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歡迎進(jìn)入生物課堂 第四節(jié)基因工程的發(fā)展前景 一 基因工程的應(yīng)用 1 動植物的遺傳育種2 疾病防治3 生態(tài)環(huán)境保護(hù) 4 光合作用和生物固氮 5 蛋白質(zhì)工程 6 人類基因組科學(xué) 發(fā)育生物學(xué) 神經(jīng)生物學(xué) 二 科學(xué)家在基因工程方面的最新嘗試光合作用 1 什么是光合作用 2 如何提高光合效率 內(nèi)因 外因 色素 酶 光照 二氧化碳 礦質(zhì)元素 水 3 以上哪些可通過基因工程來實(shí)現(xiàn)提高光合效率 二 科學(xué)家在基因工程方面的最新嘗試1 光合作用 二磷酸核酮糖羧化酶 功能 改造方向 結(jié)果 通過羧化作用固定二氧化碳 催化底物加氧反應(yīng) 提高該酶的羧化酶活性降低其加氧酶活性 提高植物對二氧化碳的固定速率 二磷酸核酮糖羧化酶 加氧酶可以催化二磷酸核酮糖與二氧化碳的羧化反應(yīng)或與氧氣的氧化反應(yīng) 二 科學(xué)家在基因工程方面的最新嘗試2 生物固氮 2 生物固氮由哪些生物來完成 1 氮元素在植物細(xì)胞中有何作用 3 生物固氮有何意義 4 如何應(yīng)用基因工程讓非豆科植物能固氮 5 為什么科學(xué)家尚未培育出有固氮能力的豆科植物 氮在植物體中的作用 1 氮是構(gòu)成蛋白質(zhì)的主要成分 2 核酸 輔酶 磷脂 葉綠素等都含有氮所以氮為基本生命元素 必須不斷補(bǔ)充 植物體氮吸收的形式 主要是無機(jī)態(tài)氮 即銨態(tài)氮和硝態(tài)氮 也可以吸收利用有機(jī)態(tài)氮 如尿素等 根瘤菌 原核單細(xì)胞代謝類型是異養(yǎng)需氧型侵入豆科作物根部后不斷繁殖可刺激根薄壁細(xì)胞分裂 組織膨大成根瘤 生物固氮 固氮微生物將N2還原為含N化合物的過程 根瘤菌 豆科植物 將固氮細(xì)菌體內(nèi)的固氮基因轉(zhuǎn)移到非豆科糧食作物的細(xì)胞內(nèi) 讓非豆科糧食作物的細(xì)胞內(nèi)合成出固氮酶并且固氮 固氮基因工程 二 科學(xué)家在基因工程方面的最新嘗試3 生物反應(yīng)器 1 什么是生物反應(yīng)器 用來生產(chǎn)蛋白質(zhì)藥物 包括疫苗 的動植物 2 已獲得哪些成就 熱點(diǎn)1植物生產(chǎn)疫苗2001 6中國農(nóng)科院經(jīng)過十年研究 培育出的抗乙肝西紅柿順利通過前三個(gè)階段的測試抗乙肝西紅柿與普通西紅柿口感一樣 對人體沒有任何毒副作用 食用抗乙肝西紅柿 雖不能治愈乙肝 但一年只吃幾個(gè) 就完全能代替注射乙肝疫苗 這種西紅柿上市后將論個(gè)出售 每個(gè)售價(jià)大概在2元左右 如荷蘭的GenPharm公司用轉(zhuǎn)基因牛生產(chǎn)乳鐵蛋白 預(yù)計(jì)每年從牛奶生產(chǎn)出來營養(yǎng)奶粉的銷售額是50億美元 熱點(diǎn)2轉(zhuǎn)基因動物乳腺生產(chǎn)蛋白質(zhì)藥物 二 科學(xué)家在基因工程方面的最新嘗試4 蛋白質(zhì)工程 第二代基因工程 1 定義 2 蛋白質(zhì)工程與基因工程的異同 利用基因工程技術(shù)對天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造 以便獲得具有理想生物學(xué)功能的蛋白質(zhì) 相同點(diǎn) 不同點(diǎn) 兩者都是分子水平的操作 合成自然界不存在的蛋白質(zhì) 天然存在的蛋白質(zhì) 改造基因 目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞并表達(dá) 對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造 對創(chuàng)造新的蛋白質(zhì)還未成功 已被廣泛應(yīng)用 二 科學(xué)家在基因工程方面的最新嘗試4 蛋白質(zhì)工程 第二代基因工程 3 優(yōu)點(diǎn) 4 實(shí)例 提高蛋白質(zhì)的活性 穩(wěn)定性 產(chǎn)率 提高T4溶菌酶的熱穩(wěn)定性 點(diǎn)突變 異亮氨酸半胱氨酸 二硫鍵 1 水蛭素改造水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特異抑制劑 它有多種變異體 由65或66個(gè)氨基酸殘基組成 水蛭素在臨床上可作為抗栓藥物用于治療血栓疾病 為提高水蛭素活性 在綜合各變異體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上提出改造水蛭素主要變異體HV2的設(shè)計(jì)方案 將47位的Asn 天冬酰胺 變成Lys 賴氨酸 使其與分子內(nèi)第4或第5位Thr 蘇氨酸 間形成氫鍵來幫助水蛭素N端肽段的正確取向 從而提高凝血效率 試管試驗(yàn)活性提高4倍 在動物模型上檢驗(yàn)抗血栓形成的效果 提高20倍 2 干擾素是一種抗病毒 抗腫瘤的藥物 將人的干擾素的cDNA在大腸桿菌中進(jìn)行表達(dá) 產(chǎn)生的干擾素的抗病毒活性為106U mg 只相當(dāng)于天然產(chǎn)品的十分之一 雖然在大腸桿菌中合成的 干擾素量很多 但多數(shù)是以無活性的二聚體形式存在 為什么會這樣 如何改變這種狀況 研究發(fā)現(xiàn) 干擾素蛋白質(zhì)中有3個(gè)半胱氨酸 第17位 31位和141位 推測可能是有一個(gè)或幾個(gè)半胱氨酸形成了不正確的二硫鍵 研究人員將第17位的半胱氨酸 通過基因定點(diǎn)突變改變成絲氨酸 結(jié)果使大腸桿菌中生產(chǎn)的 干擾素的抗病性活性提高到108U mg 并且比天然 干擾素的貯存穩(wěn)定性高很多 三 基因工程的未來 解決人類的問題 1 糧食問題2 健康問題3 環(huán)境問題幫助人們認(rèn)識生命世界和人類自己 1 對人類基因組的研究2 受精卵發(fā)育機(jī)制的研究3 人類學(xué)習(xí)和記憶的分子基礎(chǔ) 謝謝 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全