《1.3-1.4 基因工程的应用和蛋白质工程(个人原创精品2015年).ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《1.3-1.4 基因工程的应用和蛋白质工程(个人原创精品2015年).ppt（54页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、1.3 1.3 基因工程的应用第一只转基因动物（第一只转基因动物（19801980）第一只转基因灵长类动物（安迪）第一只转基因灵长类动物（安迪）基因工程的应用转基因抗虫水稻转基因抗虫水稻转基因干扰素（安达芬）转基因干扰素（安达芬）主要在抗病虫害、主要在抗病虫害、抗逆性、提高品质等方抗逆性、提高品质等方面的转基因作物。至面的转基因作物。至19981998年年4 4月，世界各国月，世界各国批准进行的大田实验已批准进行的大田实验已达达43874387项，其中项，其中大豆、大豆、玉米、棉花、油菜玉米、棉花、油菜已经已经进入商业应用阶段。进入商业应用阶段。一、植物基因工程硕果累累 20012001年转基
2、因作物种植面年转基因作物种植面积最大的四个国家及其所占比例积最大的四个国家及其所占比例68%22%7%3%一、植物基因工程硕果累累1、提高农作物的抗逆能力（抗虫）转基因抗虫苹果转基因抗虫棉花所采用的抗虫基因主要有：BtBt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等、植物凝集素基因等一、植物基因工程硕果累累1、提高农作物的抗逆能力（抗病）转黄瓜抗青枯转黄瓜抗青枯(细菌细菌)病基因的马铃薯病基因的马铃薯抗烟草花叶病毒的转基因烟草抗烟草花叶病毒的转基因烟草抗病毒：病毒外壳蛋白基因、病毒的复制酶基因病毒外壳蛋白基因、病毒的复制酶基因抗
3、真菌：几丁质酶基因、抗毒素合成基因基因几丁质酶基因、抗毒素合成基因基因基因基因抗细菌：裂解肽基因、溶菌酶基因裂解肽基因、溶菌酶基因一、植物基因工程硕果累累1、提高农作物的抗逆能力（其他抗逆转基因作物）抗盐碱和干旱作物：抗盐碱和干旱作物：调节细胞渗透压的基因调节细胞渗透压的基因耐寒的番茄：耐寒的番茄：鱼的抗冻蛋白基因鱼的抗冻蛋白基因抗除草剂的大豆：抗除草剂的大豆：抗除草剂基因抗除草剂基因转基因抗除草剂玉米转基因抗除草剂玉米一、植物基因工程硕果累累2、利用转基因改良植物的品质富含赖氨酸的转基因玉米富含赖氨酸的转基因玉米富含胡萝卜素的富含胡萝卜素的“金大米金大米”转基因延熟番茄转基因延熟番茄普通番茄
4、普通番茄一、植物基因工程硕果累累2、利用转基因改良植物的品质转基因龙转基因龙胆花胆花转基因蓝转基因蓝猪耳猪耳观赏花卉观赏花卉问题：颜色单调，变色困难问题：颜色单调，变色困难解决：花青素有关调节基因解决：花青素有关调节基因转基转基因牵牛花因牵牛花二、动物基因工程前景广阔转基因鲑鱼转基因鲑鱼导入导入外源生长激素基因外源生长激素基因，使转基因动物生长得更快使转基因动物生长得更快将将肠肠乳糖酶基因乳糖酶基因导入奶牛导入奶牛基因组，转基因奶牛分泌基因组，转基因奶牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大的乳汁中乳糖的含量大大减低，其它营养成分不变。减低，其它营养成分不变。二、动物基因工程前景广阔乳腺（房）生物反应器：
5、乳腺（房）生物反应器：指以转基因雌性动物个体的乳腺分指以转基因雌性动物个体的乳腺分泌泌乳汁乳汁来生产所需药品来生产所需药品。成果：抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素、成果：抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素、抗胰蛋抗胰蛋 白酶白酶转基因动物生产药物转基因动物生产药物就基因药物而言，最理想的表达场就基因药物而言，最理想的表达场所是转基因动物的所是转基因动物的乳腺乳腺。二、动物基因工程前景广阔用转基因动物作器官移植的供体用转基因动物作器官移植的供体器官移植问题：器官移植问题：1 1、供体器官少、供体器官少 2 2、排斥反应强、排斥反应强具特殊用途的猪和小鼠具特殊用途的猪和小鼠三、基因工程药品异军突起胰岛素
