廣州市第六中學(xué)

谷小慧1.3基因工程的應(yīng)用主講人：01

植物基因工程02

基因工程藥物03

基

因

治

療基因工程的應(yīng)用自1996年以來，轉(zhuǎn)基因作物種植面積增加了約113倍，累計面積達25億公頃?！↖SAAA發(fā)布報告）l

提高農(nóng)作物抗逆能力l

改良農(nóng)作物品質(zhì)l

利用植物生產(chǎn)藥物（圖片來源：第一財經(jīng)

2019-08-26

13:05:03）主要用于一植物基因工程用于殺蟲的基因主要有?Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、植物凝

集素基因等。使用化學(xué)農(nóng)藥有何弊端?污染環(huán)境，損害人類健康，增加生產(chǎn)成本。如何解決這些弊端?將具有殺蟲活性的基因?qū)胱魑镏校蛊渚哂锌瓜x性。一植物基因工程棉鈴蟲可以使棉花產(chǎn)量減少三分之一，

嚴(yán)重時，甚至能使一片棉田絕收。1.抗蟲轉(zhuǎn)基因植物一植物基因工程轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻（綠色植株）與對照（黃色枯萎植株）1.抗蟲轉(zhuǎn)基因植物棉花葉子B2.抗病轉(zhuǎn)基因植物植物像人一樣也會生病。引起植物生病的微生物稱為

病原微生物，主要有：病毒、真菌和細菌等?？拐婢颍簬锥≠|(zhì)酶基因、抗毒素合成基因抗病毒基因：病毒外殼蛋白基因（CP基因）、病毒的復(fù)制酶基因抗煙草花葉病毒的轉(zhuǎn)基因煙草、抗病毒的轉(zhuǎn)基因小麥、甜椒、番茄等。一植物基因工程目的基因成果一植物基因工程2.抗病轉(zhuǎn)基因植物抗除草劑基因調(diào)節(jié)滲透壓的基因一植物基因工程3.抗逆轉(zhuǎn)基因植物抗凍蛋白基因噴除草劑鹽堿轉(zhuǎn)aFP基因(T.AFP)番茄寒玉米煙草干旱冷將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因，導(dǎo)入植物中；

改變相應(yīng)氨基酸合成途徑中某種關(guān)鍵酶的活性。如何解決農(nóng)作物中必需氨基酸含量少的問題？豆類（蛋氨酸少）大米、玉米、小麥（賴氨酸少）4.利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)（1）使食品的營養(yǎng)成分均衡一植物基因工程富含賴氨酸的轉(zhuǎn)基因玉米玉米（賴氨酸少）一植物基因工程賴氨酸含量提高30%導(dǎo)入富含賴氨酸的蛋白質(zhì)編碼基因4.利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)抗衰老，抗軟化，耐貯藏營養(yǎng)豐富、經(jīng)濟價值高不耐貯藏實驗表明：轉(zhuǎn)基因延熟番茄儲存時間可延長1-2個月，有的可達80多天?！?/p>

如何延長番茄

的成熟時間？\一植物基因工程4.利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)（2）延長儲存時間導(dǎo)入控制番茄成熟的基因在傳統(tǒng)的藥品生產(chǎn)中，某些藥品如胰島素、干擾素直接從生物的組織、細胞或血液中提取。由于受原料來源限制，價格十分昂貴。可利用基因工程方法制造“工程菌”

，可高效率地生產(chǎn)出

各種高質(zhì)量、低成本的藥品。工程菌：用基因工程方法，

使外源基因得到高效率表達

的菌類細胞株系。二基因工程藥物利用什么方法來解決上述問題？產(chǎn)量高將合成的胰島素基因?qū)氪竽c桿菌，每2000L培養(yǎng)液就能產(chǎn)生100g胰島素！大規(guī)模工業(yè)

化生產(chǎn)不但解決了這種比黃金還貴的藥品產(chǎn)量問題，還使其價格降低了30%-50%!胰島素是治療糖尿病的特效藥，長期以來只能依靠從豬、牛等動物的胰腺中提

取，100Kg胰腺只能提取4～5g的胰島素。二基因工程藥物成本低干擾素作為一種抗病毒的特效藥，對治療癌癥和白血病等也有一定療效。傳統(tǒng)的干擾素生產(chǎn)方法

是從人血液中的白細胞內(nèi)提取的，每300L血只能提

取1mg干擾素。科學(xué)家利用基因工程方法在大腸桿菌及酵母菌細胞內(nèi)獲得了干擾素，從1kg細

菌培養(yǎng)液中可以得到20-40mg干擾素。二基因工程藥物現(xiàn)可利用基因工程方法，將人的生長激素基因?qū)氪竽c桿菌中，使其生產(chǎn)生長激素。人

