基因工程的应用、蛋白质工程的崛起讲稿.ppt

关于基因工程的应用、蛋白质工程的崛起第一页，讲稿共四十一页哦问题引领问题引领1 1、植物基因工程技术主要用于哪些方面？、植物基因工程技术主要用于哪些方面？请举例说明。请举例说明。2 2、动物基因工程技术主要用于哪些方面？、动物基因工程技术主要用于哪些方面？请举例说明。请举例说明。3 3、如何制备乳腺生物反应器？、如何制备乳腺生物反应器？4 4、如何制备器官移植的供体？、如何制备器官移植的供体？5 5、有哪些基因工程药物？、有哪些基因工程药物？6 6、基因治疗的定义、成果、种类、基因治疗的定义、成果、种类第二页，讲稿共四十一页哦基因工程的实际应用领域有：基因工程的实际应用领域有：农牧业、工业、环境、能源、医学卫生等农牧业、工业、环境、能源、医学卫生等应用生物：应用生物：植物、动物、微生物植物、动物、微生物第三页，讲稿共四十一页哦一、一、植物基因工程硕果累累植物基因工程硕果累累1 1、技术主要用于哪些方面、技术主要用于哪些方面？(1)(1)提高农作物抗逆能力提高农作物抗逆能力如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱、抗盐碱等如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱、抗盐碱等(2)(2)改良农作物品质改良农作物品质如富含赖氨酸的玉米、耐储存的番茄等如富含赖氨酸的玉米、耐储存的番茄等(3)(3)利用植物生产药物利用植物生产药物第四页，讲稿共四十一页哦优点：优点：减少环境污染、减低生产成本、提高产量减少环境污染、减低生产成本、提高产量举例：棉花、水稻、玉米、马铃薯、番茄等等举例：棉花、水稻、玉米、马铃薯、番茄等等主要杀虫基因：主要杀虫基因：Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等第五页，讲稿共四十一页哦典型例子：转基因抗虫棉典型例子：转基因抗虫棉Bt毒蛋白基因毒蛋白基因 抗虫的基因来自抗虫的基因来自苏云金苏云金杆菌杆菌。苏云金杆菌形成。苏云金杆菌形成的伴胞晶体是一种毒性的伴胞晶体是一种毒性很强的蛋白晶体，能使很强的蛋白晶体，能使棉铃虫等鳞翅口害虫瘫棉铃虫等鳞翅口害虫瘫痪致死。科学家将编码痪致死。科学家将编码这个蛋白质的基因导入这个蛋白质的基因导入作物，使作物自身具有作物，使作物自身具有抵御虫害的能力。抵御虫害的能力。第六页，讲稿共四十一页哦抗病毒基因：抗病毒基因：病毒外壳蛋白基因（病毒外壳蛋白基因（CP）、病毒的复制酶基因）、病毒的复制酶基因.抗真菌基因：抗真菌基因：几丁质酶基因、抗毒素合成基因几丁质酶基因、抗毒素合成基因.引起植物生病的微生物称为引起植物生病的微生物称为病原微生物病原微生物，主要，主要有病毒、真菌、细菌等。有病毒、真菌、细菌等。特异性特异性第七页，讲稿共四十一页哦典型例子：抗烟草花叶病毒的转基因烟草、典型例子：抗烟草花叶病毒的转基因烟草、抗病毒的转基因小麦、甜椒抗病毒的转基因小麦、甜椒转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转黄瓜抗青枯病基因的甜椒第八页，讲稿共四十一页哦 特点：导入另一种生物的优良性状基因，获得新性状特点：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。抵抗恶劣环境因素，从根本上改变作物的特性。抗逆基因：调节抗逆基因：调节细胞渗透压细胞渗透压的基因，使作物抗盐碱、的基因，使作物抗盐碱、抗干旱、抗寒等。抗干旱、抗寒等。抗除草剂抗除草剂 转入鱼的抗冻蛋白的番茄转入鱼的抗冻蛋白的番茄第九页，讲稿共四十一页哦优良基因：必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因、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、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与植物花青素代谢有关的基因等第十页，讲稿共四十一页哦富含赖氨酸的转基因玉米富含赖氨酸的转基因玉米不会引起过敏的转基因大豆不会引起过敏的转基因大豆转入荧光素酶蛋白基转入荧光素酶蛋白基因的发荧光烟草因的发荧光烟草第十一页，讲稿共四十一页哦第十二页，讲稿共四十一页哦Bt毒蛋白基因毒蛋白基因苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌病毒外壳基因和病毒复制酶基因病毒外壳基因和病毒复制酶基因几丁质酶基因和抗毒素合成基因几丁质酶基因和抗毒素合成基因调节细胞渗透压的基因调节细胞渗透压的基因抗冻蛋白基因抗冻蛋白基因鱼鱼抗除草剂基因抗除草剂基因富含赖氨酸的蛋白质编码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控制番茄果实成熟的基因植物花青素代谢有关的基因植物花青素代谢有关的基因乳糖酶基因乳糖酶基因人胰岛素基因人胰岛素基因人人第十三页，讲稿共四十一页哦二、动物基因工程前景广阔特点：特点：发展较迟，应用方面广发展较迟，应用方面广1、提高生长速度、提高生长速度2、改善畜产品的品质、改善畜产品的品质3、生产药物、生产药物4、作为器官移植的供体、作为器官移植的供体应用前景：应用前景：第十四页，讲稿共四十一页哦原因：原因：外源外源生长激素基因生长激素基因的表达可以使转基因的表达可以使转基因 