6、分子结构胰岛素分子结构胰岛素分子结构胰岛素分子结构v胰岛素是治疗糖尿病的特效药，长期以来只能依靠从猪、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%!含有含有51个氨基酸，两条个氨基酸，两条肽链，化学本质是蛋白肽链，化学本质是蛋白质。所以只能静脉注射质。所以只能静脉注射胰岛素。胰岛素。干扰素分子结构干扰素分子结构干扰素分子结构干扰素分子结构三、基因工程药品异军突起干扰素注射剂干扰素注射剂干扰素注射剂干扰素注射剂干扰素是干扰素是病毒侵入细胞后产生病毒侵入细胞后产生的
7、一种的一种糖蛋白糖蛋白。几乎能。几乎能抵抗所抵抗所有有病毒引起的病毒引起的感染感染，是一种，是一种抗病毒的特效药抗病毒的特效药。此外对治疗某。此外对治疗某些些癌症和白血病癌症和白血病也有一定疗效。也有一定疗效。过去从人血中提取，过去从人血中提取，300L300L血血才提取才提取1mg1mg！三、基因工程药品异军突起人人造造血血液液及及其其生生产产v人造血液、白细胞介素、乙肝疫苗等通过基因工程人造血液、白细胞介素、乙肝疫苗等通过基因工程实现工业化生产，均为解除人类的病苦，提高人类实现工业化生产，均为解除人类的病苦，提高人类的健康水平发挥了重大的作用的健康水平发挥了重大的作用。四、基因治疗曙光初照
8、 基因治疗：基因治疗：把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，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，这是从而达到治疗疾病的目的，这是治疗遗传病的最有效的手治疗遗传病的最有效的手段（根本手段）段（根本手段）。SCIDSCID患者生存在无菌环境中患者生存在无菌环境中患者生存在无菌环境中患者生存在无菌环境中v重症联合免疫缺陷（SCID）患者缺乏正常的人体免疫功能，只要稍被细菌或者病毒感染，就会发病死亡。这个病的机理是细胞的一个常染色体上编码腺苷酸脱氨酶的基因（ada）发生了突变。可以通过基因工程的方法治疗。体外基因治疗：体外基因治疗：从病人体内获取某
9、种细胞进行培养，然后，在体外完成基因从病人体内获取某种细胞进行培养，然后，在体外完成基因转移，再筛选成功转移的细胞扩大培养，最后重新输入患者体内。转移，再筛选成功转移的细胞扩大培养，最后重新输入患者体内。体内基因治疗：用基因工程的方法，直接向人体组织体内基因治疗：用基因工程的方法，直接向人体组织细胞中转移基因的治疗方法。细胞中转移基因的治疗方法。例如：例如：囊性纤维病囊性纤维病治疗，治疗，利用修饰的利用修饰的腺病毒腺病毒作为载体，作为载体，将治疗囊性纤维病的正常基因转入患者的肺部将治疗囊性纤维病的正常基因转入患者的肺部组织中。组织中。基因治疗基因治疗基因诊断基因诊断 基因诊断也称为基因诊断也称
10、为DNADNA诊断诊断或或基因探针技术基因探针技术，即在，即在DNADNA水平分析检测某一基因，从而对特定的疾病水平分析检测某一基因，从而对特定的疾病进行诊断。进行诊断。如用白血病患者细胞中分离出的癌基如用白血病患者细胞中分离出的癌基因制备的因制备的DNADNA探针，可以用来检测白血病。探针，可以用来检测白血病。探针制备：探针制备：放射性同位素放射性同位素(如如3232P)P)、荧光分子荧光分子等标记等标记的的DNADNA分子；分子；原原 理：利用理：利用DNADNA分子杂交原理分子杂交原理1.4 蛋白质工程的崛起一一、蛋蛋白白质质工工程程崛崛起起的的缘缘由由基因工程的实质：基因工程的实质：将
