基因工程的应用级蛋白质工程

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1、高中生物复习课件高中生物复习课件卉原中学卉原中学 王廷杰王廷杰选修三选修三 现代生物科技专题现代生物科技专题异想天开异想天开第二讲第二讲 基因工程的应用及蛋白质工程基因工程的应用及蛋白质工程 【考考纲纲解解读读】考点考点考考纲纲要求要求考考查查角度角度基因工程基因工程的的应应用用 基因工程的成果及应用实例农业、基因工程的成果及应用实例农业、畜牧业以及基因制药畜牧业以及基因制药。蛋白蛋白质质工工程程 蛋白质工程的原理、思路、途径及蛋白质工程的原理、思路、途径及意义。意义。一、基因工程的应用：一、基因工程的应用：植物基因工程硕果累累植物基因工程硕果累累; 动物基因工程前景广阔动物基因工程前景广阔;

2、 基因工程药物异军突起基因工程药物异军突起;基因治疗曙光初照。基因治疗曙光初照。转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转鱼抗寒基转鱼抗寒基因的番茄因的番茄1、植物基因工程硕果累累、植物基因工程硕果累累抗虫转基因植物抗虫转基因植物利用转基因改良植物品质利用转基因改良植物品质抗逆转基因植物抗逆转基因植物抗病转基因植物抗病转基因植物虫害虫害杀虫基因杀虫基因t t毒蛋白毒蛋白基因；基因；蛋白酶抑制剂蛋白酶抑制剂基因：基因：淀粉酶抑制剂淀粉酶抑制剂基因；基因；植物凝集素植物凝集素基因。基因。环境污染、环境污染、损害健康、损害健康、增加成本。增加成本。农药农药抗虫转基因植物抗虫转基因植物抗虫植物

3、抗虫植物例：转基因抗虫棉例：转基因抗虫棉抗病转基因植物抗病转基因植物抗病毒抗病毒病毒病毒外壳蛋白基因外壳蛋白基因；病毒病毒复制酶基因复制酶基因；花花叶叶病病 几丁质酶基因几丁质酶基因；抗毒素合成基因抗毒素合成基因。抗抗病病基基因因抗真菌抗真菌转转黄瓜抗青枯病基因黄瓜抗青枯病基因的马铃薯的马铃薯抗逆转基因植物抗逆转基因植物抗盐碱、抗盐碱、干旱基因。干旱基因。干干旱旱调节细胞调节细胞渗透压渗透压盐盐碱碱地地涝涝灾灾抗盐碱、抗旱、耐寒、抗除草剂等。抗盐碱、抗旱、耐寒、抗除草剂等。耐储藏耐储藏西红柿西红柿控制成熟控制成熟的基因的基因番茄番茄延熟延熟番茄番茄利用转基因改良植物品质利用转基因改良植物品质许

4、多食品营养不均衡。例如：许多食品营养不均衡。例如：豆类：蛋氨酸少。大麦、玉米、小麦：赖氨酸少。豆类：蛋氨酸少。大麦、玉米、小麦：赖氨酸少。富含赖氨酸的富含赖氨酸的蛋白质编码基因蛋白质编码基因高赖氨酸玉米高赖氨酸玉米(改变必需氨基酸改变必需氨基酸合成途径中某种关合成途径中某种关键酶的活性键酶的活性)8 8种必需氨基酸：种必需氨基酸：赖氨酸赖氨酸、色氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸苯丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、甲硫氨酸、缬氨酸甲硫氨酸、缬氨酸。与植物花青素代与植物花青素代谢有关的基因谢有关的基因2、动物基因工程前景广阔、动物基因工程前景广阔提高动物生长速度提高动物生长速度用于

5、改善畜产品品质用于改善畜产品品质用转基因动物生产药物用转基因动物生产药物 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 是指把人或哺乳动物的某种是指把人或哺乳动物的某种基因导入基因导入到到哺乳哺乳动物动物( (如鼠、兔、羊和猪如鼠、兔、羊和猪) )的的受精卵受精卵里，里，目的基目的基因若与受精卵染色体因若与受精卵染色体DNADNA整合整合，细胞分裂时，该，细胞分裂时，该基因随染色体的基因随染色体的倍增倍增而倍增，使每个细胞中都而倍增，使每个细胞中都带有目的基因，使带有目的基因，使性状得以表达性状得以表达，并，并稳定地遗稳定地遗传传给后代，从而给后代，从而获得基因产品获得基因产品。这

6、样一种新的。这样一种新的个体，称为个体，称为转基因动物转基因动物。 什么叫转基因动物？什么叫转基因动物？提高动物生长速度提高动物生长速度外外源源生生长长激激素素基基因因 将人的将人的将人的将人的生长激素生长激素生长激素生长激素基因基因基因基因和牛的生长激素和牛的生长激素和牛的生长激素和牛的生长激素基因分别注射到小白基因分别注射到小白基因分别注射到小白基因分别注射到小白鼠受精卵中，得到的鼠受精卵中，得到的鼠受精卵中，得到的鼠受精卵中，得到的“ “超级小鼠超级小鼠超级小鼠超级小鼠” ”。 用于改善畜产品品质用于改善畜产品品质 有人对牛奶有人对牛奶中乳糖不能完中乳糖不能完全消化、或有全消化、或有过敏

