2015-2016学年高中生物课件14基因工程发展前景(浙.pptVIP

* * 第四节 基因工程的发展前景 一、基因工程的应用 1、动植物的遗传育种 2、疾病防治 3、生态环境保护 4、光合作用和生物固氮 5、蛋白质工程 6、人类基因组科学、发育生物学、神经生物学 二、科学家在基因工程方面的必威体育精装版尝试光合作用 （1）什么是光合作用？ （2）如何提高光合效率？ 内因： 外因： 色素、酶 光照、二氧化碳、矿质元素、水 （3）以上哪些可通过基因工程来实现提高光合效率？ 二、科学家在基因工程方面的必威体育精装版尝试 1、光合作用 二磷酸核酮糖羧化酶 功能； 改造方向： 结果： 通过羧化作用固定二氧化碳， 催化底物加氧反应 提高该酶的羧化酶活性 降低其加氧酶活性 提高植物对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与二氧化碳的羧化反应或与氧气的氧化反应。 二、科学家在基因工程方面的必威体育精装版尝试 2、生物固氮 （2）生物固氮由哪些生物来完成？ （1）氮元素在植物细胞中有何作用？ （3）生物固氮有何意义？ （4）如何应用基因工程让非豆科植物能固氮？ （5）为什么科学家尚未培育出有固氮能力的豆科植物？ 氮在植物体中的作用 1)、氮是构成蛋白质的主要成分， 2)、核酸、辅酶、磷脂、叶绿素等都含有氮 所以氮为基本生命元素，必须不断补充 植物体氮吸收的形式： 主要是无机态氮，即铵态氮和硝态氮，也可以吸收利用有机态氮，如尿素等。 根瘤菌：原核单细胞代谢类型是异养需氧型侵入豆科作物根部后不断繁殖可刺激根薄壁细胞分裂、组织膨大成根瘤 生物固氮 固氮微生物将N2还原为含N化合物的过程。 根瘤菌→豆科植物 将固氮细菌体内的固氮基因转移到非豆科粮食作物的细胞内，让非豆科粮食作物的细胞内合成出固氮酶并且固氮 固氮基因工程： 二、科学家在基因工程方面的必威体育精装版尝试 3、生物反应器 （1）什么是生物反应器？ 用来生产蛋白质药物（包括疫苗）的动植物 （2）已获得哪些成就？ 热点1植物生产疫苗 2001-6中国农科院经过十年研究，培育出的抗乙肝西红柿顺利通过前三个阶段的测试 抗乙肝西红柿与普通西红柿口感一样，对人体没有任何毒副作用。食用抗乙肝西红柿，虽不能治愈乙肝，但一年只吃几个，就完全能代替注射乙肝疫苗。 这种西红柿上市后将论个出售，每个售价大概在2元左右。 如荷兰的GenPharm公司用转基因牛生产乳铁蛋白，预计每年从牛奶生产出来营养奶粉的销售额是50亿美元。 热点2转基因动物乳腺生产蛋白质药物 二、科学家在基因工程方面的必威体育精装版尝试 4、蛋白质工程（第二代基因工程） （1）定义： （2）蛋白质工程与基因工程的异同 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 相同点： 不同点： 两者都是分子水平的操作 项目 蛋白质工程 基因工程 蛋白质 实质 应用 现状 合成自然界不存在的蛋白质 天然存在的蛋白质 改造基因 目的基因导入受体细胞并表达 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 二、科学家在基因工程方面的必威体育精装版尝试 4、蛋白质工程（第二代基因工程） （3）优点： （4）实例： 提高蛋白质的活性、稳定性、产率 提高T4溶菌酶的热稳定性 点突变 异亮氨酸 半胱氨酸 二硫键 1．水蛭素改造 水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特异抑制剂，它有多种变异体，由65或66个氨基酸残基组成。水蛭素在临床上可作为抗栓药物用于治疗血栓疾病。为提高水蛭素活性，在综合各变异体结构特点的基础上提出改造水蛭素主要变异体HV2的设计方案，将47位的Asn（天冬酰胺）变成Lys（赖氨酸），使其与分子内第4或第5位Thr（苏氨酸）间形成氢键来帮助水蛭素N端肽段的正确取向，从而提高凝血效率，试管试验活性提高4倍，在动物模型上检验抗血栓形成的效果，提高20倍。 2、干扰素是一种抗病毒、抗肿瘤的药物。将人的干扰素的cDNA在大肠杆菌中进行表达，产生的干扰素的抗病毒活性为106 U/mg，只相当于天然产品的十分之一，虽然在大肠杆菌中合成的β-干扰素量很多，但多数是以无活性的二聚体形式存在。为什么会这样？如何改变这种状况？研究发现，β-干扰素蛋白质中有3个半胱氨酸（第17位、31位和141位），推测可能是有一个或几个半胱氨酸形成了不正确的二硫键。研究人员将第17位的半胱氨酸，通过基因定点突变改变成丝氨酸，结果使大肠杆菌中生产的β-干扰素的抗病性活性提高到108 U/mg，并且比天然β-干扰素的贮存稳定性高很多。 三、基因工程的未来 解决人类的问题： 1、粮食问题 2、健康问题 3、环境问题 帮助人们认识生命世界和人类自己： 1、对人类基因组的研究 2、受精卵发育机制的研究 3、人类学习和记忆的分子基础