动物生长更快动物生长更快转基因鲤鱼转基因鲤鱼第十五页，讲稿共四十一页哦优点：优点：避免食物过敏、腹泻、恶心等不适避免食物过敏、腹泻、恶心等不适肠乳糖酶基因肠乳糖酶基因转基因牛转基因牛的乳汁中乳糖含量降低的乳汁中乳糖含量降低第十六页，讲稿共四十一页哦将将药物蛋白基因药物蛋白基因与乳腺蛋白基因的与乳腺蛋白基因的启动子启动子等调控等调控组件重组在一起，通过组件重组在一起，通过显微注射显微注射等方法，导入哺等方法，导入哺乳动物的乳动物的受精卵受精卵中，将受精卵送入母体，使其发育中，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，称为过分泌乳汁生产所需要的药品，称为乳腺生物反乳腺生物反应器或乳房生物反应器应器或乳房生物反应器。乳腺生物反应器乳腺生物反应器乳腺生物反应器的乳腺生物反应器的优点：优点：产量高；质量好；产量高；质量好；成本低；易提取。成本低；易提取。第十七页，讲稿共四十一页哦过程：过程：第十八页，讲稿共四十一页哦第十九页，讲稿共四十一页哦产物：产物：抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素、抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素、-抗抗胰蛋白酶胰蛋白酶本质：本质：蛋白质类药物蛋白质类药物第二十页，讲稿共四十一页哦思考：为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢？为什么乳腺能成为基因药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，乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体内循环，不会影不会影响响转基因动物本身的生理代谢反应。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，从乳汁中获取目的基因产物，产量高产量高，易提纯易提纯，表，表达的蛋白质已经过充分的达的蛋白质已经过充分的修饰加工修饰加工，具有稳定的生物活性，具有稳定的生物活性。从乳汁中从乳汁中源源不断源源不断获得目的基因的产物的同时，转基获得目的基因的产物的同时，转基因动物又可无限繁殖。因动物又可无限繁殖。第二十一页，讲稿共四十一页哦 乳房生物反应器的操作过程与一般转基因动物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？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）启动子。（基因的选择性表达）第二十二页，讲稿共四十一页哦器官移植出现的最大问题：器官移植出现的最大问题：免疫排斥免疫排斥方法一：将器官供体基因组导入某种调节因方法一：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子以抑制抗原决定基因的表达方法二：设法除去抗原决定基因方法二：设法除去抗原决定基因 成果：成果：转基因克隆猪器官转基因克隆猪器官第二十三页，讲稿共四十一页哦 在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰素直接生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？物体的哪些结构中提取？药品直接从生物的药品直接从生物的组织组织、细胞细胞或或血液血液中提取。中提取。传统生产方法的缺点传统生产方法的缺点 由于受原料来源的限制，由于受原料来源的限制，价格价格十分十分昂贵昂贵。可利用什么方法来解决上述问题？可利用什么方法来解决上述问题？利用利用基因工程基因工程方法制造方法制造“工程菌工程菌”，可，可高效率高效率地生产地生产出各种出各种高质量高质量、低成本低成本的药品。的药品。第二十四页，讲稿共四十一页哦已经成功的有：已经成功的有：第二十五页，讲稿共四十一页哦四、基因治疗曙光初照四、基因治疗曙光初照1 1、定义：、定义：把正常的外源基因导入有基因缺陷的某把正常的外源基因导入有基因缺陷的某些功能细胞中，使该基因的表达产物发挥功能，达些功能细胞中，使该基因的表达产物发挥功能，达到治疗疾病的目的。到治疗疾病的目的。2 2、成果：、成果：将腺苷酸脱氨酶基因导入患者淋巴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细胞治疗复合型免疫缺陷症3 3、分类：、分类：体内治疗、体外治疗体内治疗、体外治疗4 4、前景：、前景：广阔，但还没用于临床广阔，但还没用于临床第二十六页，讲稿共四十一页哦5.