們從450L大腸桿菌培養(yǎng)液中提取的生長激素，

相當(dāng)于6萬具遺體的全部產(chǎn)量。治療侏儒癥的唯一方法，是向人體注射生長激素。而生長激素的獲得很困難。治療一名侏儒癥患者每年需要從

80具遺體大腦的底部摘取垂體，并從中提取生長激素。二基因工程藥物【資料1】：1990年，美國對一名患有嚴(yán)重復(fù)合型免疫缺陷癥的4歲女童，實施了基因治療。由于腺苷酸脫氨酶（ADA）基因的缺失，造成體內(nèi)缺乏腺苷酸脫氨

酶（ADA）；而該酶是人體免疫系統(tǒng)發(fā)揮正常功能作用所必需的，因此，女童不能

抵抗病原微生物的威脅。研究人員將她的T淋巴細胞取出，通過基因工程將腺苷酸

脫氨酶基因轉(zhuǎn)入T淋巴細胞，然后再將這種淋巴細胞轉(zhuǎn)入患者體內(nèi)。半年后，在血

液中檢測出了被改造的淋巴細胞，產(chǎn)生的腺苷酸脫氨酶也越來越多，女童產(chǎn)生抗

體的能力顯著改善。體外基因治療：從患者體內(nèi)提取某種細胞進行培養(yǎng)，在體外完成

基因轉(zhuǎn)移，再篩選成功轉(zhuǎn)移的細胞擴增培養(yǎng)，最后重新輸入患者體內(nèi)。三

基因治療【資料2】：1994年美國科學(xué)家利用經(jīng)過修飾的腺病毒作為載體，成功地將

正常的相關(guān)基因轉(zhuǎn)入遺傳性囊性纖維化病的患者肺組織中。體內(nèi)基因治療：直接向人體組織細胞中轉(zhuǎn)移基因的治病方法。三

基因治療腺病毒（經(jīng)過修飾）+

目的基因囊性纖維病患者的肺組織直接導(dǎo)入三

基因治療目前兩種方法都處于臨床試驗階段。導(dǎo)入

從患者體內(nèi)獲

得某種細胞載體+治療基因方法簡單，效果難以控制。操作復(fù)雜，效果可靠。體外培養(yǎng)后

輸入導(dǎo)入成功的細胞體外基因治療體內(nèi)基因治療患者

體內(nèi)直接導(dǎo)入篩選例題下列關(guān)于基因治療說法正確的是(

A

)A.基因治療是治療疾病的新途徑，其利用的是轉(zhuǎn)基因技術(shù)B.基因治療的主要方法是讓患者口服一些健康的外源基因C.基因治療的主要原理是修復(fù)患者的基因缺陷D.基因治療在發(fā)達國家已成為一種常用的治療手段把正?；?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因的表達產(chǎn)物發(fā)揮功能，從而

達到治療的目的。三

基因治療基因治療的概念：謝謝大家！專題1基因工程1.4蛋白質(zhì)工程的崛起廣州市第六中學(xué)谷小慧01

蛋白質(zhì)工程崛起的緣由02

蛋白質(zhì)工程的基本原理03

蛋白質(zhì)工程的進展和前景蛋白質(zhì)工程的崛起乙合成的新蛋白質(zhì)對于乙是新的，對于自然界是新的嗎？如果天然蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能不能滿足人類生產(chǎn)和生活的

需要，怎么辦？知識回顧基因工程：乙合成新蛋白質(zhì)乙表現(xiàn)出新性狀

已存在的

蛋白質(zhì)目的基因生殖

隔離乙物種甲物種一蛋白質(zhì)工程崛起的緣由干擾素（半胱氨酸）干擾素（絲氨酸）體外-70℃可以保存半年體外很難保存案例分析一改造思考：蛋白質(zhì)工程是如何進行的呢？天冬氨酸激酶（第352位的蘇氨酸）二氫砒啶二羧酸合成酶（第104位的異亮氨酸）二氫砒啶二羧酸合成酶（第104位的天冬酰胺）天冬氨酸激酶（第352位的異亮氨酸）一蛋白質(zhì)工程崛起的緣由玉米中賴氨酸含量比較低

賴氨酸含量可提高數(shù)倍

案例分析

二改造改造基因二蛋白質(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)功能的特定需求，對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進行分子設(shè)計。?

