基因動(dòng)物進(jìn)入泌乳期后，可以通過分泌乳汁生產(chǎn)所需要的藥品，稱為乳腺生物反應(yīng)過分泌乳汁生產(chǎn)所需要的藥品，稱為乳腺生物反應(yīng)器或乳房生物反應(yīng)器。器或乳房生物反應(yīng)器。乳腺生物反應(yīng)器乳腺生物反應(yīng)器優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 產(chǎn)量

4、高；質(zhì)量好；成本低；易提取。產(chǎn)量高；質(zhì)量好；成本低；易提取。解決措施：解決措施：將器官供體基因組導(dǎo)入某種調(diào)節(jié)因子，將器官供體基因組導(dǎo)入某種調(diào)節(jié)因子，以抑制抗原決定基因的表達(dá)或設(shè)法除去抗原決定基以抑制抗原決定基因的表達(dá)或設(shè)法除去抗原決定基因，因，再結(jié)合克隆技術(shù)，培育出沒有免疫排斥反應(yīng)的再結(jié)合克隆技術(shù)，培育出沒有免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官。轉(zhuǎn)基因克隆豬器官。免疫排斥免疫排斥器官移植器官移植思考：利用微生物生產(chǎn)藥物的優(yōu)越性何在思考：利用微生物生產(chǎn)藥物的優(yōu)越性何在? ? 利用微生物生產(chǎn)蛋白質(zhì)類藥物，是指將人們需要的某種利用微生物生產(chǎn)蛋白質(zhì)類藥物，是指將人們需要的某種蛋白質(zhì)的編碼基因，構(gòu)建成表達(dá)載體

5、后導(dǎo)入微生物，然蛋白質(zhì)的編碼基因，構(gòu)建成表達(dá)載體后導(dǎo)入微生物，然后利用微生物發(fā)酵來生產(chǎn)蛋白質(zhì)類藥物。優(yōu)越性如下：后利用微生物發(fā)酵來生產(chǎn)蛋白質(zhì)類藥物。優(yōu)越性如下：（1 1）利用活細(xì)胞作為表達(dá)系統(tǒng)，表達(dá)效率高，無需大）利用活細(xì)胞作為表達(dá)系統(tǒng)，表達(dá)效率高，無需大型裝置和大面積廠房就可以生產(chǎn)出大量藥品。型裝置和大面積廠房就可以生產(chǎn)出大量藥品。（2 2）可以解決傳統(tǒng)制藥中原料來源的不足。利用基因）可以解決傳統(tǒng)制藥中原料來源的不足。利用基因工程菌發(fā)酵生產(chǎn)就不需要從動(dòng)物或人體上獲取原料。工程菌發(fā)酵生產(chǎn)就不需要從動(dòng)物或人體上獲取原料。（3 3）降低生產(chǎn)成本，減少生產(chǎn)人員和管理人員。）降低生產(chǎn)成本，減少生產(chǎn)人員

6、和管理人員。 三、基因工程藥物異軍突起三、基因工程藥物異軍突起四、基因治療曙光初照四、基因治療曙光初照基因治療基因治療 把正常基因?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因表達(dá)產(chǎn)把正?；?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因表達(dá)產(chǎn)物發(fā)揮正常功能，從而達(dá)到治療疾病的目的。物發(fā)揮正常功能，從而達(dá)到治療疾病的目的?；蛑委煹幕境绦蚧蛑委煹幕境绦?1)(1)治療性基因的獲得治療性基因的獲得(2)(2)基因載體的選擇基因載體的選擇(3)(3)靶細(xì)胞的選擇靶細(xì)胞的選擇(4)(4)基因轉(zhuǎn)移方法基因轉(zhuǎn)移方法(5)(5)轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞的選擇鑒定轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞的選擇鑒定(6)(6)回輸體內(nèi)回輸體內(nèi)治療遺傳病的最有效手段。治療遺傳病的最有效手段。基因治療

7、的兩種途徑基因治療的兩種途徑載體載體目的基因目的基因靶細(xì)胞靶細(xì)胞1.4 基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)白質(zhì)，這些天然蛋白質(zhì)是生物在長(zhǎng)期進(jìn)化過程中形，這些天然蛋白質(zhì)是生物在長(zhǎng)期進(jìn)化過程中形成的，它們的結(jié)構(gòu)和功能符合特定物種生存的需要，成的，它們的結(jié)構(gòu)和功能符合特定物種生存的需要，卻不一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要。卻不一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要。一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由思考：對(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，你認(rèn)為應(yīng)該直思考：對(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，你認(rèn)為應(yīng)該直接對(duì)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作，還是通過對(duì)基因的接對(duì)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作，

8、還是通過對(duì)基因的操作來實(shí)現(xiàn)？操作來實(shí)現(xiàn)？ 應(yīng)該從對(duì)基因的操作來實(shí)現(xiàn)對(duì)天然蛋白質(zhì)改造，主要應(yīng)該從對(duì)基因的操作來實(shí)現(xiàn)對(duì)天然蛋白質(zhì)改造，主要原因如下：原因如下：（1）任何一種天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的，改造）任何一種天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的，改造了基因即對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行了改造，而且改造過的蛋白質(zhì)了基因即對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行了改造，而且改造過的蛋白質(zhì)可以遺傳下去。如果對(duì)蛋白質(zhì)直接改造，即使改造成可以遺傳下去。如果對(duì)蛋白質(zhì)直接改造，即使改造成功，被改造過的蛋白質(zhì)分子還是無法遺傳的。功，被改造過的蛋白質(zhì)分子還是無法遺傳的。（2）對(duì)基因進(jìn)行改造比對(duì)蛋白質(zhì)直接改造要容易操）對(duì)基因進(jìn)行改造比對(duì)蛋白質(zhì)直接改造要容易操作，難

