第42课时基因工程的应用和蛋白质工程的崛起.ppt

第第4242课时课时 基因工程的应用和蛋白质工基因工程的应用和蛋白质工 程的崛起程的崛起高频考点突破高频考点突破考点一考点一 基因工程应用基因工程应用项目项目具体具体应用应用目的基因目的基因作用作用受体生受体生物物备注备注植物基因植物基因工程常用工程常用方法：方法：农杆菌农杆菌转化法转化法基因枪基因枪法法花粉管花粉管通道法通道法抗虫抗虫转基转基因植因植物物抗虫基因抗虫基因:BtBt毒蛋白毒蛋白基因、蛋基因、蛋白酶抑制白酶抑制剂基因、剂基因、淀粉酶抑淀粉酶抑制剂基因制剂基因、植物凝集植物凝集素基因素基因抗虫：抗虫：BtBt毒蛋毒蛋白水解成多肽白水解成多肽与肠上皮细胞与肠上皮细胞结合结合,形成穿形成穿孔孔,细胞肿胀细胞肿胀裂解致死裂解致死;两两种抑制剂分别种抑制剂分别抑制相应酶活抑制相应酶活性性,影响消化影响消化;植物凝集素为植物凝集素为糖蛋白糖蛋白,与肠与肠黏膜结合黏膜结合,影影响营养物质的响营养物质的吸 收 和 利 用吸 收 和 利 用棉花、棉花、水稻、水稻、玉米玉米等等抗虫但不抗病抗虫但不抗病毒、细菌、真菌毒、细菌、真菌等等培育抗虫作物培育抗虫作物优点：减少环境优点：减少环境污染、降低生产污染、降低生产成本成本不同抗虫基因不同抗虫基因作用机理不同作用机理不同BtBt毒蛋白基因毒蛋白基因来自苏云金芽孢来自苏云金芽孢杆菌杆菌植物植物基因基因工程工程常用常用方法方法:农农杆菌杆菌转化转化法法基基因枪因枪法法花花粉管粉管通道通道法法抗病抗病转基转基因植因植物物病毒外壳蛋白基因病毒外壳蛋白基因、病毒复制酶基因病毒复制酶基因、几丁质酶基因、抗几丁质酶基因、抗毒素合成基因毒素合成基因前两种为抗前两种为抗病毒作用病毒作用;后后两种为抗真两种为抗真菌作用菌作用烟草烟草(抗病抗病毒毒)、小麦、小麦(抗病毒抗病毒)等等引起植物生病引起植物生病的微生物有病的微生物有病毒、细菌、真毒、细菌、真菌三大类菌三大类抗逆抗逆转基转基因植因植物物调节细胞渗透压调节细胞渗透压基因基因抗冻蛋白基因抗冻蛋白基因(从从鱼体内获取鱼体内获取)抗除草剂基因抗除草剂基因通过改变通过改变细胞内渗透细胞内渗透压压,提高抗盐提高抗盐碱、抗旱能力碱、抗旱能力耐寒能力耐寒能力提高提高 抗除草剂抗除草剂烟草烟草(抗旱抗旱、抗盐碱抗盐碱);番茄番茄(抗抗寒寒);大豆、大豆、玉米玉米(抗除抗除草剂草剂)抗逆指抵抗不抗逆指抵抗不良环境的能力良环境的能力,如盐碱、干如盐碱、干旱、低温、涝旱、低温、涝害等害等转基转基因改因改良植良植物的物的品质品质含必需氨基酸的含必需氨基酸的蛋白质编码基因蛋白质编码基因控制番茄果实控制番茄果实成熟的基因成熟的基因花青素代谢有关花青素代谢有关的基因的基因控制合成控制合成的蛋白质含的蛋白质含必需氨基酸必需氨基酸多多延迟番茄延迟番茄成熟成熟改变花瓣改变花瓣的颜色的颜色玉米、番玉米、番茄、矮牵茄、矮牵牛等牛等赖氨酸、亮氨赖氨酸、亮氨酸等都属于必酸等都属于必需氨基酸需氨基酸动物基因动物基因工程常用工程常用方法：显方法：显微注射法微注射法受体细受体细胞：胞：一般用受一般用受精卵精卵提高动物提高动物生长速度生长速度生长激素生长激素基因基因促进生长促进生长,提高生长提高生长速度速度鲤鱼鲤鱼注意：不能注意：不能导入生长素导入生长素基因基因改善畜产改善畜产品的品质品的品质肠乳糖酶肠乳糖酶基因基因将乳糖分将乳糖分解解,降低降低牛奶中乳牛奶中乳糖的含量糖的含量奶牛奶牛部分人对乳部分人对乳糖会发生过糖会发生过敏反应敏反应转基因动转基因动物生产药物生产药物物(生物生物反应器或反应器或乳房生物乳房生物反应器反应器)药用蛋白药用蛋白基因基因+乳乳腺蛋白基腺蛋白基因因+启动启动子子分泌乳汁分泌乳汁来生产所来生产所需要的药需要的药品品牛和牛和山羊山羊已生产出的已生产出的药品有抗凝药品有抗凝血酶、血清血酶、血清蛋白、生长蛋白、生长激素和激素和抗胰蛋白酶抗胰蛋白酶动物基因动物基因工程常用工程常用方法：显方法：显微注射法微注射法受体细受体细胞：一般胞：一般用受精卵用受精卵转基因动转基因动物作器官物作器官移植的供移植的供 