基因工程第三四节基因工程的前景和蛋白质工程(课时不足合并版)

重点回顾•基因工程的基本原理是？•基因工程的基本操作步骤是？1.3基因工程的应用传统育种方法•杂交育种、诱变育种、多倍体育种、单倍体育种能否利用上述传统育种方法，使大肠杆菌获得合成胰岛素的性状？•传统育种方法的缺点：所需时间较长，远缘亲本难以杂交一、基因工程与遗传育种•基因工程技术如何解决不同种生物之间优良性状的重组问题？•如：已知苏云金芽孢杆菌能够合成使鳞翅目昆虫中毒死亡的毒蛋白，怎样赋予其他植物（如棉花）这一抗虫性状？•基因工程培育抗虫棉的简要过程：普通棉花(无抗虫特性)苏云金芽孢杆菌提取抗虫基因与载体DNA拼接导入棉花细胞(含抗虫基因)棉花植株(有抗虫特性)植物组培阅读课本P9~10并回答，到目前为止，基因工程技术解决了哪些不同种生物之间的性状重组问题?转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转鱼抗寒基因的番茄转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯不会引起过敏的转基因大豆（一）植物育种•品质育种：高产，促进健康，改良新饲料，含抗疾病的物质•抗性育种：抗虫，抗病毒，抗除草剂，抗盐碱，抗旱，抗寒等如何利用基因工程使非豆科植物（水稻、玉米等）获得固氮能力，从而减少使用化肥所造成的环境污染？运用基因工程技术，不但可以培养优质、高产、抗性好的农作物及畜、禽新品种，还可以培养出具有特殊用途的动物。生长快、耐不良环境、肉质好的转基因鱼(中国)乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷)（二）动物育种导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠超级动物特殊动物导入人基因具特殊用途的猪和小鼠思考•血友病是因为患者体内缺乏凝血因子Ⅷ而导致的出血性疾病，科学家已经在人体中找到了凝血因子Ⅷ的基因。请应用基因工程技术设计治疗方法。二、基因工程与疾病治疗基因工程药物1）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。2）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，具有稳定的生物活性。3）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。•为什么乳腺能成为基因药物最理想的表达场所呢？•就基因药物而言，最理想的表达场所是哪里？转基因动物的乳腺。将正常ada基因替换病毒的基因，构建重组载体，然后导入到从患者体内分离出的T淋巴细胞中；通过细胞培养并确认ada基因表达后，将转基因T细胞注入人体骨髓组织中；特定的基因产物ada在淋巴细胞发育中起到重要作用。例：治疗重症联合免疫缺陷症（ada基因突变）二、基因工程与疾病治疗1990年第一例基因治疗试验开始。3年后患者体内50%的T细胞合成了ADA，免疫功能在一定程度上得到恢复。抽提DNA采集肿瘤病人血样分离培养肿瘤淋巴细胞基因1基因2肿瘤坏死因子基因重组肿瘤淋巴细胞导入肿瘤病人体内重组肿瘤淋巴细胞进入肿瘤表达肿瘤坏死因子以消灭肿瘤细胞病人痊愈重组基因治疗把正常的基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，是治疗遗传病最有效的手段。三、基因工程与生态环境保护环境监测：基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。1t水中只有10个病毒也能被DNA探针检测出来环境污染治理：基因工程做成的“超级细菌”能吞食和分解多种污染环境的物质。通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因工程培育成功的“超级细菌”却能分解石油中的多种烃类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质。净化被污染的环境—超级细菌分解石油1.4蛋白质工程例：胰岛素的蛋白质工程提出问题：在正常人体内，胰岛素是以低水平连续分泌的，因而正常人的血糖可以被严格调控。A．I型糖尿病(胰岛素缺乏型糖尿病)患者在注射胰岛素后，在注射处胰岛素的溶解和吸收不理想；B．血液中的胰岛素会不断被分解，无法维持相对稳定的胰岛素浓度。目前I型糖尿病患者需天天注射胰岛素2～3次，这给患者带来了很大的痛苦和不便。因此糖尿病患者迫切希望能有口服的胰岛素。分析原因：注射的胰岛素分子可以聚合为二聚体或六聚体，这些庞大的聚合体难以被吸收进入血液。讨论：1、怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？请把相应的碱基序列写出来。某多肽链的一段氨基酸序列是：……-丙氨酸-色氨酸-赖氨酸-甲硫氨酸-苯丙氨酸-……2、确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因（DNA）？可以通过基因的定点诱变技术来改变的。丙氨酸：（GCU、GCC、GCA、GCG）色氨酸：（UGG）赖氨酸（AAA、AAG）甲硫氨酸：（AUG）苯丙氨酸：（UUU、UUC）解决方法：设计点突变，能有效地使二聚体解聚为单体，它进入血液的速度比天然胰岛素提高了3倍。基因定点诱变技术的常用方法是PCR法。突变点：人工合成的引物上手段：PCR技术获得定点突变的基因蛋白质工程的研究现状如何？目的：新问题：遗憾的是突变体与受体的亲和力只有天然胰岛素的20％。因此这一改造未取得完全的成功。阅读教材P15再例：酶的蛋白质工程提出问题：人们对洗衣粉的一个要求是能增白，另一个要求是能去污。普通洗衣粉中添加氧化剂就能起漂白作用，添加碱性蛋白酶就成了去污的洗衣粉。普通的蛋白酶害怕氧化剂，当氧化剂与酶混在一起，酶的活性就会下降80%。因此，人们希望改造蛋白酶，来提高蛋白酶的抗氧化能力。解决方法：采用点突变的方法，对天然酶中少数氨基酸残基进行替换，可以使酶具有更强的催化活性，更宽的适应范围和更高的实用价值。遗憾：此法对酶的高级结构基本没有改变，因而对酶功能的改造还是极为有限的。•1、基本概念：即：通过修改基因来改变蛋白质分子中的氨基酸，从而制造出具有新特征的蛋白质。蛋白质工程利用基因工程技术对天然蛋白质进行改造，以便获得具有理想生物学功能的蛋白质。（又被称为第二代基因工程）2、蛋白质工程的基本原理基因DNA氨基酸序列多肽链蛋白质三维结构预期功能生物功能mRNA转录翻译折叠DNA合成分子设计•蛋白质的功能是DNA决定的，那么要制造出新的蛋白质，就要改造DNA，所以蛋白质工程的原理应该是中心法则的逆推。蛋白质工程与基因工程的关系？比较项目蛋白质工程基因工程蛋白质实质应用现状相同点合成自然界不存在的蛋白质天然存在的蛋白质改造基因基因重组对现有蛋白质进行改造，对创造新的蛋白质还未成功已被广泛应用3、蛋白质工程与基因工程的异同两者都是分子水平的操作4、实例：提高T4溶菌酶的热稳定性热有机溶剂非生理条件（如极端pH等）稳定性条件：增加的二硫键不能干扰蛋白的正常功能点突变异亮氨酸（3）二硫键半胱氨酸（3）半胱氨酸（97）热稳定性提高5、优点：有助于在一定程度上提高蛋白质的稳定性、活性、产率