定蛋白質(zhì)決二蛋白質(zhì)工程的基本原理基因與蛋白質(zhì)的關(guān)系氨基酸序列多肽鏈

折疊基因DNA

轉(zhuǎn)錄蛋白質(zhì)

三維結(jié)構(gòu)mRNA

翻譯生物功能二蛋白質(zhì)工程的基本原理2.蛋白質(zhì)工程的流程圖【舉例】

…—丙氨酸—色氨酸—賴氨酸—甲硫氨酸—苯丙氨酸…先根據(jù)三聯(lián)密碼子推出mRNA序列，再根據(jù)堿基互補配對規(guī)律

推出脫氧核苷酸序列。（1）怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸序列？分子設(shè)計折疊基因DNA

轉(zhuǎn)錄預(yù)期功能生物功能氨基酸序列多肽鏈蛋白質(zhì)

三維結(jié)構(gòu)mRNA

翻譯（2）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？二蛋白質(zhì)工程的基本原理2.蛋白質(zhì)工程的流程圖可根據(jù)人類的需要改造它,通過人工合成的方法或從基因庫中獲取。氨基酸序列多肽鏈

折疊基因DNA

轉(zhuǎn)錄蛋白質(zhì)

三維結(jié)構(gòu)mRNA

翻譯生物功能預(yù)期功能分子設(shè)計DNA合成（3）利用合成或改造的目的基因，如何大量合成蛋白質(zhì)？二蛋白質(zhì)工程的基本原理2.蛋白質(zhì)工程的流程圖氨基酸序列多肽鏈

折疊可以通過基因工程來實現(xiàn)?；駾NA

轉(zhuǎn)錄蛋白質(zhì)

三維結(jié)構(gòu)mRNA

翻譯生物功能預(yù)期功能分子設(shè)計DNA合成例題基因工程的正確操作步驟是（

C

）①使目的基因與運載體結(jié)合②將目的基因?qū)胧荏w細胞③目的基因的檢測與鑒定④提取目的基因A.③②④①

B.②④①③C.④①②③D.③④①②。二蛋白質(zhì)工程的基本原理3.蛋白質(zhì)工程的概念天然胰島素制劑在儲存中容易形成二聚體和六

聚體，延緩了胰島素制劑的降血糖作用，降低了藥

效。研究表明，這是胰島素一條肽鏈的其中兩個氨

基酸的結(jié)構(gòu)造成的。如果改變這些氨基酸殘基，那么就可以降低它的聚合作用，使胰島素快速起作用。三蛋白質(zhì)工程的進展和前景1.蛋白質(zhì)工程的進展科學(xué)家通過對胰島素的改造，已使其成為速效型藥品。三蛋白質(zhì)工程的進展和前景2.蛋白質(zhì)工程的前景l(fā)微電子方面：生物和材料科學(xué)家正積極探索將蛋白質(zhì)工程應(yīng)用于微電子方面，用蛋白工程方法制成的電子元件，具有體積小、耗電少第一個完全人造的蛋白質(zhì)開關(guān)，它可在活細胞內(nèi)工作，從而改變甚至征用細胞內(nèi)復(fù)雜的電路。該開關(guān)被稱為LOCKR。2019年7月24日發(fā)表在Nature雜志上的相關(guān)論文描述了LOCKR的設(shè)計。人造蛋白質(zhì)開關(guān)和效率高的特點。三蛋白質(zhì)工程的進展和前景3.蛋白質(zhì)工程的現(xiàn)狀分析目前成功的例子不多，主要是因為蛋白質(zhì)發(fā)揮功能必須依賴于

正確的高級結(jié)構(gòu)，這種高級結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，而科學(xué)家目前對大多數(shù)蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)了解很少。項目蛋白質(zhì)工程基因工程區(qū)

別過

程預(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→推測脫氧核苷

酸序列→合成DNA→表達出蛋白質(zhì)。獲取目的基因→構(gòu)建基因表達載體→導(dǎo)入受體細胞→

目的基因的檢測與鑒定。實

質(zhì)定向改造或生產(chǎn)人類所需蛋白質(zhì)定向改造生物的遺傳特性，以獲得人類所需的生物類型或生物產(chǎn)品。結(jié)

果生產(chǎn)自然界沒有的蛋白質(zhì)生產(chǎn)自然界中已有的蛋白質(zhì)聯(lián)

系蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上延伸出來的第二代基因工程，因為對現(xiàn)有蛋白質(zhì)的改造或制造新的蛋白質(zhì)，必須通過基因修飾或基因合成實現(xiàn)。蛋白質(zhì)工程和基因工程的區(qū)別與聯(lián)系例題基因工程與蛋白質(zhì)工程的區(qū)別是（B

）A.基因工程需對基因進行分子水平操作，蛋白質(zhì)工程不對基因進行操作B.基因工程合成的是天然的蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)工程合成的不一定是天然存在的蛋白質(zhì)C.基因工程是分子水平操作，蛋白質(zhì)工程是細胞水平（或性狀水平）D.基因工程完全不同于蛋白質(zhì)工程習(xí)題鞏固1．關(guān)于蛋白質(zhì)工程，說法正確的是（C