7、症状。过敏症状。导入乳糖酶基因导入乳糖酶基因 转基因牛转基因牛分泌的乳汁，分泌的乳汁，其他营养成其他营养成分不变，乳糖分不变，乳糖含量降低。含量降低。显微注射显微注射重组重组药物蛋药物蛋白基因白基因乳腺蛋白基因的乳腺蛋白基因的启动子等调控组件启动子等调控组件受精卵受精卵转基因转基因动物动物所需所需药品药品乳汁中含有人生长激素的转乳汁中含有人生长激素的转基因牛基因牛( (阿根廷阿根廷) )用转基因动物生产药物用转基因动物生产药物 培养培养生产生产抗凝血酶；血清白蛋白；抗凝血酶；血清白蛋白；生长激素；抗胰蛋白酶。生长激素；抗胰蛋白酶。乳腺生物反应器乳腺生物反应器用哺乳动物生产基因药物，最理想的表达

8、场所用哺乳动物生产基因药物，最理想的表达场所是哪里？是哪里？ 转基因动物的乳腺。转基因动物的乳腺。如何让目的基因在乳腺中表达？如何让目的基因在乳腺中表达？ 要在编码蛋白质的基因序列前加上乳腺组织中特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。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因为产品在奶中形成，需要乳腺组织中特异表达的启动子。（基因的选择性表达）的启动子。（基因的选择性表达） 乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体内循环，不乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体内循环，不会影响转基因动物本身的生理代谢反应。会影响转基因动物本身的生理代谢反

9、应。 从乳汁中获取目的基因产物，产量高，易提纯，表从乳汁中获取目的基因产物，产量高，易提纯，表达的蛋白质已经过充分的修饰加工，具有稳定的生物活达的蛋白质已经过充分的修饰加工，具有稳定的生物活性。性。 从乳汁中源源不断获得目的基因的产物的同时，转从乳汁中源源不断获得目的基因的产物的同时，转基因动物又可无限繁殖。基因动物又可无限繁殖。为什么乳腺是基因药物最理想的表达场所？为什么乳腺是基因药物最理想的表达场所？继哺乳动物乳腺发生器研发成功后，继哺乳动物乳腺发生器研发成功后，膀胱生物膀胱生物发生器发生器的研究也取得了一定进展。最近，科学的研究也取得了一定进展。最近，科学家培养出一种转基因小鼠，其膀胱上

10、皮细胞可家培养出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答：以合成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答：（1 1）将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，）将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用方法是常用方法是_。（2 2）进行基因转移时，通常要将外源基因转）进行基因转移时，通常要将外源基因转入入_中，原因是中，原因是_ _ 。（3 3）通常采用）通常采用_ _ _技术检测外源基因是技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组否插入了小鼠的基因组（4 4）在研制膀胱生物反应器时，应使外源基）在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的因在小鼠的_ _ _细胞中特异表达。细胞

11、中特异表达。显微注射法显微注射法受精卵受精卵具全能性，可使外源基因在相应的组织细胞中表达具全能性，可使外源基因在相应的组织细胞中表达DNA杂交杂交 _膀胱上皮细胞膀胱上皮细胞器官移植器官移植人体移植器官短缺人体移植器官短缺寻求可替代移植器官寻求可替代移植器官免疫排斥免疫排斥基因工程基因工程改造动改造动物器官物器官器官供体器官供体基因组基因组某种某种调节调节因子因子抑制或除去抗原抑制或除去抗原决定基因的表达决定基因的表达克隆克隆无免疫排斥的移植器官无免疫排斥的移植器官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导导入入 小结：小结： 基因工程的应用基因工程的应用 植物基因工程：植物基

12、因工程： 抗虫、抗病、抗逆转基因植物，利用抗虫、抗病、抗逆转基因植物，利用转基因改良植物的品质。转基因改良植物的品质。 动物基因工程：动物基因工程： 提高动物生长速度、改善畜产品品质、提高动物生长速度、改善畜产品品质、用转基因动物生产药物。用转基因动物生产药物。 3、基因工程药物异军突起、基因工程药物异军突起在传统的制药厂中，胰岛素、干扰素等如何生产？在传统的制药厂中，胰岛素、干扰素等如何生产？在传统的制药厂中，胰岛素、干扰素等如何生产？在传统的制药厂中，胰岛素、干扰素等如何生产？有何缺点？有何缺点？有何缺点？有何缺点？ 直接从生物的直接从生物的直接从生物的直接从生物的组织组织组织组织、细胞细

13、胞细胞细胞或或或或血液血液血液血液中提取。中提取。中提取。中提取。由于受原料来源的限制，由于受原料来源的限制，由于受原料来源的限制，由于受原料来源的限制，价格价格价格价格十分十分十分十分昂贵昂贵昂贵昂贵。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？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？ 利用利用利用利用基因工程基因工程基因工程基因工程方法制造方法制造方法制造方法制造“ “工程菌工程菌工程菌工程菌” ”，可，可，可，可高效率高效率高效率高效率地生产出各种地生产出各种地生产出各种地生产出各种高质量高质量高质量高质量、低成本低成本低成本低成本的药品。的药品。的药

14、品。的药品。重组人生长激素重组人生长激素重组人白细胞介素重组人白细胞介素 重组重组人干扰素人干扰素 重组人胰岛素重组人胰岛素干扰素生产车间干扰素生产车间干扰素生产车间干扰素生产车间重组人胰岛素重组人胰岛素转基因转基因工程菌工程菌生产生产药物药物细胞因子、抗体、细胞因子、抗体、疫苗、激素。疫苗、激素。预防和治疗：预防和治疗：肿瘤、心血管肿瘤、心血管疾病、遗传病、疾病、遗传病、传染病、糖尿传染病、糖尿病、类风湿等。病、类风湿等。用用基因工程基因工程的方法，使外源基因得到高效率表达的菌类的方法，使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系细胞株系。可高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。可高效率地生产出

