基因工程的應(yīng)用、蛋白質(zhì)工程的崛起

基因工程的應(yīng)用、蛋白質(zhì)工程的崛起第1頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月問題引領(lǐng)1、植物基因工程技術(shù)主要用于哪些方面？請(qǐng)舉例說明。2、動(dòng)物基因工程技術(shù)主要用于哪些方面？請(qǐng)舉例說明。3、如何制備乳腺生物反應(yīng)器？4、如何制備器官移植的供體？5、有哪些基因工程藥物？6、基因治療的定義、成果、種類第2頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3基因工程的應(yīng)用基因工程的實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域有：農(nóng)牧業(yè)、工業(yè)、環(huán)境、能源、醫(yī)學(xué)衛(wèi)生等應(yīng)用生物：植物、動(dòng)物、微生物第3頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月一、植物基因工程碩果累累1、技術(shù)主要用于哪些方面？(1)提高農(nóng)作物抗逆能力如抗除草劑、抗蟲、抗病、抗干旱、抗鹽堿等(2)改良農(nóng)作物品質(zhì)如富含賴氨酸的玉米、耐儲(chǔ)存的番茄等(3)利用植物生產(chǎn)藥物第4頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月1.抗蟲轉(zhuǎn)基因植物優(yōu)點(diǎn)：減少環(huán)境污染、減低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)量舉例：棉花、水稻、玉米、馬鈴薯、番茄等等主要?dú)⑾x基因：Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、植物凝集素基因等第5頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月典型例子：轉(zhuǎn)基因抗蟲棉——Bt毒蛋白基因

抗蟲的基因來自蘇云金桿菌。蘇云金桿菌形成的伴胞晶體是一種毒性很強(qiáng)的蛋白晶體，能使棉鈴蟲等鱗翅口害蟲癱瘓致死?？茖W(xué)家將編碼這個(gè)蛋白質(zhì)的基因?qū)胱魑铮棺魑镒陨砭哂械钟x害的能力。第6頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月2.抗病轉(zhuǎn)基因植物抗病毒基因：

病毒外殼蛋白基因（CP）、病毒的復(fù)制酶基因.抗真菌基因：幾丁質(zhì)酶基因、抗毒素合成基因.引起植物生病的微生物稱為病原微生物，主要有病毒、真菌、細(xì)菌等。特異性第7頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月典型例子：抗煙草花葉病毒的轉(zhuǎn)基因煙草、抗病毒的轉(zhuǎn)基因小麥、甜椒轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的甜椒第8頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月3.其它抗逆轉(zhuǎn)基因植物特點(diǎn)：導(dǎo)入另一種生物的優(yōu)良性狀基因，獲得新性狀抵抗惡劣環(huán)境因素，從根本上改變作物的特性?？鼓婊颍赫{(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓的基因，使作物抗鹽堿、抗干旱、抗寒等?？钩輨?/p>