11、一种生物的将一种生物的基因基因转移到转移到另一种生物体内另一种生物体内，使后者产生本身不能产生的蛋白质，从而使后者产生本身不能产生的蛋白质，从而表现出新的性状。表现出新的性状。基因工程的实质：基因工程的实质：在原则上只能产生自然界已存在的蛋白质。在原则上只能产生自然界已存在的蛋白质。基因工程基因工程一一、蛋蛋白白质质工工程程崛崛起起的的缘缘由由改造改造干扰素（干扰素（半胱氨酸半胱氨酸）体外很难保存体外很难保存玉米中赖氨酸含量比较低玉米中赖氨酸含量比较低天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶（352352位的苏氨酸）位的苏氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶（104104位的天冬酰胺）位的天冬酰胺）
12、改造改造改造改造天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶（异亮氨酸）（异亮氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶（异亮氨酸）（异亮氨酸）玉米中赖氨酸含量可提高数倍玉米中赖氨酸含量可提高数倍干扰素（干扰素（丝氨酸丝氨酸）体外可以保存半年体外可以保存半年-70-70通过物理化学与生物化学等技术通过物理化学与生物化学等技术了解了解蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能，并借助计算机辅助，并借助计算机辅助设计、基因定点诱变和重组设计、基因定点诱变和重组DNA技术改造技术改造基因，以基因，以定向改造天然蛋白质定向改造天然蛋白质，甚至创造，甚至创造自然界不存在的蛋白质的技术。其中自然界不存在的蛋白质的技术。其中基因
13、基因工程是关键技术。工程是关键技术。因此蛋白质工程又被称为第二代基因工程。因此蛋白质工程又被称为第二代基因工程。蛋白质工程的概念蛋白质工程的概念原理原理:改造基因（基因修饰或基因合成）改造基因（基因修饰或基因合成）二二、蛋蛋白白质质工工程程的的基基本本原原理理由于基因决定蛋白质，因此，要对蛋由于基因决定蛋白质，因此，要对蛋白质的结构进行改造，最终还必须通过基白质的结构进行改造，最终还必须通过基因来完成。因来完成。通过基因工程来改造蛋白质通过基因工程来改造蛋白质原理原理:改造基因（基因修饰或基因合成）改造基因（基因修饰或基因合成）二二、蛋蛋白白质质工工程程的的基基本本原原理理由于基因决定蛋白质，
14、因此，要对蛋由于基因决定蛋白质，因此，要对蛋白质的结构进行改造，最终还必须通过基白质的结构进行改造，最终还必须通过基因来完成。因来完成。预期蛋白质功能设计 预期的蛋白质 推测应有的 氨基酸 序列找到对应的脱氧核苷酸序列。途径途径:预期预期功能功能DNA合成合成分子设计分子设计生物生物功能功能转转录录翻翻译译折折叠叠蛋白质工程流程图蛋白质工程流程图中心法则中心法则蛋白质合成的过程是按照中心法则进行的。蛋白质合成的过程是按照中心法则进行的。而蛋白质工程的过程却与之相反。而蛋白质工程的过程却与之相反。蛋白质工程现状蛋白质工程现状蛋白质工程目前的现蛋白质工程目前的现状：成功的例子不多，主状：成功的例子
15、不多，主要是因为蛋白质发挥其功要是因为蛋白质发挥其功能需要依赖于正确的空间能需要依赖于正确的空间结构，而科学家目前对大结构，而科学家目前对大多数蛋白质的空间结构了多数蛋白质的空间结构了解很少。解很少。三三、蛋蛋白白质质工工程程的的进进展展和和前前景景蛋白质工程的前景蛋白质工程的前景蛋白质工程汇集了当代分子生物学等学蛋白质工程汇集了当代分子生物学等学科的一些前沿领域的最新成就，它把核酸与科的一些前沿领域的最新成就，它把核酸与蛋白质结合、蛋白质空间结构与生物功能结蛋白质结合、蛋白质空间结构与生物功能结合起来研究。蛋白质工程将蛋白质与酶的研合起来研究。蛋白质工程将蛋白质与酶的研究推进到崭新的时代，为
16、蛋白质和酶在工业、究推进到崭新的时代，为蛋白质和酶在工业、农业和医药方面的应用开拓了诱人的前景。农业和医药方面的应用开拓了诱人的前景。蛋白质工程开创了按照人类意愿改造、创造蛋白质工程开创了按照人类意愿改造、创造符合人类需要的蛋白质的新时期。符合人类需要的蛋白质的新时期。当前，蛋白质工程修饰、改造当前，蛋白质工程修饰、改造的蛋白质为数不算多，但进展较快。的蛋白质为数不算多，但进展较快。随着基因组测序的国际联合行动的随着基因组测序的国际联合行动的快速进展，也带来并已出现了蛋白快速进展，也带来并已出现了蛋白质高速发展的新阶段。质高速发展的新阶段。蛋白质工程进展蛋白质工程进展1医药方面医药方面许多蛋白
