《基因工程的发展前景》课件(浙科版选修3).ppt
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第四节基因工程的发展前景基因工程的发展前景一、基因工程的应用一、基因工程的应用1、动植物的遗传育种、动植物的遗传育种2、疾病防治、疾病防治3、生态环境保护、生态环境保护4、光合作用和生物固氮、光合作用和生物固氮5、蛋白质工程、蛋白质工程6、人类基因组科学、发育生物学、神经生物学、人类基因组科学、发育生物学、神经生物学二、科学家在基因工程方面的最新尝试二、科学家在基因工程方面的最新尝试光合作用光合作用
(1)什么是光合作用?
)什么是光合作用?
(2)如何提高光合效率?
)如何提高光合效率?
内因:
内因:
外因:
外因:
色素、酶色素、酶光照、二氧化碳、矿质元素、水光照、二氧化碳、矿质元素、水(3)以上哪些可通过基因工程来实现提高光)以上哪些可通过基因工程来实现提高光合效率?
合效率?
二、科学家在基因工程方面的最新尝试二、科学家在基因工程方面的最新尝试1、光合作用、光合作用二磷酸核酮糖羧化酶二磷酸核酮糖羧化酶功能;功能;改造方向:
改造方向:
结果:
结果:
通过羧化作用通过羧化作用固定固定二氧化碳,二氧化碳,催化催化底物加氧反应底物加氧反应提高该酶的羧化酶活性提高该酶的羧化酶活性降低其加氧酶活性降低其加氧酶活性提高植物对二氧化碳的固定速率提高植物对二氧化碳的固定速率二磷酸核酮糖二磷酸核酮糖羧化酶羧化酶/加氧酶加氧酶可以催化可以催化二磷酸核酮糖二磷酸核酮糖与二氧化与二氧化碳的羧化反应或与氧气的氧化反应。
碳的羧化反应或与氧气的氧化反应。
二、科学家在基因工程方面的最新尝试二、科学家在基因工程方面的最新尝试2、生物固氮、生物固氮
(2)生物固氮由哪些生物来完成?
)生物固氮由哪些生物来完成?
(1)氮元素在植物细胞中有何作用?
)氮元素在植物细胞中有何作用?
(3)生物固氮有何意义?
)生物固氮有何意义?
(4)如何应用基因工程让非豆科植物能固氮?
)如何应用基因工程让非豆科植物能固氮?
(5)为什么科学家尚未培育出有固氮能力的豆科)为什么科学家尚未培育出有固氮能力的豆科植物?
植物?
氮在植物体中的作用氮在植物体中的作用1)、氮是构成、氮是构成蛋白质蛋白质的主要成分,的主要成分,2)、核酸、辅酶、磷脂、叶绿素核酸、辅酶、磷脂、叶绿素等都含有氮等都含有氮所以氮为所以氮为基本生命元素基本生命元素,必须不断补充必须不断补充植物体氮吸收的形式:
植物体氮吸收的形式:
主要是主要是无机态氮无机态氮,即,即铵态氮铵态氮和和硝态氮硝态氮,也可,也可以吸收利用以吸收利用有机态氮有机态氮,如,如尿素尿素等。
等。
根瘤菌:
根瘤菌:
原核原核单细胞单细胞代谢类型是代谢类型是异养需氧型异养需氧型侵入豆科作物根部后侵入豆科作物根部后不断繁殖可刺激根薄壁细胞分裂、不断繁殖可刺激根薄壁细胞分裂、组织膨大成组织膨大成根瘤根瘤生物固氮生物固氮固氮微生物固氮微生物将将NN22还原为还原为含含NN化合物化合物的过程。
的过程。
根瘤菌根瘤菌豆科植物豆科植物将固氮细菌体内的将固氮细菌体内的固氮基因转移固氮基因转移到到非非豆科粮食作物豆科粮食作物的细胞内,让非豆科粮食作的细胞内,让非豆科粮食作物的细胞内物的细胞内合成出固氮酶合成出固氮酶并且并且固氮固氮固氮基因工程:
固氮基因工程:
二、科学家在基因工程方面的最新尝试二、科学家在基因工程方面的最新尝试3、生物反应器、生物反应器
(1)什么是生物反应器?
)什么是生物反应器?
用来生产用来生产蛋白质蛋白质药物(包括疫苗)的药物(包括疫苗)的动植物动植物
(2)已获得哪些成就?
)已获得哪些成就?