轉(zhuǎn)入魚的抗凍蛋白的番茄第9頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月4.利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)優(yōu)良基因：必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因、控制番茄果實(shí)成熟的基因、與植物花青素代謝有關(guān)的基因等第10頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月富含賴氨酸的轉(zhuǎn)基因玉米不會(huì)引起過敏的轉(zhuǎn)基因大豆轉(zhuǎn)入熒光素酶蛋白基因的發(fā)熒光煙草藍(lán)色妖姬第11頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月第12頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月轉(zhuǎn)基因生物與目的基因的關(guān)系轉(zhuǎn)基因生物目的基因從何來抗蟲棉基因抗病毒轉(zhuǎn)基因小麥抗立枯絲核菌(真菌)的煙草抗鹽堿和干旱作物耐寒的番茄抗除草劑的大豆富含賴氨酸的轉(zhuǎn)基因玉米轉(zhuǎn)基因延遲番茄轉(zhuǎn)基因牽?；ń档腿樘堑哪膛Ｉa(chǎn)胰島素的工程菌Bt毒蛋白基因蘇云金芽孢桿菌病毒外殼基因和病毒復(fù)制酶基因幾丁質(zhì)酶基因和抗毒素合成基因調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓的基因抗凍蛋白基因魚抗除草劑基因富含賴氨酸的蛋白質(zhì)編碼基因控制番茄果實(shí)成熟的基因植物花青素代謝有關(guān)的基因乳糖酶基因人胰島素基因人第13頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月二、動(dòng)物基因工程前景廣闊特點(diǎn)：發(fā)展較遲，應(yīng)用方面廣1、提高生長(zhǎng)速度2、改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)3、生產(chǎn)藥物4、作為器官移植的供體應(yīng)用前景：第14頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月1.用于提高動(dòng)物生長(zhǎng)速度原因：外源生長(zhǎng)激素基因的表達(dá)可以使轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生長(zhǎng)更快轉(zhuǎn)基因鯉魚超級(jí)小鼠第15頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月2.用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)優(yōu)點(diǎn)：避免食物過敏、腹瀉、惡心等不適腸乳糖酶基因——轉(zhuǎn)基因牛的乳汁中乳糖含量降低第16頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月將藥物蛋白基因與乳腺蛋白基因的啟動(dòng)子等調(diào)控組件重組在一起，通過顯微注射等方法，導(dǎo)入哺乳動(dòng)物的受精卵中，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。乳腺生物反應(yīng)器乳腺生物反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)：①產(chǎn)量高；②質(zhì)量好；③成本低；④易提取。3.用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)藥物（重點(diǎn)）第17頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月構(gòu)建基因表達(dá)載體顯微注射導(dǎo)入哺乳動(dòng)物受精卵中形成胚胎將胚胎送入母體動(dòng)物只有在產(chǎn)下的雌性動(dòng)物個(gè)體中，轉(zhuǎn)入的基因才能表達(dá)。獲取目的基因（例如血清蛋白基因）發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動(dòng)物乳房生物反應(yīng)器的操作過程過程：第18頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月第19頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月產(chǎn)物：抗凝血酶、血清白蛋白、生長(zhǎng)激素、α-抗胰蛋白酶本質(zhì)：蛋白質(zhì)類藥物第20頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月思考：★為什么乳腺能成為基因藥物最理想的表達(dá)場(chǎng)所呢？⑴乳腺是一個(gè)外分泌器官，乳汁不進(jìn)入體內(nèi)循環(huán)，不會(huì)影響轉(zhuǎn)基因動(dòng)物本身的生理代謝反應(yīng)。⑵從乳汁中獲取目的基因產(chǎn)物，產(chǎn)量高，易提純，表達(dá)的蛋白質(zhì)已經(jīng)過充分的修飾加工，具有穩(wěn)定的生物活性。⑶從乳汁中源源不斷獲得目的基因的產(chǎn)物的同時(shí)，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物又可無限繁殖。第21頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月乳房生物反應(yīng)器的操作過程與一般轉(zhuǎn)基因動(dòng)物操作過程有何不同之處？并闡述原因？