9、度要小得多。作，難度要小得多。基因基因DNADNA氨基氨基酸序酸序列多列多肽鏈肽鏈蛋白蛋白質(zhì)三質(zhì)三維結(jié)維結(jié)構(gòu)構(gòu)預(yù)期功能預(yù)期功能生物功能生物功能mRNAmRNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄翻譯翻譯折疊折疊DNADNA合成合成分子設(shè)計(jì)分子設(shè)計(jì)二、蛋白質(zhì)工程的基本原理二、蛋白質(zhì)工程的基本原理 蛋白質(zhì)工程蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過基因修飾或基因合成，生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過基因修飾或基因合成，對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類對(duì)生產(chǎn)和生活的需求。人類對(duì)生產(chǎn)和生活的需求。異亮氨酸

10、半胱氨酸 科學(xué)家通過對(duì)胰島素的改造，已使其成科學(xué)家通過對(duì)胰島素的改造，已使其成為速效型藥品。為速效型藥品。 用蛋白質(zhì)工程方法制成的電子元件，具用蛋白質(zhì)工程方法制成的電子元件，具有體積小、耗電少和效率高的特點(diǎn)。有體積小、耗電少和效率高的特點(diǎn)。 蛋白質(zhì)發(fā)揮其功能需要依賴于正確的高蛋白質(zhì)發(fā)揮其功能需要依賴于正確的高級(jí)結(jié)構(gòu)，而科學(xué)家目前對(duì)大多數(shù)蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)，而科學(xué)家目前對(duì)大多數(shù)蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)了解很少，要設(shè)計(jì)出更加符合人類需級(jí)結(jié)構(gòu)了解很少，要設(shè)計(jì)出更加符合人類需要的蛋白質(zhì)還需要經(jīng)過艱辛的探索。要的蛋白質(zhì)還需要經(jīng)過艱辛的探索。三、蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展和前景三、蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展和前景四、蛋白質(zhì)工程與基因工

11、程的關(guān)系四、蛋白質(zhì)工程與基因工程的關(guān)系項(xiàng)目項(xiàng)目基因工程基因工程蛋白質(zhì)工程蛋白質(zhì)工程基本思路基本思路實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì)結(jié)果結(jié)果聯(lián)系聯(lián)系定向改造生物的遺傳定向改造生物的遺傳特性特性定向改造或生產(chǎn)人類定向改造或生產(chǎn)人類所需要的蛋白質(zhì)所需要的蛋白質(zhì)生產(chǎn)自然界已有的蛋生產(chǎn)自然界已有的蛋白質(zhì)白質(zhì)可生產(chǎn)自然界不存在可生產(chǎn)自然界不存在的蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上，延伸出來蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上，延伸出來的第二代基因工程。的第二代基因工程。DNAmRNADNAmRNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)折疊產(chǎn)生功能折疊產(chǎn)生功能確定蛋白質(zhì)的功能確定蛋白質(zhì)的功能 蛋白質(zhì)應(yīng)有的高級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)應(yīng)有的高級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)應(yīng)具備的折疊狀

12、態(tài)蛋白質(zhì)應(yīng)具備的折疊狀態(tài)應(yīng)有的氨基酸序列應(yīng)有的氨基酸序列 應(yīng)有的堿基排列應(yīng)有的堿基排列 思考：你知道酶工程嗎？絕大多數(shù)酶都是思考：你知道酶工程嗎？絕大多數(shù)酶都是蛋白質(zhì)，酶工程與蛋白質(zhì)工程有什么區(qū)別？蛋白質(zhì)，酶工程與蛋白質(zhì)工程有什么區(qū)別？ 酶工程就是指將酶所具有的生物催化作用，借助工酶工程就是指將酶所具有的生物催化作用，借助工程學(xué)的手段，應(yīng)用于生產(chǎn)、生活、醫(yī)療診斷和環(huán)境程學(xué)的手段，應(yīng)用于生產(chǎn)、生活、醫(yī)療診斷和環(huán)境保護(hù)等方面的一門科學(xué)技術(shù)。概括地說，酶工程是保護(hù)等方面的一門科學(xué)技術(shù)。概括地說，酶工程是由酶制劑的生產(chǎn)和應(yīng)用兩方面組成的。酶工程的應(yīng)由酶制劑的生產(chǎn)和應(yīng)用兩方面組成的。酶工程的應(yīng)用主要集中于食品工業(yè)、輕工業(yè)以及醫(yī)藥工業(yè)中。用主要集中于食品工業(yè)、輕工業(yè)以及醫(yī)藥工業(yè)中。 通常所說的酶工程是用工程菌生產(chǎn)酶制劑，而沒有通常所說的酶工程是用工程菌生產(chǎn)酶制劑，而沒有經(jīng)過由酶的功能來設(shè)計(jì)酶的分子結(jié)構(gòu)，然后由酶的經(jīng)過由酶的功能來設(shè)計(jì)酶的分子結(jié)構(gòu)，然后由酶的分子結(jié)構(gòu)來確定相應(yīng)基因的堿基序列等步驟。因此，分子結(jié)構(gòu)