高二生物選修3 基因工程的發(fā)展前景浙科版 課件

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1、第四節(jié) 基因工程的發(fā)展前景 提高農(nóng)作物光能利用率的方法有：提高農(nóng)作物光能利用率的方法有： 1 1、控制光照；、控制光照； 2 2、控制溫度；、控制溫度； 3 3、提供適量的二氧化碳；、提供適量的二氧化碳； 4 4、提供適量的水分、提供適量的水分二磷酸核酮糖羧化酶二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶加氧酶， CO2的固定階段的固定階段反應(yīng)是在反應(yīng)是在二磷酸核酮糖羧化酶二磷酸核酮糖羧化酶催化下完成催化下完成,提高提高羧化酶活性羧化酶活性,降低加氧酶活性降低加氧酶活性.在基因工程方面的最新嘗試在基因工程方面的最新嘗試光合作用光合作用1)、氮是構(gòu)成、氮是構(gòu)成蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)的主要成分，的主要成分，2)、等都含有氮等

2、都含有氮 所以氮為所以氮為基本生命元素基本生命元素，必須不斷補(bǔ)充必須不斷補(bǔ)充主要是主要是無(wú)機(jī)態(tài)氮無(wú)機(jī)態(tài)氮，即，即銨態(tài)氮銨態(tài)氮和和硝態(tài)氮硝態(tài)氮，也可，也可以吸收利用以吸收利用有機(jī)態(tài)氮有機(jī)態(tài)氮，如，如尿素尿素等。等。 如荷蘭的如荷蘭的GenPharm公司用公司用轉(zhuǎn)基因牛生產(chǎn)乳鐵蛋轉(zhuǎn)基因牛生產(chǎn)乳鐵蛋白，預(yù)計(jì)每年從牛奶白，預(yù)計(jì)每年從牛奶生產(chǎn)出來(lái)營(yíng)養(yǎng)奶粉的生產(chǎn)出來(lái)營(yíng)養(yǎng)奶粉的銷(xiāo)售額是銷(xiāo)售額是50億美元。億美元。蛋白質(zhì)工程崛起的緣由蛋白質(zhì)工程崛起的緣由 1 1、基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋、基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)。白質(zhì)。 2 2、天然蛋白質(zhì)不一定完全符合人類(lèi)的需要。、天然蛋

3、白質(zhì)不一定完全符合人類(lèi)的需要。 生產(chǎn)符合人們需要的并非自然界已存在的蛋白質(zhì)。生產(chǎn)符合人們需要的并非自然界已存在的蛋白質(zhì)。v對(duì)天然的蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，你認(rèn)為應(yīng)對(duì)天然的蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，你認(rèn)為應(yīng)該直接對(duì)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作，還是該直接對(duì)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作，還是通過(guò)對(duì)基因的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)？通過(guò)對(duì)基因的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)？蛋白質(zhì)工程流程圖：蛋白質(zhì)工程流程圖：預(yù)期預(yù)期功能功能DNA合成合成分子分子設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)三維結(jié)構(gòu)氨基酸序列氨基酸序列多肽鏈多肽鏈基因基因DNADNAmRNAmRNA生物生物功能功能轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄翻譯翻譯折疊折疊蛋白質(zhì)工程蛋白質(zhì)工程:通過(guò)基因修飾或基因合成，通過(guò)基因修飾或基因合成，對(duì)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有蛋白

4、質(zhì)進(jìn)行改造有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)，或制造一種新的蛋白質(zhì)，中心法則 在基因工程中，科學(xué)家常用細(xì)菌、酵母菌等微在基因工程中，科學(xué)家常用細(xì)菌、酵母菌等微生物作為受體細(xì)胞，原因是生物作為受體細(xì)胞，原因是 A.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便 B.遺傳物質(zhì)含量少遺傳物質(zhì)含量少 C. 繁殖速度快繁殖速度快 D.性狀穩(wěn)定，變異少性狀穩(wěn)定，變異少 1976年，美國(guó)的年，美國(guó)的H.Boyer教授首次將人的生長(zhǎng)抑教授首次將人的生長(zhǎng)抑制素釋放因子的基因轉(zhuǎn)移到大腸桿菌，并獲得表制素釋放因子的基因轉(zhuǎn)移到大腸桿菌，并獲得表達(dá)，此文中的達(dá)，此文中的“表達(dá)表達(dá)”是指該基因在大腸桿菌是指該基因在大腸桿菌 A

