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1、蛋白质工程的崛起提高农作物的抗逆能力提高农作物的抗逆能力改良农作物的品质改良农作物的品质利用植物生产药物等方面利用植物生产药物等方面. .如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等一一、植物基因工程硕果累累、植物基因工程硕果累累( (一）抗虫转基因植物一）抗虫转基因植物优点优点：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、提高产量例子例子：棉花、水稻、玉米、马铃薯、番茄等等：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： BtBt毒蛋白基因、
2、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（二）抗病转基因植物（二）抗病转基因植物转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯特点：特点： 导入另一种导入另一种生物的优良性状生物的优良性状基因，获得新性基因，获得新性状抵抗恶劣环境状抵抗恶劣环境因素，因素，从根本上从根本上改变作物的特性改变作物的特性（三）抗逆转基因植物（三）抗逆转基因植物4.4.转基因耐寒的烟草和番茄中哪种目的基因转基因耐寒的烟草和番茄中哪种目的基因提高了其抗寒能力？目的基因从
3、何而来？提高了其抗寒能力？目的基因从何而来？鱼的抗冻蛋白基因鱼的抗冻蛋白基因 5.5.抗除草剂基因有何用途？抗除草剂基因有何用途？喷洒除草剂时，杀死田间的杂草而不损伤作物喷洒除草剂时，杀死田间的杂草而不损伤作物不会引起过敏的转基因大豆不会引起过敏的转基因大豆优点：优点： 改善粮食作物的营养成改善粮食作物的营养成分含量，如氨基酸、蛋白质。分含量，如氨基酸、蛋白质。（四）利用转基因改良植物的品质（四）利用转基因改良植物的品质转基因矮牵牛的目的基因是什么？转基因矮牵牛的目的基因是什么？与植物花青素代谢有关的基因与植物花青素代谢有关的基因提高花卉的观赏价值提高花卉的观赏价值二二、动物基因工程前景广阔、
4、动物基因工程前景广阔应用前景：应用前景：1 1、提高生长速度、提高生长速度2 2、改善畜产品的品质、改善畜产品的品质3 3、生产药物、生产药物4 4、作为器官移植的供体、作为器官移植的供体( (一）用于提高动物生长速度一）用于提高动物生长速度转基因鲤鱼转基因鲤鱼导入外源生长激素基因导入外源生长激素基因（二）用于改善畜产品的品质（二）用于改善畜产品的品质 将将肠乳糖肠乳糖酶基因酶基因导入奶导入奶牛基因组，获牛基因组，获得转基因牛的得转基因牛的乳汁，乳汁，降低乳降低乳糖含量糖含量优点：避免食物过敏、腹泻、恶心等不适优点：避免食物过敏、腹泻、恶心等不适乳腺生物反应器乳腺生物反应器 转基因动物的转基因
5、动物的转基因动物的转基因动物的乳腺乳腺乳腺乳腺（三）用转基因的动物生产药物（三）用转基因的动物生产药物想一想：想一想：转基因药物最好的表达转基因药物最好的表达场所在哪里？场所在哪里？供体动物：供体动物：存在的难题：存在的难题：解决方法：解决方法：将将供体基因组供体基因组导入某种基因调导入某种基因调节因子，以节因子，以抑制抗原决定基因抑制抗原决定基因的表达的表达，或设法除去抗原决定，或设法除去抗原决定基因，再结合基因，再结合克隆技术克隆技术，培育，培育出出没有免疫排斥反应的转基因没有免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。克隆猪器官。猪猪免疫排斥免疫排斥（四）用转基因的动物作器官移植的供体（四）用转基因
6、的动物作器官移植的供体 三、基因工程药品异军突起三、基因工程药品异军突起在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、生长激素直接从生物体的哪些结构中提取？生长激素直接从生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、细胞或血液组织、细胞或血液中提取。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，价格十分昂贵价格十分昂贵。作用：胰岛素是作用：胰岛素是治疗糖尿病治疗糖尿病的的特效药特效药。传统生产方法：传统生产方法： 主要从主要从猪、牛等家畜的胰腺猪、牛等家畜的胰腺中提取，中提取，每每100kg100kg胰
