第1章环境生物技术.ppt

三.生物技术的历史——胰岛素 胰岛素功能：由胰腺分泌，向器官和组织（肝脏、肌肉和脂肪）发出信号，使从血液中吸收葡萄糖并储存。 糖尿病：如果胰岛素缺乏或功能被破坏（胰腺病变、衰老和不健康的生活方式导致），血糖会达到危险的水平。身体通过尿液排出多余葡萄糖，并导致脱水。血液的pH也会剧烈变化，影响正常代谢活动。 危害：是工业国家致死率最高的三种疾病之一，正逐渐成为世界范围的流行病。根据世界卫生组织2006年的报告，全球有1.71亿的糖尿病患者。到2005年，美国有2080万糖尿病患者，预计2000年后出生的美国人有三分之一会遭受糖尿病的折磨。在德国，因糖尿病每年3万人中风，3千人失明，3.5万人心脏病发作，3千人肾透析。脚和腿的截肢手术中有70%是糖尿病所致。 胰岛素的历史 1921年，班亭Banting发现动物胰岛素可以治疗糖尿病，获得1923年诺贝尔奖。 1943年~1953年，桑格Sanger解析牛胰岛素结构，获得1957年诺贝尔奖。 1959年，Yalow发明放射性免疫分析技术检测血液中的胰岛素，获得1977年诺贝尔奖。 1978年，Gilbert利用细菌生产基因工程小鼠胰岛素，获得1980年诺贝尔奖。 胰岛素的历史 1979年，合成基因工程人胰岛素，1984年申请建立重组人胰岛素生产工厂，1998年工厂开工。 1980年，基因工程胰岛素临床试验。 1982年，基因工程胰岛素获得医药生产许可。 利用蛋白酶将猪胰岛素转变为人胰岛素。 从单一大肠杆菌菌株中获得人胰岛素，是现代医药企业（如Eli Lilly）生产胰岛素的方法。 Novo Nordisk利用面包酵母生产人胰岛素。 通过基因重组和蛋白质工程获取人造胰岛素突变蛋白。 2005年，Eli Lilly公司停止生产动物胰岛素制品，最后一个以动物胰腺为原料生产的胰岛素商品退市。 1921年，班亭提取健康狗的胰腺分泌物并注射给患糖尿病的狗，成果维持了生病狗的生命。1923年获诺贝尔奖。 1943~1953年，桑格使用120头牛的结晶胰岛素作为原始材料，完整解析了胰岛素两条链的51个氨基酸，证实了胰岛素的结构信息。1957年获诺贝尔奖。 1959年，Rosalyn Yalow发明了人类第一个免疫分析技术（放射免疫分析）：检测血液中的胰岛素。1977年获诺贝尔化学奖。 小鼠胰岛素原：基因工程的开端。Walter Gilbert利用细菌生产小鼠胰岛素。经过克隆表达和加工，最终获得了活性胰岛素。这些活性胰岛素对糖代谢会产生和正常小鼠胰岛素相同的效果，表明细菌能够产生“真正”的胰岛素。获1980年诺贝尔化学奖。 1980年，基因工程胰岛素试验，是基因工程应用于人类的首次尝试。人类对（牛和猪）胰岛素的需求量极高。按照传统的生产方法，每个病人一年需要50头猪的胰腺为其提供胰岛素。1982年，基因工程胰岛素获得官方认证的医药生产许可。 利用面包酵母生产胰岛素。Novo Nordisk（诺和诺德）公司用真核生物替代原核细菌来生产胰岛素。蛋白质并非只由氨基酸组成。复杂的动物和人类蛋白质在发挥作用，还需要进行糖基化、磷酸化修饰或加上其他的核酸基团。原核细菌的细胞并不能进行这些过程。真核酵母由于其更加复杂的结构和代谢功能，是一个很好的原核细菌替代品。 将猪胰岛素转变为人胰岛素：最早糖尿病治疗使用的是牛（3个）和猪（1个）的胰岛素，其氨基酸序列与人胰岛素并不完全相同。有的病人会产生过敏反应。通过胰蛋白酶处理猪胰岛素，并加入反应物，可以催化得到具有活性的人胰岛素。该方法只需六小时。 利用蛋白质工程获取胰岛素突变蛋白。期望胰岛素有以下特性：注入人体血液后能快速起效；功效持续24小时。1996年，将胰岛素第28位和第29位氨基酸进行位置交换，或直接把第28位氨基酸替换。这两种胰岛素变体产品在人体内药效快，达到最大血浆浓度只需60分钟。另外还有在超过24小时时间范围内缓慢释放发挥效用的胰岛素变体，只需一次性注射。 利用大肠杆菌获得人类胰岛素。这正是现代许多医药企业（如Eli Lilly）制造胰岛素的方法。2005年，美国Eli Lilly（礼来）公司停止动物胰岛素制品Iletin的销售。该公司于20世纪20年代创立了该品牌，是最后一个退出市场的以动物胰腺为原料的胰岛素商品。 四.生物技术对经济社会发展的影响 （1）改善农业生产、解决食品短缺 提高农作物产量及其品质；发展畜牧业生产。 （2）提高生命质量、延长人类寿命 开发制造奇特的新型药品；进行疾病的预防和诊断；基因治疗。 （3）解决能源危机、治理环境污染 生物能源将代替不可再生的化石能源；生物农药将代替化学农药。 （4）制造工业原料、生产贵重金属 利用微生物生产食品工业原料及化学工业原料。 （5）生物技