15、各种高质量、低成本的药品。 胰岛素是胰岛素是治疗糖尿病治疗糖尿病的的特效药特效药。一般临。一般临床上使用的胰岛素主要从床上使用的胰岛素主要从猪、牛等家畜的胰猪、牛等家畜的胰腺腺中提取，每中提取，每100kg胰腺只能提取胰腺只能提取45g胰岛胰岛素。用该方法生产的胰岛素素。用该方法生产的胰岛素产量低产量低，价格昂价格昂贵贵，远不能满足社会需要远不能满足社会需要。1979年，科学家年，科学家将动物体内的将动物体内的胰岛素基因与大肠杆菌胰岛素基因与大肠杆菌DNA分分子重组子重组，并在大肠杆菌内实现了表达。，并在大肠杆菌内实现了表达。1982年，美国一家基因公司用基因工程方法生产年，美国一家基因公司用

16、基因工程方法生产的胰岛素投入市场，售价降低了的胰岛素投入市场，售价降低了30%50%。 基因工程药品基因工程药品 胰岛素胰岛素 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一种的一种糖糖蛋白蛋白。干扰素几乎能。干扰素几乎能抵抗所有抵抗所有病毒引起的病毒引起的感感染染，是一种，是一种抗病毒抗病毒的的特效药特效药。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血病白血病也有一定疗效。也有一定疗效。 传统的干扰素生产方法是从人血液中的传统的干扰素生产方法是从人血液中的白细胞内提取白细胞内提取，每，每300L血液只能提取出血液只能提取出1mg干扰素。干扰素。19801982年，科学

17、家用基因工程年，科学家用基因工程方法在方法在大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰素素，是传统的生产量的，是传统的生产量的12万倍。万倍。1987年上述年上述干扰素大量投放市场。干扰素大量投放市场。 基因工程药品基因工程药品 干扰素干扰素 治疗侏儒症治疗侏儒症的的唯一方法唯一方法，是向人体注射，是向人体注射生长激素。而生长激素的获得很困难。以前，生长激素。而生长激素的获得很困难。以前，要获得生长激素，需解剖尸体，从大脑的底要获得生长激素，需解剖尸体，从大脑的底部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。 现可利用基因工程方法，将人的现可利用基因工程

18、方法，将人的生长激生长激素基因导入大肠杆菌素基因导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。中，使其生产生长激素。人们从人们从 450 L大肠杆菌培养液中提取的生长大肠杆菌培养液中提取的生长激素，相当于激素，相当于6万具尸体的全部产量。万具尸体的全部产量。 基因工程药品基因工程药品 生长激素生长激素利用微生物生产药物的优越性何在利用微生物生产药物的优越性何在? ? 利用微生物生产蛋白质类药物，是指将人利用微生物生产蛋白质类药物，是指将人们需要的某种蛋白质的编码基因，构建成表达们需要的某种蛋白质的编码基因，构建成表达载体后导入微生物，然后利用微生物发酵来生载体后导入微生物，然后利用微生物发酵来生产蛋白质类

19、药物。有以下优越性：产蛋白质类药物。有以下优越性：（1 1）利用活细胞作为表达系统，）利用活细胞作为表达系统，表达效率表达效率高，高，无需大型装置和大面积厂房就可以生产出大量无需大型装置和大面积厂房就可以生产出大量药品。（药品。（2 2）可以解决传统制药中原料来源的可以解决传统制药中原料来源的不足不足。利用基因工程菌发酵生产就不需要从动。利用基因工程菌发酵生产就不需要从动物或人体上获取原料。（物或人体上获取原料。（3 3）降低生产成本降低生产成本，减少生产人员和管理人员。减少生产人员和管理人员。 4、基因治疗曙光初照、基因治疗曙光初照基因治疗：基因治疗： 把把正常基因正常基因导入病人体内，使该

20、基因的表达产导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，这是治疗遗物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，这是治疗遗传病的最有效的手段。传病的最有效的手段。例：复合型免疫缺陷症例：复合型免疫缺陷症 将将腺苷酸脱氨酶腺苷酸脱氨酶基因基因转入取自患者的转入取自患者的淋巴细胞中，再将这淋巴细胞中，再将这种淋巴细胞转入患者种淋巴细胞转入患者体内。体内。 19901990年年9 9月月1414日，安德森对一例患日，安德森对一例患腺甘脱氨酶缺乏腺甘脱氨酶缺乏症（症（ADAADA缺乏症）的缺乏症）的4 4岁女孩进行基因治疗。这个岁女孩进行基因治疗。这个4 4岁岁女孩由于遗传基因有缺陷，自身

21、不能生产女孩由于遗传基因有缺陷，自身不能生产ADAADA，先天，先天性免疫功能不全，只能生活在无菌的隔离帐里。他们性免疫功能不全，只能生活在无菌的隔离帐里。他们将这个女孩的白血球进行基因改造，使有缺陷的基因将这个女孩的白血球进行基因改造，使有缺陷的基因被健康的基因替代，然后把含正常白血球的血液输入被健康的基因替代，然后把含正常白血球的血液输入她左臂的一条静脉血管中。在以后的她左臂的一条静脉血管中。在以后的1010个月内她又接个月内她又接受了受了7 7次这样的治疗，同时也接受酶治疗。后来，她次这样的治疗，同时也接受酶治疗。后来，她的免疫功能日趋健全，能够走出隔离帐，过上了正常的免疫功能日趋健全，