7、腺只能提取胰腺只能提取45g45g胰岛素。胰岛素。产量低，价格昂产量低，价格昂贵贵。基因工程方法：基因工程方法：19791979年，科学家将动物体内的年，科学家将动物体内的胰岛胰岛素基因与大肠杆菌素基因与大肠杆菌DNADNA分子重组分子重组，并在大肠杆菌内实，并在大肠杆菌内实现了表达。现了表达。 19821982年，美国一家基因公司用基因工程方法生年，美国一家基因公司用基因工程方法生产的胰岛素投入市场，售价降低了产的胰岛素投入市场，售价降低了30%50%30%50%。 （一）基因工程药品（一）基因工程药品 胰岛素胰岛素化学本质：是化学本质：是病毒病毒侵入动物或人体细胞后产生的一种侵入动物或人体
8、细胞后产生的一种糖蛋白糖蛋白。作用：干扰素几乎能作用：干扰素几乎能抵抗所有病毒引起的感染抵抗所有病毒引起的感染，是一，是一种种抗病毒的特效药抗病毒的特效药。此外干扰素对。此外干扰素对治疗治疗某些某些癌症癌症和和白白血病血病也有一定疗效。也有一定疗效。传统生产方法：从人血液中的传统生产方法：从人血液中的白细胞内提取白细胞内提取，300L300L血血才提取才提取1mg1mg！ 。 基因工程方法：基因工程方法：1980198219801982年，科学家在年，科学家在酵母菌细胞酵母菌细胞内获得了干扰素。内获得了干扰素。中国生产（中国生产（19931993年）：重组人干扰素年）：重组人干扰素a-1b a
9、-1b 治疗丙型肝炎治疗丙型肝炎（二）基因工程药品（二）基因工程药品 干扰素干扰素治疗侏儒症的唯一方法治疗侏儒症的唯一方法：是向人体注射生长：是向人体注射生长激素。激素。传统生产方法：需解剖尸体，从大脑的底部传统生产方法：需解剖尸体，从大脑的底部 摘取垂体摘取垂体，并从中提取生长激素。，并从中提取生长激素。基因工程方法基因工程方法: :将人的将人的生长激素基因导入大生长激素基因导入大肠杆菌肠杆菌中，使其生产生长激素。中，使其生产生长激素。 人们从人们从 450 L450 L大肠杆菌培养液大肠杆菌培养液中提取的中提取的生长激素，相当于生长激素，相当于6 6万万具尸体的全部产量具尸体的全部产量。
10、（三）基因工程药品（三）基因工程药品 生长激素生长激素1、基因诊断、基因诊断 也称为也称为DNADNA诊断或基因探针技术诊断或基因探针技术，即在，即在DNADNA水平分析检测某一基因，从而对特定的水平分析检测某一基因，从而对特定的疾病进行诊断。疾病进行诊断。 四四、基因治疗曙光初照、基因治疗曙光初照2 2、基因治疗、基因治疗1 1）原理：）原理：把正常基因把正常基因导入导入病人体内，使该病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，达到基因的表达产物发挥功能，达到治疗疾病的目的。治疗疾病的目的。2 2）实例：）实例：复合型免疫缺陷症复合型免疫缺陷症3 3）基因治疗的方法）基因治疗的方法体外基因治疗：体
11、外基因治疗：从病人体内获得某种细胞，进行培从病人体内获得某种细胞，进行培养，然后，在体外完成基因转移，养，然后，在体外完成基因转移，再筛选成功转移的细胞扩增培养，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内。最后重新输入患者体内。直接向人体组织细胞中转移基因直接向人体组织细胞中转移基因的治病方法。的治病方法。实例：实例：遗传性囊性纤维化病遗传性囊性纤维化病1994年美国科学家利用经过修饰过的腺病年美国科学家利用经过修饰过的腺病毒作载体，将正常基因导入患者肺组织中。毒作载体，将正常基因导入患者肺组织中。体内基因治疗：体内基因治疗：一、蛋白质工程崛起的缘由一、蛋白质工程崛起的缘由1、基因工程
12、的应用、基因工程的应用（1）基因工程的实质：将一种生物的）基因工程的实质：将一种生物的 转移到另转移到另一种生物体内，使后者产生本不能产生的一种生物体内，使后者产生本不能产生的 ，进而表现出新的进而表现出新的 。（2）基因工程的不足：在原则上只能生产自然界已存）基因工程的不足：在原则上只能生产自然界已存在的在的 。2、天然蛋白质的不足、天然蛋白质的不足 天然蛋白质是生物在长期天然蛋白质是生物在长期 过程中形成的，过程中形成的，它们的它们的 符合特定物种符合特定物种 的需要，却的需要，却不不一定完全符合一定完全符合人类生产和生活的需要。人类生产和生活的需要。3、蛋白质工程的目的、蛋白质工程的目的