体体某种调节某种调节因子因子设法除去设法除去抗原决定基抗原决定基因因抑制抑制抗原决抗原决定基因定基因的表达的表达不能不能合成相合成相应抗原应抗原猪猪选择猪的器官选择猪的器官做人器官替代做人器官替代品的原因：品的原因：其内脏构造、其内脏构造、大小、血管分大小、血管分布与人相似布与人相似体内隐藏的致体内隐藏的致病基因少病基因少基因工程基因工程药品药品控制药品合控制药品合成的相应基成的相应基因因,如 人 的如 人 的胰 岛 素 基胰 岛 素 基因、干扰素因、干扰素基因、乙肝基因、乙肝疫苗基因等疫苗基因等生产合生产合成相应成相应的药品的药品,如胰岛如胰岛素、干素、干扰素、扰素、乙肝疫乙肝疫苗等苗等微生物微生物,如大肠如大肠杆菌、杆菌、酶母菌酶母菌等等选择微生物作选择微生物作受体的原因：受体的原因：繁殖快、单细繁殖快、单细胞、遗传物质胞、遗传物质 少少基因基因检测检测和基和基因治因治疗疗基基因因检检测测制作相应探针制作相应探针,利用利用DNADNA分子杂交原分子杂交原理理,快速、准确检测人类某种疾病快速、准确检测人类某种疾病临床应用阶段临床应用阶段基基因因治治疗疗把健康的外源基因导入有基因缺陷把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中的细胞中,可分为体外基因治疗和可分为体外基因治疗和体内基因治疗两种方法体内基因治疗两种方法仅处于实验阶段仅处于实验阶段,仍仍有许多问题和困难有许多问题和困难制约该技术的开展制约该技术的开展,所以该技术并未在所以该技术并未在临床开展临床开展总结：总结：1.1.四种商业化应用的转基因作物：大豆、棉花、油菜、玉米四种商业化应用的转基因作物：大豆、棉花、油菜、玉米2.2.转基因作物种植最大的四个国家：美国、阿根延、加拿大、中国转基因作物种植最大的四个国家：美国、阿根延、加拿大、中国3.3.基因芯片有多种用途基因芯片有多种用途,基本原理是基本原理是DNADNA分子杂交分子杂交,检测对象为检测对象为DNA,DNA,但但 必须是单链的必须是单链的,即将双链即将双链DNADNA打开后才能检测打开后才能检测 提醒提醒 动物基因工程主要为了改善畜产品的品动物基因工程主要为了改善畜产品的品 质质,而不是为了产生体型巨大的个体。而不是为了产生体型巨大的个体。基因治疗目前只是处于初期的临床试验阶段基因治疗目前只是处于初期的临床试验阶段,在在 临床上未开展、未实现这方面的治疗。临床上未开展、未实现这方面的治疗。DNADNA分子制作探针进行检测时应检测单链分子制作探针进行检测时应检测单链,即将即将 双链双链DNADNA分子打开。分子打开。BtBt毒蛋白基因产生毒蛋白基因产生BtBt毒蛋白并无毒性毒蛋白并无毒性,进入昆虫进入昆虫 消化道被分解成多肽后产生毒性。消化道被分解成多肽后产生毒性。青霉素是青霉菌产生的青霉素是青霉菌产生的,不是通过基因工程生不是通过基因工程生 产的。产的。原核生物基因原核生物基因(如抗虫基因如抗虫基因)可做为真核生物可做为真核生物(棉棉 花花)的目的基因。的目的基因。对位训练对位训练1.1.我国科学家运用基因工程技术，将苏云金芽孢杆我国科学家运用基因工程技术，将苏云金芽孢杆 菌的抗虫基因导入棉花细胞并成功表达，培育出菌的抗虫基因导入棉花细胞并成功表达，培育出 了抗虫棉。下列叙述不正确的是了抗虫棉。下列叙述不正确的是 ()()A.A.RNARNA聚合酶对于抗虫基因在棉花细胞中的表达聚合酶对于抗虫基因在棉花细胞中的表达 不可缺少不可缺少 B.B.重组重组DNADNA分子中增加一个碱基对，不一定导致分子中增加一个碱基对，不一定导致 毒蛋白的毒性丧失毒蛋白的毒性丧失 C.C.抗虫棉的抗虫基因可通过花粉传递至近缘作抗虫棉的抗虫基因可通过花粉传递至近缘作 物，从而造成基因污染物，从而造成基因污染 D.D.转基因棉花是否具有抗虫特性是通过检测棉花转基因棉花是否具有抗虫特性是通过检测棉花 对抗生素抗性来确定的对抗生素抗性来确定的D考点二考点二 蛋白质工程蛋白质工程1.1.