5、能進(jìn)行能進(jìn)行DNA復(fù)制復(fù)制 B能傳遞給細(xì)菌后代能傳遞給細(xì)菌后代 C能合成生長(zhǎng)抑制素釋放因子能合成生長(zhǎng)抑制素釋放因子 D能合成人能合成人的生長(zhǎng)素的生長(zhǎng)素CC例：分析表例：分析表T4溶菌酶的修飾溶菌酶的修飾結(jié)果，說(shuō)明修飾的目的。結(jié)果，說(shuō)明修飾的目的。酶酶半胱氨酸的位置和數(shù)目半胱氨酸的位置和數(shù)目 二硫鍵二硫鍵數(shù)目數(shù)目 相對(duì)活相對(duì)活性性熱穩(wěn)定熱穩(wěn)定性性 野生型野生型T4T4溶菌酶溶菌酶突變酶突變酶A A突變酶突變酶B B突變酶突變酶C C突變酶突變酶D D突變酶突變酶E E突變酶突變酶F F Cys54,Cys97Cys54,Cys97CysCys，Cys97Cys97Cys9Cys9，Cys164C

6、ys164Cys21Cys21，Cys142Cys142Cys3Cys3，Cys9Cys9，Cys97Cys97，Cys164Cys164Cys9Cys9，Cys21Cys21，Cys164Cys164， Cys142Cys142CysCys，Cys9Cys9，Cys21Cys21，Cys97Cys97，Cys142Cys142，Cys164Cys164 無(wú)無(wú)1 11 11 12 22 23 3 1001001961961061060 095950 00 0 41.941.946.746.748.348.352.952.957.657.658.958.965.5 65.5 T4溶菌酶及其溶菌酶

7、及其6個(gè)突變體的性質(zhì)個(gè)突變體的性質(zhì) T4溶菌酶的修飾屬于氨基酸置換修飾。如表所示，人們通過(guò)定點(diǎn)誘變產(chǎn)生突變型的T4溶菌酶，再進(jìn)行酶活性的測(cè)定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，有二硫鍵存在時(shí)，酶的熱穩(wěn)定性升高，二硫鍵越多酶就越穩(wěn)定。 目的：提高酶的穩(wěn)定性。目的：提高酶的穩(wěn)定性。利用已知基因利用已知基因制備探針制備探針(單鏈單鏈DNA或或RNA)將待測(cè)基因經(jīng)熱處理將待測(cè)基因經(jīng)熱處理成成單鏈單鏈DNADNA, ,并擴(kuò)增并擴(kuò)增得到大量得到大量DNADNA單鏈單鏈探針與突變基因結(jié)合形探針與突變基因結(jié)合形成特定顏色的成特定顏色的雜交斑雜交斑兩者在一種特兩者在一種特制的尼龍膜上制的尼龍膜上進(jìn)行進(jìn)行混合混合2 2、基因診斷、基

8、因診斷DNA附著在膜上附著在膜上硝化纖維素硝化纖維素加探針加探針報(bào)告基因（含熒光素分子）報(bào)告基因（含熒光素分子）變性變性DNA雜交雜交（如檢測(cè)（如檢測(cè)SARS病毒等）病毒等）abcd基因診斷的原理：基因診斷的原理： DNADNA分子雜交分子雜交 也稱(chēng)為也稱(chēng)為DNADNA診斷診斷或或基因探針技術(shù)基因探針技術(shù)，即在，即在DNADNA水平分析檢測(cè)某一基因，從而對(duì)特定水平分析檢測(cè)某一基因，從而對(duì)特定的疾病進(jìn)行診斷。的疾病進(jìn)行診斷。 探針制備：探針制備：放射性同位素放射性同位素( (如如3232P)P)、熒光、熒光分子分子等標(biāo)記的等標(biāo)記的DNADNA分子；分子； 原原 理：利用理：利用DNADNA分子雜

9、交原理分子雜交原理 在藥品生產(chǎn)中，有些藥品如干擾素，白細(xì)胞介素，在藥品生產(chǎn)中，有些藥品如干擾素，白細(xì)胞介素，凝血因子等，以前主要是從生物體的組織、細(xì)胞或凝血因子等，以前主要是從生物體的組織、細(xì)胞或血液中提取的，由于受原料來(lái)源限制，價(jià)價(jià)十分昂血液中提取的，由于受原料來(lái)源限制，價(jià)價(jià)十分昂貴，而且產(chǎn)量低，臨床供應(yīng)明顯不足。自貴，而且產(chǎn)量低，臨床供應(yīng)明顯不足。自70年代遺年代遺傳工程發(fā)展起來(lái)以后，人們逐步地在人體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了傳工程發(fā)展起來(lái)以后，人們逐步地在人體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了相應(yīng)的目的基因，使之與質(zhì)粒形成重組相應(yīng)的目的基因，使之與質(zhì)粒形成重組DNA，并以并以重組重組DNA引入大腸桿菌，最后利用這些工程菌，可引入大