要在編碼蛋白質(zhì)的基因序列前加上乳腺組織中特異表達(dá)的啟動(dòng)子構(gòu)成表達(dá)載體。因?yàn)楫a(chǎn)品在奶中形成，需要乳腺組織中特異表達(dá)的啟動(dòng)子。（基因的選擇性表達(dá)）第22頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月器官移植出現(xiàn)的最大問題：免疫排斥方法一：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)方法二：設(shè)法除去抗原決定基因4.用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作器官移植的供體成果：轉(zhuǎn)基因克隆豬器官第23頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月在傳統(tǒng)的藥品生產(chǎn)中，某些藥品如胰島素、干擾素直接生物體的哪些結(jié)構(gòu)中提??？藥品直接從生物的組織、細(xì)胞或血液中提取。傳統(tǒng)生產(chǎn)方法的缺點(diǎn)由于受原料來源的限制，價(jià)格十分昂貴?？衫檬裁捶椒▉斫鉀Q上述問題？利用基因工程方法制造“工程菌”，可高效率地生產(chǎn)出各種高質(zhì)量、低成本的藥品。三、基因工程藥物異軍突起第24頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月基因工程藥品——胰島素（糖尿病）基因工程藥品——干擾素（抗病毒）基因工程藥品——乙肝病毒疫苗（免疫預(yù)防）已經(jīng)成功的有：第25頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月四、基因治療曙光初照1、定義：把正常的外源基因?qū)胗谢蛉毕莸哪承┕δ芗?xì)胞中，使該基因的表達(dá)產(chǎn)物發(fā)揮功能，達(dá)到治療疾病的目的。2、成果：將腺苷酸脫氨酶基因?qū)牖颊吡馨图?xì)胞治療復(fù)合型免疫缺陷癥3、分類：體內(nèi)治療、體外治療4、前景：廣闊，但還沒用于臨床第26頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月5.兩種基因治療途徑及其特點(diǎn)途徑方法特點(diǎn)不同點(diǎn)體外基因治療從患者體內(nèi)獲得某種細(xì)胞擴(kuò)增→輸入體內(nèi)(實(shí)例中第一個(gè))操作復(fù)雜，但效果較為可靠體內(nèi)基因治療直接向患者體內(nèi)組織中轉(zhuǎn)移基因(實(shí)例中第二個(gè))方法簡(jiǎn)便，但效果難以控制相同點(diǎn)都屬于基因治療，都是將正常的外源基因?qū)氚屑?xì)胞，以代替、修復(fù)、糾正缺陷基因。目前兩種方法都處于臨床實(shí)驗(yàn)階段第27頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月基因工程與食品業(yè)基因工程為食品工業(yè)中提供了什么前景？用基因工程的方法從微生物中獲得人們所需要的糖類、脂肪和維生素等產(chǎn)品。第28頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月基因工程與環(huán)境保護(hù)基因工程在環(huán)保方面有什么應(yīng)用？⑴用于環(huán)境監(jiān)測(cè)。⑵用于被污染環(huán)境的凈化。第29頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月通過基因工程方法怎樣進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)？例如：用DNA探針可以檢測(cè)飲用水中病毒的含量。此方法的特點(diǎn)是快速、靈敏，1噸水中有10個(gè)病毒也能檢測(cè)出來。第30頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月⑴用基因工程產(chǎn)物——“超級(jí)細(xì)菌”分解石油，可以大大提高細(xì)菌分解石油的效率。具體方法：將能分解三種烴類的假單孢桿菌的基因都轉(zhuǎn)移到能分解另一種烴類的假單孢桿菌內(nèi)，創(chuàng)造出了能同時(shí)分解四種烴類的“超級(jí)細(xì)菌”。⑵用基因工程培養(yǎng)出“吞噬”汞和降解土壤中DDT的細(xì)菌，以及能夠凈化鎘污染的植物。通過基因工程方法怎樣凈化被污染的環(huán)境？第31頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4蛋白質(zhì)工程的崛起第32頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月知識(shí)回顧基因工程的實(shí)質(zhì)是什么？將一種生物的基因轉(zhuǎn)移到另一種生物體內(nèi)，后者可以產(chǎn)生它本來不能產(chǎn)生的蛋白質(zhì)，進(jìn)而表現(xiàn)出新的性狀。思考：基因工程產(chǎn)生的蛋白質(zhì)是否完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要？第33頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由1基因工程的局限性：a、基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)b、天然蛋白質(zhì)不一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要2蛋白質(zhì)工程的目的：生產(chǎn)符合人們生活需要的并非自然界已存在的蛋白質(zhì)第34頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月例如：改造干擾素（半胱氨酸）體外很難保存干擾素（絲氨酸）體外可以保存半年玉米中賴氨酸含量比較低天冬氨酸激酶（352位的蘇氨酸）二氫吡啶二羧酸合成酶（104位的天冬酰胺）改造改造天冬氨酸激酶（異亮氨酸）二氫吡啶二羧酸合成酶（異亮氨酸）玉米中賴氨酸含量可提高數(shù)倍第35頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月二、蛋白質(zhì)工程的基本原理1蛋白質(zhì)工程的概念2前提：原理：目的：了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能改造基因（基因修飾或基因合成）定向改造或制造蛋白質(zhì)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，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)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。第36頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月蛋白質(zhì)工程流程圖：蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)氨基酸序列多肽鏈基因DNA預(yù)期功能DNA合成分子設(shè)計(jì)mRNA生物功能轉(zhuǎn)錄翻譯折疊從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列找到相應(yīng)的脫氧核苷酸序列第37頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月蛋白質(zhì)改造工程的實(shí)例：3．胰島素改造天然胰島素制劑在儲(chǔ)存中易形成二聚