第3章基因工程生物學(xué)選擇性必修三《生物技術(shù)與工程》3.3基因工程的應(yīng)用和蛋白質(zhì)工程5.1.4舉例說明基因工程在農(nóng)牧、食品及醫(yī)藥等行業(yè)的廣泛應(yīng)用改善了人類的生活品質(zhì)5.2蛋白質(zhì)工程是基因工程的延伸5.2.1概述人們根據(jù)基因工程原理，進(jìn)行蛋白質(zhì)設(shè)計和改造，可以獲得性狀和功能更符合人類需求的蛋白質(zhì)5.2.2舉例說明依據(jù)人類需要對原有蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行基因改造、生產(chǎn)目標(biāo)蛋白的過程內(nèi)容要求——基因工程的基本操作程序目錄Contents01蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用02基因工程的應(yīng)用01基因工程的應(yīng)用1.基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用提高動物的生長速率方法∶將外源生長激素基因?qū)雱游矬w內(nèi)，以提高動物的生長速率。實(shí)例∶將外源的生長激素基因?qū)膈庺~，在同等條件下養(yǎng)殖，轉(zhuǎn)基因鯉魚的生長速率比非轉(zhuǎn)基因鯉魚提高了42%~115%。●改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)解決的問題∶有些人由于乳糖酶分泌少，不能完全消化牛奶中的乳糖，食用后會出現(xiàn)腹瀉等乳糖不耐受癥狀。將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M，使獲得的轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁中，乳糖含量大大降低，而其他營養(yǎng)成分不受影響。●方法某種生物中分離出具有抗蟲功能的基因，將它導(dǎo)入作物中培育出具有抗蟲性的作物?！褚饬x減少化學(xué)農(nóng)藥使用，降低生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染?！癯晒褐饕兴?、棉花、玉米、大豆、馬鈴薯●方法將來源于某些病毒、真菌等的抗病基因?qū)胫参镏?，培育出了轉(zhuǎn)基因抗病植物。●成果抗病毒甜椒、番木瓜和煙草等。●方法將降解或抵抗某種除草劑的基因?qū)胫参?，可以培育出抗除草劑的作物品種?！癯晒钩輨┯衩住⒋蠖?、油菜和甜菜等。①將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胫参?，例如轉(zhuǎn)基因玉米中賴氨酸的含量比對照組提高30%。②將與植物花青素代謝相關(guān)的基因?qū)氚珷颗Ｖ?，開出自然界沒有的顏色。轉(zhuǎn)基因抗蟲植物轉(zhuǎn)基因抗病植物轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物改良植物品質(zhì)提高動物的生長速率改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)青霉素是青霉菌產(chǎn)生的，不是通過基因工程產(chǎn)生的。動物基因工程主要是為了改善畜產(chǎn)品品質(zhì)，不是為了體型巨大。01基因工程的應(yīng)用2.基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用（1）對微生物或動植物的細(xì)胞進(jìn)行基因改造，使它們能夠生產(chǎn)藥物，這些藥物包括細(xì)胞因子、抗體、疫苗和激素等?！锔蓴_素是一種具有干擾病毒復(fù)制作用的糖蛋白，在臨床上被廣泛用于治療病毒感染性疾病。我國生產(chǎn)的重組人干擾素是我國批準(zhǔn)生產(chǎn)的第一個基因工程藥物，主要用來治療慢性乙型（丙型）肝炎。轉(zhuǎn)基因抗蟲植物（2）哺乳動物批量生產(chǎn)藥物∶乳腺（房）生物反應(yīng)器是把藥用蛋白基因和乳腺中特異性表達(dá)的基因啟動子等調(diào)控元件重組在一起，通過顯微鏡注射技術(shù)，導(dǎo)入哺乳動物受精卵中，使其發(fā)育成個體，從乳汁中生產(chǎn)相應(yīng)的藥物，例如血清白蛋白等。轉(zhuǎn)基因抗病植物（3）器官移植供體①尋找可代替的移植器官，解決人體移植器官短缺問題，豬的內(nèi)臟構(gòu)造、大小、血管分布與人的極為相似，且體內(nèi)隱藏的使人類致病的病毒比靈長類少，因此可以用豬的器官作移植供體。②在豬器官供體基因組中導(dǎo)入某種調(diào)節(jié)因子，以抑制抗原決定基因表達(dá)，或設(shè)法除去抗原決定基因，然后再結(jié)合克隆技術(shù)，培育出不會引起免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官。轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物原核生物的基因(如抗蟲基因)可以作為真核生物(棉花)的目的基因01基因工程的應(yīng)用3.基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用應(yīng)用生產(chǎn)食品工業(yè)用酶、氨基酸和維生素等。實(shí)例①科學(xué)家將編碼凝乳酶的基因?qū)氪竽c桿菌、黑曲霉或酵母菌的基因組中，再通過工業(yè)發(fā)酵批量生產(chǎn)凝乳酶。②淀粉酶、脂酶也可以通過構(gòu)建基因工程菌，然后通過用發(fā)酵技術(shù)大量生產(chǎn)。③甜味劑阿斯巴甜中的天冬氨酸和苯丙氨酸，可通過基因工程大規(guī)模生產(chǎn)。優(yōu)點(diǎn)用基因工程技術(shù)獲得的工業(yè)用酶的純度更高，而且生產(chǎn)成本降低，生產(chǎn)效率較高?！镉没蚬こ痰姆椒?