17、质工程的目标是设法提高许多蛋白质工程的目标是设法提高蛋白质的稳定性。在酶反应器中可延长蛋白质的稳定性。在酶反应器中可延长酶的半衰期或增强其热稳定性，也可以酶的半衰期或增强其热稳定性，也可以延长治疗用蛋白质的贮存寿命或重要氨延长治疗用蛋白质的贮存寿命或重要氨基酸抗氧化失活的能力。在这个领域已基酸抗氧化失活的能力。在这个领域已取得了一些重要研究成果。用蛋白质工取得了一些重要研究成果。用蛋白质工程来改造特殊蛋白质为制造特效抗癌药程来改造特殊蛋白质为制造特效抗癌药物开辟了新途径。物开辟了新途径。2在农业方面在农业方面蛋白质工程正在成为改造农业，大幅蛋白质工程正在成为改造农业，大幅度提高粮食产量的新途径
18、。近年来，美国度提高粮食产量的新途径。近年来，美国坎布里奇的雷普里根公司的科研人员立题，坎布里奇的雷普里根公司的科研人员立题，以蛋白质工程作为设计优良微生物农药的以蛋白质工程作为设计优良微生物农药的新思路，他们实施对微生物蛋白质结构进新思路，他们实施对微生物蛋白质结构进行修改，仅此一举，使微生物农药的杀虫行修改，仅此一举，使微生物农药的杀虫率提高了率提高了10倍。倍。蛋白质工程在工业上的应用取得的成果蛋白质工程在工业上的应用取得的成果亦是很多。现以改变酶的动力学特性研制出亦是很多。现以改变酶的动力学特性研制出高效除污酶为例说明其应用价值高效除污酶为例说明其应用价值。另外，美国、日本等国家的科学
19、工作者利另外，美国、日本等国家的科学工作者利用蛋白质工程研制生物元件来取代用蛋白质工程研制生物元件来取代“硅芯片硅芯片”，研制生物计算机，开发生物传感器的蛋白质，研制生物计算机，开发生物传感器的蛋白质都取得了重大进展。还有利用蛋白质（酶）生都取得了重大进展。还有利用蛋白质（酶）生产模仿羊毛、蚕丝、蜘蛛丝，其强度高、质量产模仿羊毛、蚕丝、蜘蛛丝，其强度高、质量轻，均是蛋白质工程取得的应用性研究成果。轻，均是蛋白质工程取得的应用性研究成果。课堂小结课堂小结比较基因工程和蛋白质工程比较基因工程和蛋白质工程基因工程基因工程蛋白质工程蛋白质工程相同点相同点都要改造基因，都属于分子水平都要改造基因，都属于
20、分子水平产生新的产生新的基因型，无新基因基因型，无新基因基因（型）基因（型）产生的蛋白质产生的蛋白质原有的原有的新的新的联系联系蛋白质工程以基因工程为基础，蛋白质工程以基因工程为基础，是基因工程的应用和延伸是基因工程的应用和延伸基因基因表达（转录和翻译）表达（转录和翻译）形成氨基酸序列的多肽链形成氨基酸序列的多肽链天然蛋白质的合成途径：天然蛋白质的合成途径：形成具有高级结构的蛋白质形成具有高级结构的蛋白质行使生物功能行使生物功能蛋白质工程的途径：蛋白质工程的途径：预期的蛋白质功能出发预期的蛋白质功能出发设计预期的蛋白质结构设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列推测应有的氨基酸序列找到相应的脱
21、氧核苷酸序列酸找到相应的脱氧核苷酸序列酸课堂练习课堂练习 1.蛋白质工程的目标是根据对蛋白质（蛋白质工程的目标是根据对蛋白质（）的特定需求，对蛋白的特定需求，对蛋白 质的（质的（）进行分子设计。）进行分子设计。如：玉米的赖氨酸含量低，原因是赖氨酸合如：玉米的赖氨酸含量低，原因是赖氨酸合成过程中的两个关键的酶（成过程中的两个关键的酶（）和）和（）的活性受赖氨酸浓度的）的活性受赖氨酸浓度的影响，如果将（影响，如果将（）中的第）中的第352位的位的苏氨酸变为（苏氨酸变为（），把（），把（）中第）中第104位的天冬酰胺变成（位的天冬酰胺变成（）就可）就可以提高玉米中的氨基酸含量以提高玉米中的氨基酸含量