10、腸桿菌，最后利用這些工程菌，可以高效率地生產(chǎn)出上述各種高質(zhì)量低成本的藥品，以高效率地生產(chǎn)出上述各種高質(zhì)量低成本的藥品，請(qǐng)分析回答：請(qǐng)分析回答： （ 1 ） 在 基 因 工 程 中 ， 質(zhì) 粒 是 一 種 最 常 用） 在 基 因 工 程 中 ， 質(zhì) 粒 是 一 種 最 常 用的的 ，它廣泛地存在于細(xì)菌細(xì)胞中，是，它廣泛地存在于細(xì)菌細(xì)胞中，是一種很小的環(huán)狀一種很小的環(huán)狀 分子。分子。 （2）在用目的基因與質(zhì)粒形成重組）在用目的基因與質(zhì)粒形成重組DNA過(guò)程中，過(guò)程中，一般要用到的工具酶是一般要用到的工具酶是 和和 。運(yùn)載體，運(yùn)載體， DNA限制性核酸內(nèi)切酶切限制性核酸內(nèi)切酶切 DNA連接酶連接酶

11、在藥品生產(chǎn)中，有些藥品如干擾素，白細(xì)胞介素，在藥品生產(chǎn)中，有些藥品如干擾素，白細(xì)胞介素，凝血因子等，以前主要是從生物體的組織、細(xì)胞或凝血因子等，以前主要是從生物體的組織、細(xì)胞或血液中提取的，由于受原料來(lái)源限制，價(jià)價(jià)十分昂血液中提取的，由于受原料來(lái)源限制，價(jià)價(jià)十分昂貴，而且產(chǎn)量低，臨床供應(yīng)明顯不足。自貴，而且產(chǎn)量低，臨床供應(yīng)明顯不足。自70年代遺年代遺傳工程發(fā)展起來(lái)以后，人們逐步地在人體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了傳工程發(fā)展起來(lái)以后，人們逐步地在人體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了相應(yīng)的目的基因，使之與質(zhì)粒形成重組相應(yīng)的目的基因，使之與質(zhì)粒形成重組DNA，并以并以重組重組DNA引入大腸桿菌，最后利用這些工程菌，可引入大腸桿菌，最后利用這些

12、工程菌，可以高效率地生產(chǎn)出上述各種高質(zhì)量低成本的藥品，以高效率地生產(chǎn)出上述各種高質(zhì)量低成本的藥品，請(qǐng)分析回答：請(qǐng)分析回答： （3）將含有）將含有“某激素基因某激素基因”的質(zhì)粒導(dǎo)入細(xì)菌細(xì)胞的質(zhì)粒導(dǎo)入細(xì)菌細(xì)胞后，能在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)直接合成后，能在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)直接合成“某激素某激素”，則該激，則該激素在細(xì)菌體內(nèi)的合成包括素在細(xì)菌體內(nèi)的合成包括 和和 兩個(gè)兩個(gè)階段。階段。 （4）在將質(zhì)粒導(dǎo)入細(xì)菌時(shí)，一般要用）在將質(zhì)粒導(dǎo)入細(xì)菌時(shí)，一般要用 處理細(xì)處理細(xì)菌，以增大菌，以增大 。 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄 翻譯翻譯 CaCl2細(xì)菌細(xì)胞細(xì)胞壁的通透性。細(xì)菌細(xì)胞細(xì)胞壁的通透性。乙肝疫苗 1980年，法國(guó)科學(xué)家首先用基因工程方法，在細(xì)

13、菌和小鼠細(xì)胞中誘導(dǎo)產(chǎn)生乙肝病毒的蛋白質(zhì)，并且證明該蛋白質(zhì)具有免疫原性。 1982年，乙肝疫苗首次在美國(guó)面世，但由于是從人攜帶者的血液中分離出的病毒經(jīng)滅活后作為疫苗，因而受到血液的來(lái)源和技術(shù)的限制。制成的疫苗數(shù)量少、價(jià)格昂貴、難于推廣。并且由于血源制品，安全上沒(méi)有保障。為避免受愛(ài)滋病毒的污染，有些國(guó)家已經(jīng)禁止使用乙肝血源性疫苗。 目前主要采用基因工程的方法獲得疫苗。目前所用的疫苗主要指：美國(guó)和日本等國(guó)采用的將重組DNA導(dǎo)入酵母，有酵母菌產(chǎn)生乙肝抗原而制成疫苗，另一種是以色列等國(guó)采用的，將重組DNA導(dǎo)入倉(cāng)鼠細(xì)胞中，有倉(cāng)鼠細(xì)胞產(chǎn)生疫苗。 在經(jīng)濟(jì)效益方面，應(yīng)用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器技術(shù)來(lái)制造基因藥物也是一種可以獲取巨額經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)的新型產(chǎn)業(yè)。 英國(guó)羅斯林研究所研制成功的轉(zhuǎn)基因羊，其乳汁中含有a,1抗胰蛋白酶，可治療肺氣腫病。這種病在北美比較常見(jiàn)，病人以前只能依賴(lài)于注射人的a,1抗胰蛋白酶做替代療法， 價(jià)格昂貴，而現(xiàn)在用轉(zhuǎn)基因羊來(lái)生產(chǎn)，每升這種羊奶可售6000美元。