22、能够走出隔离帐，过上了正常人的生活，并进入普通小学上学。人的生活，并进入普通小学上学。 ADAADA缺乏症：一种严重的免疫缺陷症缺乏症：一种严重的免疫缺陷症, ,腺苷脱氨酶腺苷脱氨酶的缺乏可使的缺乏可使T T淋巴细胞因代谢产物的累积而死亡淋巴细胞因代谢产物的累积而死亡, ,从而从而导致严重的联合性免疫缺陷症导致严重的联合性免疫缺陷症(SCID)(SCID)。通常导致婴儿。通常导致婴儿出生几个月后死亡。出生几个月后死亡。复合型免疫缺陷症的基因工程治疗复合型免疫缺陷症患者缺乏复合型免疫缺陷症患者缺乏正常的人体免疫功能，只要正常的人体免疫功能，只要稍被细菌或者病毒感染，就稍被细菌或者病毒感染，就会发

23、病死亡。这个病的机理会发病死亡。这个病的机理是细胞的一个常染色体上编是细胞的一个常染色体上编码码腺苷酸脱氨酶的基因腺苷酸脱氨酶的基因发生发生了突变。可以通过基因工程了突变。可以通过基因工程的方法治疗。的方法治疗。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取患者取患者骨髓骨髓分离干分离干细胞细胞病毒病毒正常基因正常基因导入正常基导入正常基因的干细胞因的干细胞注入患注入患者体内者体内ADAADA缺乏症的基因治疗缺乏症的基因治疗 患半乳糖血症的患者患半乳糖血症的患者，由于细胞内由于细胞内半乳糖半乳糖苷转移酶基因缺陷苷转移酶基因缺陷而缺少半乳糖苷转移酶，而缺少半乳

24、糖苷转移酶，使过多的半乳糖在体内积聚，引起肝、脑等使过多的半乳糖在体内积聚，引起肝、脑等功能受损。功能受损。 19711971年，美国科学家在体外做了试验，用年，美国科学家在体外做了试验，用带有半乳糖苷转移酶基因的噬菌体侵染患者带有半乳糖苷转移酶基因的噬菌体侵染患者的离体组织细胞的离体组织细胞，结果发现这些组织细胞能，结果发现这些组织细胞能够利用半乳糖了。这表明，用基因替换的方够利用半乳糖了。这表明，用基因替换的方法治疗这种遗传病是可能的。法治疗这种遗传病是可能的。半乳糖血症半乳糖血症基因治疗的类型基因治疗的类型体外基因治疗：体外基因治疗：先从病人体内获得某种细先从病人体内获得某种细胞，进行培

25、养，然后在胞，进行培养，然后在体外完成基因转移体外完成基因转移，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内。新输入患者体内。体内基因治疗：体内基因治疗：直接向人体组织细胞中转移直接向人体组织细胞中转移的治病方法。（如将治疗囊性纤维病的正常的治病方法。（如将治疗囊性纤维病的正常基因转入患者肺组织）基因转入患者肺组织）基因治疗的发展现状：基因治疗的发展现状：目前都处于初期的临床试验阶段目前都处于初期的临床试验阶段（操作复杂，但效果可靠。）（操作复杂，但效果可靠。）用于基因治疗的基因种类用于基因治疗的基因种类（1）用）用正常基因正常基因代替缺陷基因，或依靠

26、其表代替缺陷基因，或依靠其表达产物来弥补病变基因带来的缺陷。如血友达产物来弥补病变基因带来的缺陷。如血友病、地中海贫血病的治疗。病、地中海贫血病的治疗。（2）反义基因反义基因。用。用mRNA分子与病变的分子与病变的mRNA分子进行互补，阻断蛋白质的合成。分子进行互补，阻断蛋白质的合成。（3）自杀基因自杀基因。编码可杀死癌变细胞的蛋白。编码可杀死癌变细胞的蛋白酶基因。酶基因。P53基因病毒P53蛋白膜瘤细胞变小基因诊断：基因诊断： 也称为也称为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，从而对特定的疾病进水平分析检测某一基因，从而对特定的疾病进行

27、诊断。行诊断。原理：利用原理：利用DNADNA分子杂交原理；分子杂交原理；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、荧光分子等等标记的标记的DNADNA分子；基因探针就是一段与目的基分子；基因探针就是一段与目的基因或因或DNADNA互补的特异核苷酸序列。它包括整个互补的特异核苷酸序列。它包括整个基因，或基因的一部分；可以是基因，或基因的一部分；可以是DNADNA本身，也本身，也可以是由之转录而来的可以是由之转录而来的RNARNA。 探针必须是探针必须是单链单链，并且带有，并且带有容易被检测出来容易被检测出来的标记物的标记物。实例：实例：病毒的检测：病毒的

28、检测：肝炎病毒、肠道病毒、单纯孢疹肝炎病毒、肠道病毒、单纯孢疹病毒等；病毒等； 遗传性疾病的检测：遗传性疾病的检测：镰刀型细胞贫血症、苯丙酮镰刀型细胞贫血症、苯丙酮尿症等；尿症等；A A、制作基因探针；、制作基因探针；基因诊断的过程基因诊断的过程B B、将待测基因加热成单链；、将待测基因加热成单链；C C、两者混合杂交。、两者混合杂交。 珠蛋白的珠蛋白的DNADNA探针探针 镰刀型细胞贫血症镰刀型细胞贫血症苯丙氨酸羟化酶基因探针苯丙氨酸羟化酶基因探针 苯丙酮尿症苯丙酮尿症白血病患者细胞中分离出的癌基因制备的白血病患者细胞中分离出的癌基因制备的DNADNA探针探针 白血病白血病举例举例应用：应用