22、2-5倍。倍。功能的特定需求功能的特定需求结构结构天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶异亮氨酸异亮氨酸二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶异亮氨酸异亮氨酸2 2.蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是（）A.A.氨基酸结构氨基酸结构氨基酸结构氨基酸结构B.B.蛋白质空间结构蛋白质空间结构蛋白质空间结构蛋白质空间结构C.C.肽链结构肽链结构肽链结构肽链结构 D.D.基因结构基因结构基因结构基因结构D3.3.科学家将科学家将科学家将科学家
23、将 干扰素基因进行定点突变导入大肠干扰素基因进行定点突变导入大肠干扰素基因进行定点突变导入大肠干扰素基因进行定点突变导入大肠杆菌表达，使干扰素第杆菌表达，使干扰素第杆菌表达，使干扰素第杆菌表达，使干扰素第1717位的半胱氨酸改变成丝位的半胱氨酸改变成丝位的半胱氨酸改变成丝位的半胱氨酸改变成丝氨酸，结果大大提高氨酸，结果大大提高氨酸，结果大大提高氨酸，结果大大提高-干扰素的抗病性活性，并干扰素的抗病性活性，并干扰素的抗病性活性，并干扰素的抗病性活性，并且提高了储存稳定性，该生物技术为且提高了储存稳定性，该生物技术为且提高了储存稳定性，该生物技术为且提高了储存稳定性，该生物技术为（）A.A.基因工
24、程基因工程基因工程基因工程B.B.蛋白质工程蛋白质工程蛋白质工程蛋白质工程C.C.基因突变基因突变基因突变基因突变D.D.细胞工程细胞工程细胞工程细胞工程B4 4简答：简答：简答：简答：基因工程与蛋白质工程的联系与区别？基因工程与蛋白质工程的联系与区别？基因工程与蛋白质工程的联系与区别？基因工程与蛋白质工程的联系与区别？联系：联系：区别：区别：基因工程需对基因进行分子水平操基因工程需对基因进行分子水平操基因工程需对基因进行分子水平操基因工程需对基因进行分子水平操作，蛋白质工程不对基因进行操作作，蛋白质工程不对基因进行操作作，蛋白质工程不对基因进行操作作，蛋白质工程不对基因进行操作蛋白质工程以基
25、因工程为基础，蛋白质工程以基因工程为基础，是基因工程的应用和延伸是基因工程的应用和延伸提示：提示：思考与探究答案思考与探究答案1.蛋白质工程的崛起主要是蛋白质工程的崛起主要是工业生产和基础理论研究的需工业生产和基础理论研究的需要。而结构生物学对大量蛋白要。而结构生物学对大量蛋白质分子的精确立体结构及其复质分子的精确立体结构及其复杂的生物功能的分析结果，为杂的生物功能的分析结果，为设计改造天然蛋白质提供了蓝设计改造天然蛋白质提供了蓝图。分子遗传学的以定点突变图。分子遗传学的以定点突变为中心的基因操作技术为蛋白为中心的基因操作技术为蛋白质工程提供了手段。质工程提供了手段。3.提示：提示：酶工程就是
26、指将酶所具有的生酶工程就是指将酶所具有的生物催化作用，借助工程学的手段，物催化作用，借助工程学的手段，应用于生产、生活、医疗诊断和环应用于生产、生活、医疗诊断和环境保护等方面的一门科学技术。境保护等方面的一门科学技术。酶工程的重点在于对已存酶的合酶工程的重点在于对已存酶的合理充分利用，而蛋白质工程的重点则理充分利用，而蛋白质工程的重点则在于对已存在的蛋白质分子的改造。在于对已存在的蛋白质分子的改造。当然，随着蛋白质工程的发展，其成当然，随着蛋白质工程的发展，其成果也会应用到酶工程中，使酶工程成果也会应用到酶工程中，使酶工程成为蛋白质工程的一部分。为蛋白质工程的一部分。2.提示：提示：基因工程是遵循中心法则，基因工程是遵循中心法则，从从DNAmRNA蛋白质蛋白质折折叠产生功能，基本上是生产出叠产生功能，基本上是生产出自然界已有的蛋白质。蛋白质自然界已有的蛋白质。蛋白质工程是按照以下思路进行的：工程是按照以下思路进行的：确定蛋白质的功能确定蛋白质的功能蛋白质应蛋白质应有的高级结构有的高级结构蛋白质应具备蛋白质应具备的折叠状态的折叠状态应有的氨基酸序应有的氨基酸序列列应有的碱基排列，可以创应有的碱基排列，可以创造自然界不存在的蛋白质。造自然界不存在的蛋白质。