热点热点1植物植物生产生产疫苗疫苗2001-62001-6中国农科院经过十年研究,培育出的抗乙中国农科院经过十年研究,培育出的抗乙中国农科院经过十年研究,培育出的抗乙中国农科院经过十年研究,培育出的抗乙肝西红柿顺利通过前三个阶段的测试肝西红柿顺利通过前三个阶段的测试肝西红柿顺利通过前三个阶段的测试肝西红柿顺利通过前三个阶段的测试抗乙肝西红柿与普通西红柿口感一样,对人体没抗乙肝西红柿与普通西红柿口感一样,对人体没抗乙肝西红柿与普通西红柿口感一样,对人体没抗乙肝西红柿与普通西红柿口感一样,对人体没有任何毒副作用。
食用抗乙肝西红柿,虽不能治愈有任何毒副作用。
食用抗乙肝西红柿,虽不能治愈有任何毒副作用。
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食用抗乙肝西红柿,虽不能治愈乙肝,但一年只吃几个,就完全能代替注射乙肝疫乙肝,但一年只吃几个,就完全能代替注射乙肝疫乙肝,但一年只吃几个,就完全能代替注射乙肝疫乙肝,但一年只吃几个,就完全能代替注射乙肝疫苗。
苗。
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这种西红柿上市后将论个出售,每个售价大概在这种西红柿上市后将论个出售,每个售价大概在这种西红柿上市后将论个出售,每个售价大概在这种西红柿上市后将论个出售,每个售价大概在22元左右。
元左右。
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如荷兰的如荷兰的GenPharm公司用公司用转基因牛生产乳铁蛋转基因牛生产乳铁蛋白,预计每年从牛奶白,预计每年从牛奶生产出来营养奶粉的生产出来营养奶粉的销售额是销售额是50亿美元。
亿美元。
热点热点2转基因转基因动物乳腺动物乳腺生产生产蛋白质药物蛋白质药物二、科学家在基因工程方面的最新尝试二、科学家在基因工程方面的最新尝试4、蛋白质工程(、蛋白质工程(第二代基因工程第二代基因工程)
(1)定义:
)定义:
(2)蛋白质工程与基因工程的异同)蛋白质工程与基因工程的异同利用利用基因工程技术基因工程技术对天然蛋白质进对天然蛋白质进行改造,以便获得具有行改造,以便获得具有理想理想生物学生物学功能的功能的蛋白质蛋白质相同点:
相同点:
不同点:
不同点:
两者都是两者都是分子水平分子水平的操作的操作项目项目蛋白质工程蛋白质工程基因工程基因工程蛋白质蛋白质实质实质应用应用现状现状合成自然界合成自然界不不存在存在的蛋白质的蛋白质天然存在天然存在的蛋白质的蛋白质改造基因改造基因目的基因导入受体目的基因导入受体细胞并表达细胞并表达对现有蛋白质进对现有蛋白质进行改造,对创造行改造,对创造新的蛋白质还未新的蛋白质还未成功成功已被广泛应用已被广泛应用二、科学家在基因工程方面的最新尝试二、科学家在基因工程方面的最新尝试4、蛋白质工程(、蛋白质工程(第二代基因工程第二代基因工程)(3)优点:
)优点:
(4)实例:
)实例:
提高蛋白质的提高蛋白质的活性活性、稳定性稳定性、产率产率提高提高T4溶菌酶的热稳定性溶菌酶的热稳定性点突变点突变异亮氨酸异亮氨酸半胱氨酸半胱氨酸二硫键二硫键1水蛭素改造水蛭素改造水蛭素是水蛭唾液腺分泌的水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特异抑制剂凝血酶特异抑制剂,它有多种变异体,由它有多种变异体,由65或或66个氨基酸残基组成。
个氨基酸残基组成。
水蛭素在临床上可作为抗栓药物用于水蛭素在临床上可作为抗栓药物用于治疗血栓疾病治疗血栓疾病。
为提高水蛭素活性,在综合各变异体结构特点的基为提高水蛭素活性,在综合各变异体结构特点的基础上提出改造水蛭素主要变异体础上提出改造水蛭素主要变异体HV2的设计方案,的设计方案,将将47位的位的Asn(天冬酰胺)变成天冬酰胺)变成Lys(赖氨酸),赖氨酸),使其与分子内第使其与分子内第4或第或第5位位Thr(苏氨酸)间苏氨酸)间形成氢形成氢键键来帮助水蛭素来帮助水蛭素N端肽段的正确取向,从而提高凝端肽段的正确取向,从而提高凝血效率,试管试验活性提高血效率,试管试验活性提高4倍,在动物模型上检倍,在动物模型上检验抗血栓形成的效果,提高验抗血栓形成的效果,提高20倍。
倍。
2、干扰素干扰素是一种抗病毒、抗肿瘤的药物。
将人的干扰是一种抗病毒、抗肿瘤的药物。
将人的干扰素的素的cDNA在大肠杆菌中进行表达,产生的干扰素的抗病在大肠杆菌中进行表达,产生的干扰素的抗病毒活性为毒活性为106U/mg,只相当于天然产品的十分之一,虽只相当于天然产品的十分之一,虽然在大肠杆菌中合成的然在大肠杆菌中合成的-干扰素量很多,但多数是以无活干扰素量很多,但多数是以无活性的二聚体形式存在。
为什么会这样?
如何改变这种状况性的二聚体形式存在。
为什么会这样?
如何改变这种状况?
研究发现,?
研究发现,-干扰素蛋白质中有干扰素蛋白质中有3个半胱氨酸(第个半胱氨酸(第17位、位、31位和位和141位),推测可能是有一个或几个半胱氨酸形成位),推测可能是有一个或几个半胱氨酸形成了不正确的二硫键。
研究人员将第了不正确的二硫键。
研究人员将第17位的半胱氨酸,通过位的半胱氨酸,通过基因定点突变基因定点突变改变成丝氨酸,结果使大肠杆菌中生产的改变成丝氨酸,结果使大肠杆菌中生产的-干扰素的抗病性活性提高到干扰素的抗病性活性提高到108U/mg,并且比天然并且比天然-干干扰素的贮存扰素的贮存稳定性高稳定性高很多。
很多。
三、基因工程的未来三、基因工程的未来解决人类的问题:
解决人类的问题:
1、粮食问题、粮食问题2、健康问题、健康问题3、环境问题、环境问题帮助人们认识生命世界和人类自己:
帮助人们认识生命世界和人类自己:
1、对人类基因组的研究、对人类基因组的研究2、受精卵发育机制的研究、受精卵发育机制的研究3、人类学习和记忆的分子基础、人类学习和记忆的分子基础
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