29、：神奇的神奇的基因芯片基因芯片 从正常人的基因组中分离出从正常人的基因组中分离出DNADNA，与，与DNADNA芯片杂交就芯片杂交就可以得出可以得出标准图谱标准图谱；从病人的基因组中分离出；从病人的基因组中分离出DNADNA与与DNADNA芯片杂交就可以得出芯片杂交就可以得出病变图谱病变图谱。通过比较、分析这两种。通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变的图谱，就可以得出病变的DNADNA信息。信息。 主要用于基因检测工作，让芯片上成千上万的探主要用于基因检测工作，让芯片上成千上万的探针分子，与被检测的带有标记的基因样品，按碱基针分子，与被检测的带有标记的基因样品，按碱基配对原理进行杂交。配对

30、原理进行杂交。 基因芯片诊断技术以其基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏感、经济、快速、高效、敏感、经济、自动化自动化等特点，将成为一项现代化诊断新技术。等特点，将成为一项现代化诊断新技术。 基因芯片在临床诊断方面表现出的独特优势：基因芯片在临床诊断方面表现出的独特优势： 在早期诊断中发挥作用；同时对多个病人进行多在早期诊断中发挥作用；同时对多个病人进行多种疾病的检测；可以从分子水平上了解疾病。种疾病的检测；可以从分子水平上了解疾病。 1）用基因工程产物）用基因工程产物“超级细菌超级细菌”分解石分解石油，可以大大提高细菌分解石油的效率。具体油，可以大大提高细菌分解石油的效率。具体方法：将能分解三

31、种烃类的方法：将能分解三种烃类的假单孢杆菌假单孢杆菌的基因的基因都转移到能分解另一种烃类的假单孢杆菌内，都转移到能分解另一种烃类的假单孢杆菌内，创造出了能同时分解四种烃类的创造出了能同时分解四种烃类的“超级细菌超级细菌”。 2）用基因工程培养出）用基因工程培养出“吞噬吞噬”汞和降解土壤汞和降解土壤中中DDT的的细菌细菌，以及能够，以及能够净化镉污染净化镉污染的的植物植物。 3）通过基因重组构建新的）通过基因重组构建新的杀虫剂杀虫剂，取代生产，取代生产过程中耗能多、易造成环境污染的农药，并试过程中耗能多、易造成环境污染的农药，并试图通过基因工程图通过基因工程回收和利用工业废物回收和利用工业废物。

32、 通过基因工程方法怎样净化被污染的环境？通过基因工程方法怎样净化被污染的环境？ 这是两幅同学画的基因工程卡通图。你能像这位同学这是两幅同学画的基因工程卡通图。你能像这位同学一样。展开你想像的翅膀，用图画、文字或用音乐创造一样。展开你想像的翅膀，用图画、文字或用音乐创造等，来畅想基因工程的未来吗？等，来畅想基因工程的未来吗？转基因技术的利与弊：转基因技术的利与弊：改变传统的育种方式，缩短育种时间。培育改变传统的育种方式，缩短育种时间。培育出高产优质、抗病虫害、抗旱、抗盐碱，抗除出高产优质、抗病虫害、抗旱、抗盐碱，抗除草剂等特性的作物新品种。草剂等特性的作物新品种。克服远源杂交不亲和障碍。如可以把

33、动物的克服远源杂交不亲和障碍。如可以把动物的基因，甚至人的基因组合到植物里去。基因，甚至人的基因组合到植物里去。生产有利于健康和抗病的食品。生产有利于健康和抗病的食品。培育出符合人们意愿的动植物新品种。培育出符合人们意愿的动植物新品种。有些转基因食物含的一些物质，可能会影有些转基因食物含的一些物质，可能会影响人体健康。响人体健康。 大量的转基因生物进入自大量的转基因生物进入自然界后很可能会与野生物种进行杂交，产生然界后很可能会与野生物种进行杂交，产生一些超级生物，从而造成基因污染。如有些一些超级生物，从而造成基因污染。如有些作物插入抗虫基因，杀死环境中有益的生物。作物插入抗虫基因，杀死环境中有

34、益的生物。二、蛋白质工程的崛起：二、蛋白质工程的崛起： 通过基因工程能够大规模生产生物体内微量通过基因工程能够大规模生产生物体内微量存在的活性物质，并借助转基因而改变动植物性存在的活性物质，并借助转基因而改变动植物性状，得以在人类医疗保健中进行基因诊断和基因状，得以在人类医疗保健中进行基因诊断和基因治疗。然而在广泛利用自然界各种蛋白质的过程治疗。然而在广泛利用自然界各种蛋白质的过程中就发现，这些蛋白质只是适应生物自身的需要，中就发现，这些蛋白质只是适应生物自身的需要，而对它们进行产业化开发往往不合意，需要加以而对它们进行产业化开发往往不合意，需要加以改造。改造。 1983年年Ulmer首先提出

35、蛋白质工程，首先提出蛋白质工程，它是指它是指按照特定的需要，对蛋白质进行分子设计和改造按照特定的需要，对蛋白质进行分子设计和改造的工程。的工程。自此以后，蛋白质工程迅速发展，已成自此以后，蛋白质工程迅速发展，已成为生物工程的重要组成部分。为生物工程的重要组成部分。回答 以蛋白质分子的结构规律及其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，通过与生物功能的关系作为基础，通过基因修饰基因修饰或或基因合成基因合成，对现有，对现有蛋白质蛋白质进行改造进行改造，或制造一种，或制造一种新的蛋白质新的蛋白质，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。蛋白质工程：蛋白质工程：蛋白质工