概念概念 蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与蛋白质工程是指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生物功能的关系作为基础,通过基因修饰或基因合通过基因修饰或基因合 成成,对现有蛋白质进行改造对现有蛋白质进行改造,或制造一种新的蛋白或制造一种新的蛋白 质质,以满足人类的生产和生活的需求。以满足人类的生产和生活的需求。2.2.蛋白质工程与基因工程的比较蛋白质工程与基因工程的比较项目项目蛋白质工程蛋白质工程基因工程基因工程区区别别过过程程预期蛋白质功能预期蛋白质功能设计预期的设计预期的蛋白质结构蛋白质结构推测应有的氨基推测应有的氨基酸序列酸序列推测相对应的脱氧核推测相对应的脱氧核 苷酸序列苷酸序列合成合成DNA表达出表达出 蛋白质蛋白质获取目的基因获取目的基因构建构建基因表达载体基因表达载体将目将目的基因导入受体细胞的基因导入受体细胞 目的基因的检测与目的基因的检测与 鉴定鉴定实实质质定向改造或生产人类所需蛋白质定向改造或生产人类所需蛋白质定向改造生物的遗传特定向改造生物的遗传特性性,以获得人类所需的生以获得人类所需的生物类型或生物产品物类型或生物产品结结果果生产自然界没有的蛋白质生产自然界没有的蛋白质一般是生产自然界已有一般是生产自然界已有的蛋白质的蛋白质联系联系蛋白质工程是在基因工程的基础上蛋白质工程是在基因工程的基础上,延伸出来的第二代基因延伸出来的第二代基因工程。因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质工程。因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质,必须通必须通过基因修饰或基因合成实现过基因修饰或基因合成实现 拓展延伸拓展延伸 蛋白质组计划和人类基因组计划的比较蛋白质组计划和人类基因组计划的比较蛋白质组计划蛋白质组计划基因组计划基因组计划启动时间启动时间20012001年成立组织年成立组织19901990年正式启动年正式启动主要内容主要内容“肝脏蛋白质肝脏蛋白质”和和“血血 浆 蛋 白 质浆 蛋 白 质”的 研 究的 研 究测定人类基因组测定人类基因组2424条条染色体上全部染色体上全部DNADNA序列序列参加国家参加国家1616个国家个国家,80,80多个实验多个实验室室6 6个国家个国家,中国是唯一中国是唯一的发展中国家的发展中国家我国承我国承担任务担任务牵头执行牵头执行“人类肝脏蛋人类肝脏蛋白质组计划白质组计划”承担承担1%1%的测序工作的测序工作意义意义揭示并确认肝脏揭示并确认肝脏(血浆血浆)蛋白质为重大疾病预防蛋白质为重大疾病预防、诊 断诊 断、治 疗 以 及 新治 疗 以 及 新药研发提供科学基础药研发提供科学基础;推动支持蛋白质工程推动支持蛋白质工程遗传病的诊断和治疗遗传病的诊断和治疗;揭示基因表达的机理揭示基因表达的机理对位训练对位训练2.2.下列关于蛋白质工程应用的叙述，不正确的是下列关于蛋白质工程应用的叙述，不正确的是（）A.A.蛋白质工程可以改造酶的结构，提高酶的热稳蛋白质工程可以改造酶的结构，提高酶的热稳 定性定性 B.B.通过蛋白质工程可以改变蛋白质的活性通过蛋白质工程可以改变蛋白质的活性 C.C.利用蛋白质工程可以在大肠杆菌细胞中得到人利用蛋白质工程可以在大肠杆菌细胞中得到人 的胰岛素的胰岛素 D.D.蛋白质工程可以对胰岛素进行改造和修饰，合蛋白质工程可以对胰岛素进行改造和修饰，合 成速效型胰岛素制剂成速效型胰岛素制剂C解题思路探究解题思路探究思维误区警示思维误区警示易错分析易错分析 1.1.对乳腺对乳腺(膀胱膀胱)反应器与微生物生产基因产品混肴反应器与微生物生产基因产品混肴不清不清 乳腺生物反应器与微生物生产的比较乳腺生物反应器与微生物生产的比较乳腺生物反应器乳腺生物反应器微生物生产微生物生产(原核生物原核生物)基因结构基因结构动物基因结构与人动物基因结构与人类 基 因 结 构 相 同类 基 因 结 构 相 同与人类基因结与人类基因结构不同构不同类型类型项目项目