，使外源基因得到高效表達(dá)的菌類一般稱為基因工程菌。1.以動物乳房作為生產(chǎn)藥物的反應(yīng)器稱為_____________________乳腺生物反應(yīng)器注意：乳腺生物反應(yīng)器實(shí)質(zhì)是在動物的乳汁中生產(chǎn)一些具有重要價值產(chǎn)品的轉(zhuǎn)基因動物的總稱。01基因工程的應(yīng)用操作過程：獲取目的基因(藥用蛋白基因)構(gòu)建基因表達(dá)載體藥用蛋白質(zhì)基因首端加上乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動子等調(diào)控元件（因?yàn)楫a(chǎn)品在奶中形成，需要在乳腺組織中特異性表達(dá)的啟動子）利用顯微注射法導(dǎo)入動物受精卵培養(yǎng)成早期胚胎將胚胎送入母體動物發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動物為什么動物的乳腺細(xì)胞能成為基因藥物最理想的表達(dá)場所呢？01基因工程的應(yīng)用2.檢測人體是否攜帶會引起遺傳病的缺陷基因例如：鐮刀型細(xì)胞貧血癥的診斷原理圖01基因工程的應(yīng)用3.檢測人體是否感染某種病原體設(shè)計出特異性擴(kuò)增HIV病毒、新冠病毒部分基因片段的PCR引物，使用PCR技術(shù)檢測疑似病人少量血液或體液或細(xì)胞中的DNA或RNA，根據(jù)凝膠電泳結(jié)果就可以判斷是否攜帶相應(yīng)的病毒。01基因工程的應(yīng)用4.向患者體內(nèi)導(dǎo)入正?；蜻M(jìn)行基因治療基因治療是指向有基因缺陷的細(xì)胞中引入正常功能的基因,以糾正或補(bǔ)償基因的缺陷,從而達(dá)到治療的目的。5.轉(zhuǎn)基因微生物和微生物培養(yǎng)生產(chǎn)基因工程藥物：①胰島素、干擾素01基因工程的應(yīng)用②乙肝病毒的表面抗原蛋白基因→重組質(zhì)?！D(zhuǎn)基因酵母菌→酵母菌培養(yǎng)→提取乙肝疫苗。知識鏈接：新冠疫苗：動物細(xì)胞培養(yǎng)液+Viro細(xì)胞（或CHO細(xì)胞）+新冠病毒→細(xì)胞培養(yǎng)（病毒擴(kuò)增）→分離純化新冠病毒→病毒滅活→新冠疫苗。新冠病毒RNA片段＋腺病毒RNA→重組腺病毒→重組腺病毒＋動物細(xì)胞→重組腺病毒擴(kuò)增→腺病毒疫苗（腺病毒對人體無害）利用轉(zhuǎn)基因微生物基因工程藥物的生產(chǎn)涉及兩項(xiàng)技術(shù)：

。鏈接：工程菌①概念：用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達(dá)的菌類細(xì)胞株系。②外源基因：控制合成抗體、疫苗、激素等的基因。③受體細(xì)胞：微生物細(xì)胞。④特點(diǎn)：細(xì)菌內(nèi)沒有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等，產(chǎn)生的藥物可能沒有活性。⑤藥物提?。簭奈⑸锛?xì)胞中提取。01基因工程的應(yīng)用6.應(yīng)用基因工程進(jìn)行法醫(yī)鑒定①犯罪現(xiàn)場獲取DNA樣品→DNA的PCR擴(kuò)增→與嫌疑人的DNA樣品凝膠電泳比對→確定或排除嫌疑人；②親子鑒定用于“寶貝回家”等02蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用1.蛋白質(zhì)工程概述1.概念：蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過改造或合成基因，來改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類生產(chǎn)和生活的需求。①基礎(chǔ)：_______________________________________________②途經(jīng)：___________________③操作對象：______④目的：_______________________________________________________________________⑤地位：_______________________________________________⑥理論和技術(shù)：_________________________________________蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系改造或合成基因改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類生產(chǎn)和生活的需求在基因工程基礎(chǔ)上延伸出來的第二代基因工程基因分子生物學(xué)、晶體學(xué)和計算機(jī)技術(shù)(了解）02蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用2.蛋白質(zhì)工程崛起的緣由1.基因工程的實(shí)質(zhì)將一種生物的______轉(zhuǎn)移到另一種生物體內(nèi)，后者可以產(chǎn)生它________________________，進(jìn)而表現(xiàn)出__________2.基因工程的局限性______________________________________3.蛋白質(zhì)工程崛起的緣由①基因工程原則上只能生產(chǎn)自然界中已存在的蛋白質(zhì)；②天然蛋白質(zhì)是生物長期進(jìn)化過程中形成的，它們的結(jié)構(gòu)和功能符合特定物種生存的需要，卻不一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要?；虮静荒墚a(chǎn)生的新的性狀只能生產(chǎn)自然界中已存在的蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)02蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用2.蛋白質(zhì)工程崛起的緣由賴氨酸合成調(diào)控達(dá)到一定濃度兩種酶的活性352位的蘇氨酸變成異亮氨酸二氫吡啶二羧酸合成酶天冬氨酸激酶+104位的天冬酰胺變成異亮氨酸賴氨酸含量抑制提高提高限制提高02蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用3.蛋白質(zhì)工程的基本原理1.蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)根據(jù)人們對蛋白質(zhì)_____的特定需求，對蛋白質(zhì)的_____進(jìn)行