36、程的基本原理蛋白质工程的基本原理翻译翻译逆转录逆转录转转 录录DNARNA蛋蛋白白质质性性状状转录翻译折叠生物功能分子设计预期功能合成1、中心法则、中心法则2、蛋白质工程流程图、蛋白质工程流程图蛋白质工程的主要步骤通常包括：蛋白质工程的主要步骤通常包括：蛋白质工程的主要步骤通常包括：蛋白质工程的主要步骤通常包括：（1 1）从生物体中）从生物体中分离纯化分离纯化得到得到目的蛋白目的蛋白；（2 2）测定测定其其氨基酸序列氨基酸序列；（3 3）借借助助核核磁磁共共振振和和X X射射线线晶晶体体衍衍射射等等手手段段，尽尽可可能能地地了解了解蛋白质蛋白质的二维重组和三维晶体的二维重组和三维晶体结构结构;

37、 ;（4 4）设设计计各各种种处处理理条条件件，了了解解蛋蛋白白质质的的结结构构变变化化，包括折叠与去折叠等包括折叠与去折叠等对其活性与功能的影响对其活性与功能的影响；（5 5）设计设计编码该蛋白的编码该蛋白的基因改造基因改造方案方案，如点突变；，如点突变；（6 6）分离纯化分离纯化新蛋白新蛋白，功能功能检测检测后投入实际使用。后投入实际使用。三、蛋白质工程的进展与前景三、蛋白质工程的进展与前景改造胰岛素特效药品应用于电子方面蛋白质工程制造电子元件。优点：体积小、耗电少、效率高。胰岛素胰岛素改造改造 天然胰岛素制剂在储存中易形成二聚体和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

38、射部位进入血液，从六聚体，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，这而延缓了其降血糖作用，也增加了抗原性，这是胰岛素是胰岛素B23-B28氨基酸残基结构所致。利用氨基酸残基结构所致。利用蛋白质工程技术改变这些残基，则可降低其聚蛋白质工程技术改变这些残基，则可降低其聚合作用，使胰岛素合作用，使胰岛素快速起作用。该快速起作用。该速效胰岛素已速效胰岛素已通过临床实验。通过临床实验。水蛭素水蛭素改造改造 水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特异抑水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特异抑制剂，它有多种变异体，由制剂，它有多种变异体，由65或或66个氨基酸残个氨基酸残基组成。水蛭素在临

39、床上可作为抗栓药物用于基组成。水蛭素在临床上可作为抗栓药物用于治疗血栓疾病。为提高水蛭素活性，在综合各治疗血栓疾病。为提高水蛭素活性，在综合各变异体结构特点的基础上提出改造水蛭素主要变异体结构特点的基础上提出改造水蛭素主要变异体变异体HV2的设计方案，将的设计方案，将47位的位的Asn（天冬（天冬酰胺）变成酰胺）变成Lys（赖氨酸），使其与分子内第（赖氨酸），使其与分子内第4或第或第5位位Thr（苏氨酸）间形成氢键来帮助水蛭（苏氨酸）间形成氢键来帮助水蛭素素N端肽段的正确取向，从而提高凝血效率，试端肽段的正确取向，从而提高凝血效率，试管试验活性提高管试验活性提高4倍，在动物模型上检验抗血栓倍，

40、在动物模型上检验抗血栓形成的效果，提高形成的效果，提高20倍。倍。生长激素生长激素改造改造 生长激素通过对它特异受体的作用促进细胞和机生长激素通过对它特异受体的作用促进细胞和机体的生长发育，然而它不仅可以结合生长激素受体，体的生长发育，然而它不仅可以结合生长激素受体，还可以结合许多种不同类型细胞的催乳激素受体，引还可以结合许多种不同类型细胞的催乳激素受体，引发其他生理过程。发其他生理过程。 在治疗过程中为减少副作用，需使人的重组生长激在治疗过程中为减少副作用，需使人的重组生长激素只与生长激素受体结合，尽可能减少与其他激素受素只与生长激素受体结合，尽可能减少与其他激素受体的结合。经研究发现，二者

41、受体结合区有一部分重体的结合。经研究发现，二者受体结合区有一部分重叠，但并不完全相同，有可能通过改造加以区别。由叠，但并不完全相同，有可能通过改造加以区别。由于人的生长激素和催乳激素受体结合需要锌离子参与于人的生长激素和催乳激素受体结合需要锌离子参与作用，而它与生长激素受体结合则无需锌离子参与，作用，而它与生长激素受体结合则无需锌离子参与，于是考虑取代充当锌离子配基的氨基酸侧链，如第于是考虑取代充当锌离子配基的氨基酸侧链，如第18和第和第21位位His（组氨酸）和第（组氨酸）和第17位位Glu（谷氨酸）。实（谷氨酸）。实验结果与预先设想一致，但要开发作为临床用药还有验结果与预先设想一致，但要开