两种基因治疗途径及其特点两种基因治疗途径及其特点途径途径方法方法特点特点不同不同点点体外基体外基因治疗因治疗从患者体内获得某种细胞从患者体内获得某种细胞扩增扩增输入体内输入体内(实例中实例中第一个第一个)操作复杂，操作复杂，但效果较为但效果较为可靠可靠体内基体内基因治疗因治疗直接向患者体内组织中转直接向患者体内组织中转移基因移基因(实例中第二个实例中第二个)方法简便，方法简便，但效果难以但效果难以控制控制相同相同点点都属于基因治疗，都是将正常的外源基因导入靶都属于基因治疗，都是将正常的外源基因导入靶细胞，以代替、修复、纠正缺陷基因。目前两种细胞，以代替、修复、纠正缺陷基因。目前两种方法都处于临床实验阶段方法都处于临床实验阶段第二十七页，讲稿共四十一页哦第二十八页，讲稿共四十一页哦第二十九页，讲稿共四十一页哦第三十页，讲稿共四十一页哦第三十一页，讲稿共四十一页哦1.4 1.4 蛋白质工程的崛起蛋白质工程的崛起第三十二页，讲稿共四十一页哦知识回顾基因工程的实质是什么？基因工程的实质是什么？将将一种生物的基因一种生物的基因转移到转移到另一种生物体内另一种生物体内，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而表现出新的性状。思考：思考：基因工程产生的蛋白质是否完全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？符合人类生产和生活的需要？第三十三页，讲稿共四十一页哦一、蛋白质工程崛起的缘由1 1基因工程的局限性：基因工程的局限性：a、基因工程在原则上只能生产自然基因工程在原则上只能生产自然 界已存在的蛋白质界已存在的蛋白质b、天然蛋白质不一定完全符合人类、天然蛋白质不一定完全符合人类 生产和生活的需要生产和生活的需要2 2蛋白质工程的目的：蛋白质工程的目的：生产符合人们生活需要的并生产符合人们生活需要的并非自然界非自然界已存在已存在的蛋白质的蛋白质第三十四页，讲稿共四十一页哦例如：改造改造干扰素（半胱氨酸）干扰素（半胱氨酸）体外很难保存体外很难保存干扰素（丝氨酸）干扰素（丝氨酸）体外可以保存半年体外可以保存半年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（352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（104位的天冬酰胺）位的天冬酰胺）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（异二氢吡啶二羧酸合成酶（异亮氨酸）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第三十五页，讲稿共四十一页哦二、蛋白质工程的基本原理1 1蛋白质工程的概念蛋白质工程的概念2 2前提：前提：原理：原理：目的：目的：了解蛋白质的结构和功能了解蛋白质的结构和功能改造基因（基因修饰或基因合成）改造基因（基因修饰或基因合成）定向改造或制造蛋白质定向改造或制造蛋白质第三十六页，讲稿共四十一页哦蛋白质工程流程图：蛋白质蛋白质三维结构三维结构氨基酸序列氨基酸序列多肽链多肽链基因基因DNA预期预期功能功能DNA合成合成分子分子设计设计mRNA生物生物功能功能转录转录翻译翻译折叠折叠从预期的蛋白质功能出发从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氧核苷酸序列找到相应的脱氧核苷酸序列第三十七页，讲稿共四十一页哦蛋白质改造工程的实例：3 3胰岛素改造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，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，也增加了抗原性，这是降血糖作用，也增加了抗原性，这是胰岛素胰岛素B23-B28B23-B28氨基酸残基结构氨基酸残基结构所致。利用蛋白质工程技术改变这些残所致。利用蛋白质工程技术改变这些残基，则可降低其聚合作用，使胰岛素快速起作用。该速效基，则可降低其聚合作用，使胰岛素快速起作用。该速效胰岛素已通过临床实验。胰岛素已通过临床实验。第三十八页，讲稿共四十一页哦三、蛋白质工程的进展与前景蛋白质工程目前的现状：蛋白质工程目前的现状：成功的例子不多，主要是成功的例子不多，主要是因为蛋白质发挥其功能需因为蛋白质发挥其功能需要依赖于正确的空间结构要依赖于正确的空间结构，而科学家目前对大多数，而科学家目前对大多数蛋白质的空间结构了解很蛋白质的空间结构了解很少。少。第三十九页，讲稿共四十一页哦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第四十页，讲稿共四十一页哦【典例【典例3 3】现代生物技术并不是各自独立的现代生物技术并不是各自独立的,而是相互联而是相互联系、相互渗透的。如图表示利用乳腺生物反应器生产某系、相互渗透的。如图表示利用乳腺生物反应器生产某种动物蛋白的流程示意图种动物蛋白的流程示意图,请分析回答请分析回答:第四十一页，讲稿共四十一页哦