設(shè)計改造。2.蛋白質(zhì)工程的原理：_______________3.蛋白質(zhì)工程的實(shí)質(zhì)：_________________________________________________________4.結(jié)果：___________________________5.天然蛋白質(zhì)合成過程天然蛋白質(zhì)合成的過程是按照_____________進(jìn)行的功能結(jié)構(gòu)通過改造或合成基因來定向改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)或制造新的蛋白質(zhì)中心法則生產(chǎn)出自然界沒有的蛋白質(zhì)中心法則的逆推02蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用3.蛋白質(zhì)工程的基本原理基因表達(dá)形成具有特定氨基酸序列的多肽鏈形成具有高級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)形式生物功能轉(zhuǎn)錄翻譯預(yù)期功能預(yù)期結(jié)構(gòu)推測氨基酸序列（多肽鏈）改造或合成目的基因轉(zhuǎn)錄mRNA翻譯折疊設(shè)計行使蛋白質(zhì)工程與天然蛋白質(zhì)合成的過程相反天然蛋白質(zhì)合成過程02蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用3.蛋白質(zhì)工程的基本原理項(xiàng)目蛋白質(zhì)工程基因工程操作對象操作起點(diǎn)操作水平操作流程結(jié)果實(shí)質(zhì)聯(lián)系基因基因DNA分子水平DNA分子水平預(yù)期蛋白質(zhì)功能→設(shè)計蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測氨基酸序列→找到并改變對應(yīng)的脫氧核苷酸序列（基因）或合成新基因→獲得所需要的蛋白質(zhì)目的基因的篩選與獲取→構(gòu)建基因表達(dá)載體→將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞→目的基因的檢測與鑒定可生產(chǎn)自然界沒有的蛋白質(zhì)在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)，即天然蛋白質(zhì)。通過改造或合成基因來定向改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)或制造新的蛋白質(zhì)將一種生物的基因轉(zhuǎn)移到另一種生物體內(nèi)，后者可以產(chǎn)生它本不能產(chǎn)生的蛋白質(zhì)，進(jìn)而表現(xiàn)出新的性狀①蛋白質(zhì)工程是在基因工程基礎(chǔ)上延伸出來的第二代基因

工程。②蛋白質(zhì)工程離不開基因工程，其包含基因工程基本操作。預(yù)期蛋白質(zhì)功能目的基因02蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用3.蛋白質(zhì)工程的基本原理提示(1)蛋白質(zhì)具有十分復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，基因的結(jié)構(gòu)相對簡單，容易改造。(2)改造后的基因可以遺傳給下一代，被改造的蛋白質(zhì)無法遺傳。蛋白質(zhì)工程為什么通過對基因操作來實(shí)現(xiàn)對天然蛋白質(zhì)的改造？根據(jù)已知氨基酸序列的肽鏈能否推知唯一的脫氧核苷酸序列？為什么？提示不能。一種氨基酸可能有多種密碼子對應(yīng)。確定目的基因的堿基序列后，怎樣才能合成或改造目的基因？提示可以人工合成目的基因，或應(yīng)用基因定點(diǎn)突變技術(shù)來進(jìn)行堿基的替換、增添等進(jìn)而改造基因。02蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用3.蛋白質(zhì)工程的基本原理

提示是否合成新的基因、對原有基因進(jìn)行改造，若是為蛋白質(zhì)工程；產(chǎn)物是否為天然蛋白質(zhì)若是為蛋白質(zhì)工程。如何辨別一個操作是基因工程還是蛋白質(zhì)工程？例題.從某海洋動物中獲得一基因，其表達(dá)產(chǎn)物為一種抗菌性和溶血性均較強(qiáng)的多肽P1。目前在P1的基礎(chǔ)上研發(fā)抗菌性強(qiáng)但溶血性弱的多肽藥物，首先要做的是A.合成編碼目的肽的DNA片段B.構(gòu)建含目的肽DNA片段的表達(dá)載體C.依據(jù)P1氨基酸序列設(shè)計多條模擬肽D.篩選出具有優(yōu)良活性的模擬肽作為目的肽√02蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用3.蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用①天然的胰島素制劑容易形成二聚體或六聚體，會延緩療效，通過改造胰島素基因?qū)崿F(xiàn)了對相