13、 生产生产符合人类符合人类生产和生活的生产和生活的需要需要的的 。基因基因蛋白质蛋白质性状性状蛋白质蛋白质进化进化结构和功能结构和功能生存生存蛋白质蛋白质二、蛋白质工程的基本原理二、蛋白质工程的基本原理毫无疑问应该从对毫无疑问应该从对基因基因的操作来实现对天然蛋白质的操作来实现对天然蛋白质的改造，主要原因如下：的改造，主要原因如下：1 1、任何一种天然蛋白质都是由、任何一种天然蛋白质都是由基因编码基因编码的，改造了的，改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且改造过的蛋白基因即对蛋白质进行了改造，而且改造过的蛋白质可以质可以遗传遗传下去。如果对蛋白质直接改造即使改下去。如果对蛋白质直接改造即使改造成
14、功，被改造过的蛋白质分子还是无法遗传的。造成功，被改造过的蛋白质分子还是无法遗传的。2 2、对基因进行改造比对蛋白质直接改造要、对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易容易操作，操作，难度要小得多。难度要小得多。对天然蛋白质进行改造，你认为直接对蛋白质分子对天然蛋白质进行改造，你认为直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？进行操作，还是通过对基因的操作来实现？二、蛋白质工程的基本原理二、蛋白质工程的基本原理1、目标：目标：根据人们对蛋白质根据人们对蛋白质_的特定需求，的特定需求，对蛋白质的对蛋白质的 进行分子设计。进行分子设计。2、原理：原理：改造改造_（基因（基因 或基因或基因
15、） 。3、途径：途径： 预期蛋白质预期蛋白质功能功能设计 推推测应有的有的 序列序列找到找到对应的的 序列。序列。功能功能结构结构修饰修饰合成合成预期的蛋白质结构预期的蛋白质结构氨基酸氨基酸脱氧核苷酸脱氧核苷酸对天然蛋白质进行改造，你认为直接对蛋白质分子对天然蛋白质进行改造，你认为直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？进行操作，还是通过对基因的操作来实现？基因基因蛋白质工程的流程蛋白质工程的流程基因基因DNA氨基酸序列氨基酸序列多肽链多肽链蛋白质蛋白质三维结构三维结构预期功能预期功能生物功能生物功能mRNA转录转录翻译翻译折叠折叠DNA合成合成分子设计分子设计蛋白质工程原理蛋白
16、质工程原理天然蛋白质的合成途径：天然蛋白质的合成途径：基因表达（转录和翻译）形成氨基酸序列的多肽基因表达（转录和翻译）形成氨基酸序列的多肽链形成具有高级结构的蛋白质行使生物功能链形成具有高级结构的蛋白质行使生物功能预期的蛋白质功能出发设计预期的蛋白质结构推测预期的蛋白质功能出发设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到相应的脱氧核苷应有的氨基酸序列找到相应的脱氧核苷酸酸序列酸序列酸蛋白质工程的途径：蛋白质工程的途径：蛋白质工程的概念蛋白质工程的概念基础基础:蛋白质工程的实质：蛋白质工程的实质：途径途径:目标目标:蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能基因修饰或基因合成基因修饰或基因合成改造或制
17、造新的蛋白质，满足人类的生产或改造或制造新的蛋白质，满足人类的生产或生活的需要生活的需要是对编码蛋白质的基因进行改造是对编码蛋白质的基因进行改造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工程。蛋白质工程目前成功的例子多吗？为什么？目前成功的例子不多主要是因为蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构，这种高级结构十分复杂，而目前科学家对大多数蛋白质的高级结构的了解还很不够，要设计出更加符合人类需要的蛋白质还需要结果艰辛的探索。1下列关于蛋白质工程的说法错误的是（）下列关于蛋白质工程的说法错误的是（）A蛋蛋白白质质工工程程能能定定向向改改造造蛋蛋白白质质分分子子的的结结构构，使使之之更加符合人类的需要更加符合人类的需要B蛋蛋白白质质工工程程是是在在分分子子水水平平上上对对蛋蛋白白质质分分子子直直接接进进行操作，定向改变分子的结构行操作，定向改变分子的结构C蛋蛋白白质质工工程程能能产产生生出出自自然然界界中中不不曾曾存存在在过过的的新新型型蛋白质分子蛋白质分子D蛋蛋白白质质工工程程与与基基因因工工程程密密不不可可分分，又又被被称称为为第第二二代基因工程代基因工程练习检测练习检测