42、发作为临床用药还有大量的工作要做。大量的工作要做。治癌酶治癌酶改造改造 癌症的基因治疗分二个方面：药物作用于癌细胞，癌症的基因治疗分二个方面：药物作用于癌细胞，特异性地抑制或杀死癌细胞；药物保护正常细胞免受化特异性地抑制或杀死癌细胞；药物保护正常细胞免受化学药物的侵害，可以提高化学治疗的剂量。疱疹病毒学药物的侵害，可以提高化学治疗的剂量。疱疹病毒（HSV）胸腺嘧啶激酶（）胸腺嘧啶激酶（TK）可以催化胸腺嘧啶和其它）可以催化胸腺嘧啶和其它结构类似物磷酸化而使这些碱基结构类似物磷酸化而使这些碱基3-OH缺乏缺乏,从而阻断从而阻断DNA的合成，杀死癌细胞。的合成，杀死癌细胞。HSVTK催化能力可以通

43、过催化能力可以通过基因突变来提高。从大量的随机突变中进行筛选出一种基因突变来提高。从大量的随机突变中进行筛选出一种酶酶,在酶活性部位附近有在酶活性部位附近有6个氨基酸被替换，催化能力个氨基酸被替换，催化能力20倍以上。倍以上。 蛋白质工程的发展很快，研究工作很多，以上仅介绍蛋白质工程的发展很快，研究工作很多，以上仅介绍了几个例子。蛋白质工程除了用于改造天然蛋白质或设了几个例子。蛋白质工程除了用于改造天然蛋白质或设计制造新的蛋白质外，其本身还是研究蛋白质结构功能计制造新的蛋白质外，其本身还是研究蛋白质结构功能的一种强有力的工具，它在解决生物理论方面所起的作的一种强有力的工具，它在解决生物理论方面

44、所起的作用，可以和任何重大的生物研究方法相提并论。用，可以和任何重大的生物研究方法相提并论。 人类蛋白质组计划是继人类基因组计划后，生人类蛋白质组计划是继人类基因组计划后，生命科学乃至自然科学领域一项重大的科学命题。命科学乃至自然科学领域一项重大的科学命题。20012001年国际人类蛋白质组组织宣告成立。年国际人类蛋白质组组织宣告成立。20032003年该年该组织正式提出启动了两项重大国际合作行动：一项组织正式提出启动了两项重大国际合作行动：一项是由中国科学家牵头执行的是由中国科学家牵头执行的“人类肝脏蛋白质组计人类肝脏蛋白质组计划划”；另一项是以美国科学家牵头执行的；另一项是以美国科学家牵头

45、执行的“人类蛋人类蛋白质组计划白质组计划”，由此拉开了蛋白质组计划的帷幕。，由此拉开了蛋白质组计划的帷幕。 人类蛋白质组计划人类蛋白质组计划 “人类肝脏蛋白质组计划人类肝脏蛋白质组计划”是国际上第一个组织是国际上第一个组织器官的蛋白质组计划，由我国贺福初院士牵头，这器官的蛋白质组计划，由我国贺福初院士牵头，这是中国科学家第一次领衔的重大国际科研协作计划，是中国科学家第一次领衔的重大国际科研协作计划，总部设在北京。它的科学目标是揭示并确认肝脏的总部设在北京。它的科学目标是揭示并确认肝脏的蛋白质，为重大肝病预防、诊断、治疗和新药研发蛋白质，为重大肝病预防、诊断、治疗和新药研发的突破提供重要的科学基

46、础。的突破提供重要的科学基础。 全力投入会使你与众不同，你是全力投入会使你与众不同，你是最优秀的最优秀的，你一定能做的更好你一定能做的更好！ 请拿出你的课本请拿出你的课本（17-2917-29页），页），双色笔双色笔和学案，还有你的和学案，还有你的1、举例说出基因工程的应用及取得的丰硕成果；、举例说出基因工程的应用及取得的丰硕成果；关注基因工程的进展；认同基因工程的应用促进关注基因工程的进展；认同基因工程的应用促进了生产力的提高。了生产力的提高。2、举例说出蛋白质工程崛起的缘由；简述蛋白、举例说出蛋白质工程崛起的缘由；简述蛋白质工程的基本原理及过程；尝试运用逆向思维分质工程的基本原理及过程；尝

47、试运用逆向思维分析和解决问题析和解决问题 。 【重点和难点重点和难点】【学习目标学习目标】第一讲第一讲 基因工程的基本工具和操作程序基因工程的基本工具和操作程序1、基因工程的应用。、基因工程的应用。2、蛋白质工程的基本原理及过程。、蛋白质工程的基本原理及过程。 一、自主纠错、疯狂记忆（约一、自主纠错、疯狂记忆（约3分钟）分钟）对照参考答案纠正导学案的错误并对照参考答案纠正导学案的错误并理解记忆。理解记忆。要求：要求： 静心、动脑，深入思考。让自己知静心、动脑，深入思考。让自己知道哪些懂了，哪些还不懂，不懂的要用道哪些懂了，哪些还不懂，不懂的要用红笔画出来，红笔画出来，以便讨论时重点突破。以便讨

48、论时重点突破。温馨温馨提示提示疯狂记忆疯狂记忆1、。2、。、。3、。、。全力投入会使你与众全力投入会使你与众不不同同,你你是最优是最优秀的。你秀的。你一定能做的更好！一定能做的更好！二、小组合作、讨论解疑二、小组合作、讨论解疑（约（约10分钟）分钟）要求要求：1、组长负责协调好分层讨、组长负责协调好分层讨论，先论，先一对一一对一讨论（讨论（3-5分钟），然后组内讨论，分钟），然后组内讨论，纠正好答案纠正好答案。要求每个人。要求每个人都有事干，注重讨论的都有事干，注重讨论的效效率率。2、要讨论出自己的东西，、要讨论出自己的东西，讨论完讨论完的同学的同学整理总结整理总结知知识，识，注意总结本组好的