）A．蛋白質(zhì)工程和基因工程的目的是獲得人類需要的蛋白質(zhì)，所以二者沒有區(qū)別B．通過蛋白質(zhì)工程改造后的蛋白質(zhì)仍然是天然的蛋白質(zhì)C．蛋白質(zhì)工程是在基因水平上改造蛋白質(zhì)D．蛋白質(zhì)工程是在蛋白質(zhì)分子水平上改造蛋白質(zhì)的2．下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說法，正確的是（

B

）A．蛋白質(zhì)工程是在分子水平上對蛋白質(zhì)分子直接進行操作B．蛋白質(zhì)工程能生產(chǎn)出自然界中不存在的新型蛋白質(zhì)分子C．對蛋白質(zhì)的改造是通過直接改造相應(yīng)mRNA來實現(xiàn)的D．蛋白質(zhì)工程的流程和天然蛋白質(zhì)合成的過程是相同的3.（2013廣東高考）從某海洋動物中獲得一基因，其表達產(chǎn)物為一種抗菌體和溶血性均較強的多肽P1。目前在P1的基礎(chǔ)上研發(fā)抗菌性強但溶血性弱的多肽藥物，

首先要做的是（

C

）。A．合成編碼目的肽的DNA片段已經(jīng)獲得該目的基因片段B．構(gòu)建含目的肽DNA片段的表達載體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

抗菌體和溶血性均較強的多肽P14．人的T細胞可以產(chǎn)生某種具有臨床價值的蛋白質(zhì)（Y），該蛋白質(zhì)由一條多肽鏈組成。目前可以利用現(xiàn)代生物技術(shù)生產(chǎn)Y。回答下列問題。（1）若要獲得Y的基因，可從人的T細胞中提取

mRNA____作為模板，在__逆轉(zhuǎn)錄酶__催化下合成cDNA，再利用___PCR__技術(shù)在體外擴增獲得大量Y的基因。（2）將目的基因?qū)胫参锛毎Ｓ玫姆椒ㄊ寝r(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法。若將上述所得Y的基因插

入農(nóng)桿菌Ti質(zhì)粒上的T_-DNA_中，得到含目的基因的重組Ti質(zhì)粒，則可用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化

法將該基因?qū)肽撤N植物的葉肉細胞中。若該葉肉細胞經(jīng)培養(yǎng)、篩選等得到了能穩(wěn)定

表達Y的愈傷組織，則說明Y的基因已經(jīng)_整合到葉肉細胞染色體DNA上_。5.（新課標(biāo)全國Ⅰ卷）閱讀如下材料：材料甲：科學(xué)家將牛生長激素基因?qū)胄∈笫芫眩玫搅梭w型巨大的“超級

小鼠”；科學(xué)家采用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法培育出轉(zhuǎn)基因煙草。材料乙：T4溶菌酶在溫度較高時易失去活性，科學(xué)家對編碼T4溶菌酶的基因進

行改造，使其表達的T4溶菌酶的第3位的異亮氨酸變?yōu)榘腚装彼?，在該半胱氨酸與第

97為的半胱氨酸之間形成了一個二硫鍵，提高了T4溶菌酶的耐熱性。（1）材料甲屬于基因工程的范疇。將基因表達載體導(dǎo)入小鼠的受精卵中常用

顯微注射___法。構(gòu)建基因表達載體常用的工具酶有

限制性核酸內(nèi)切酶__和

_DNA連接酶___。在培育轉(zhuǎn)基因植物時，常用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法，農(nóng)桿菌的作用是

_農(nóng)桿菌可感染植物將目的基因轉(zhuǎn)移到受體細胞中。5.（新課標(biāo)全國Ⅰ卷）閱讀如下材料：材料甲：科學(xué)家將牛生長激素基因?qū)胄∈笫芫眩玫搅梭w型巨大的“超級小

鼠”；科學(xué)家采用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法培育出轉(zhuǎn)基因煙草。材料乙：T4溶菌酶在溫度較高時易失去活性，科學(xué)家對編碼T4溶菌酶的基因進行改

造，使其表達的T4溶菌酶的第3位的異亮氨酸變?yōu)榘腚装彼?，在該半胱氨酸與第97位的

半胱氨酸之間形成了一個二硫鍵，提高了T4溶菌酶的耐熱性。（2）材料乙屬于

蛋白質(zhì)_工程范疇。該工程是指以分子生物學(xué)相關(guān)理論為基礎(chǔ)，通過基因修飾或基因合成，對