49、解注意总结本组好的解题方法和规律，题方法和规律，准备展示准备展示。讨论内容讨论内容：1、自学中不能独立解决的问题。、自学中不能独立解决的问题。2、一会儿要展示的问题：、一会儿要展示的问题：（1 1）【自主预习自主预习】（2 2）【合作探究合作探究】 （3 3）【课堂检测课堂检测】三、三、踊跃展示、高效点评、大胆质疑：踊跃展示、高效点评、大胆质疑：展示要求：展示要求： 1、口头口头展示：展示： 面向同学、面向同学、语言简洁、准确，声音洪语言简洁、准确，声音洪亮；亮；书面书面展示：展示： 规范快速，规范快速，注重总结规律方法。注重总结规律方法。2、讨论完毕总结整理完、讨论完毕总结整理完善，力争全部

50、过关。善，力争全部过关。非展示同学：非展示同学： 在同学展示的时候继续在同学展示的时候继续讨论或记忆总结。并学会讨论或记忆总结。并学会倾听倾听，学会整理自己的答，学会整理自己的答案，准备点评案，准备点评补充补充和和质疑质疑。点评要求：点评要求：1、点评时声音洪亮、点评时声音洪亮脱稿脱稿，注重自己的注重自己的“教态教态”。2、点评讲究、点评讲究方法方法：先评书：先评书写、再评对错、后总结方法写、再评对错、后总结方法规律。规律。3、点评讲究、点评讲究效率效率：言简意：言简意赅，遇不明白时及时让给其赅，遇不明白时及时让给其他同学。他同学。非点评同学：非点评同学： 注意倾听、思考，关键注意倾听、思考，

51、关键内容做好笔记，有补充或不内容做好笔记，有补充或不明白的地方及时、大胆提出。明白的地方及时、大胆提出。 踊跃展示踊跃展示（5分钟）、分钟）、高效点评高效点评（15分钟）分钟）展示内容（展示内容（A班班）展示展示点评点评（1 1）【课堂检测课堂检测】1 1、2 2（4 4）【课堂检测课堂检测】7 7、8 8（2 2）【课堂检测课堂检测】3 3、4 4（5 5）【课堂检测课堂检测】9 9、1010（3 3）【课堂检测课堂检测】5 5、6 66组组5组组4组组3组组2组组（6 6）【课堂检测课堂检测】11111组组4组组3组组2组组1组组6组组5组组 踊跃展示踊跃展示（5分钟）、分钟）、高效点评高

52、效点评（15分钟）分钟）展示内容（展示内容（1、2班班）展示展示点评点评（1 1）【课堂检测课堂检测】 1 1、2 2（4 4）【课堂检测课堂检测】5 5（5 5）【课堂检测课堂检测】6 6（3 3）【课堂检测课堂检测】4 49组组8组组7组组6组组5组组6组组4组组3组组5组组（6 6）【课堂检测课堂检测】7 7（7 7）【课堂检测课堂检测】8 8、9 9（8 8）【课堂检测课堂检测】1010（9 9）【课堂检测课堂检测】11114组组3组组2组组1组组2组组1组组9组组8组组7组组（2 2）【课堂检测课堂检测】3 3【课堂检测课堂检测】参考答案参考答案110、B D D C D B A A

53、 B B 11、（、（1）4（2）2 1 （3）复制）复制（4）DNA酶酶（5）表面无相应的特异受体）表面无相应的特异受体（6）昆虫种群抗药性基因频率）昆虫种群抗药性基因频率参考答案参考答案10、苏云金芽孢杆菌(Bt)能产生具有杀虫能力的毒素蛋白。下图是转Bt毒素蛋白基因植物的培育过程示意图(ampr为抗氨苄青霉素基因)，据图回答下列问题。(1)将图中的DNA用Hind、BamH完全酶切后，反应管中有 种DNA片段。(2) 图中表示Hind与BamH酶切、DNA连接酶连接的过程，此过程可获得 种重组质粒。如果换用Bst与BamH酶切，目的基因与治理连接后可获得 种重组质粒。（3）目的基因插入质

54、粒后，不能影响质粒的 。(4) 图中的Ti质粒调控合成的vir蛋白，可以协助带有目的基因的TDNA导入植物细胞，并防止植物细胞中的 对TDNA的降解。(5) 已知转基因植物中毒素蛋白只结合某些昆虫肠上皮细胞表面的特异受体，使细胞膜穿孔，肠细胞裂解，昆虫死亡。而该毒素蛋白对人类的风险相对较小，原因是人类肠上皮细胞 。(6生产上常将上述转基因作物与非转基因作物混合播种，其目的是降低 的增长速率。学科班长总结点评：学科班长总结点评：学习目标学习目标目标落实目标落实优秀小组优秀小组优秀个人优秀个人1、举例说出基因工程的应用及取得的丰硕成果；、举例说出基因工程的应用及取得的丰硕成果；关注基因工程的进展；认同基因工程的应用促进关注基因工程的进展；认同基因工程的应用促进了生产力的提高。了生产力的提高。2、举例说出蛋白质工程崛起的缘由；简述蛋白、举例说出蛋白质工程崛起的缘由；简述蛋白质工程的基本原理及过程；尝试运用逆向思维分质工程的基本原理及过程；尝试运用逆向思维分析和解决问题析和解决问题 。 祝同学们在卉原中学愉快地祝同学们在卉原中学愉快地度过三年的高中生活，考入度过三年的高中生活，考入自己理想的大学！自己理想的大学！转基因鲑鱼转基因鲑鱼