高中生物成套课件人教版选修3第四节 基因工程的发展前景

第四节第四节 基因工程的发展前景基因工程的发展前景一、基因工程与生物学其它原理、技术相一、基因工程与生物学其它原理、技术相结合，使基因工程有着广阔的发展前景结合，使基因工程有着广阔的发展前景基因工程与光合作用基因工程与光合作用基因工程与生物固氮基因工程与生物固氮生物反应器生物反应器蛋白质工程蛋白质工程1、基因工程与光和作用、基因工程与光和作用 光和作用的原理和过程光和作用的原理和过程 二磷酸核酮糖羧化酶二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶（双重作用）加氧酶（双重作用） 对该酶进行基因方面的改造，进而改变其构造和功能对该酶进行基因方面的改造，进而改变其构造和功能提高羧化酶活性，降低其加氧酶活性（光呼吸），就会增提高羧化酶活性，降低其加氧酶活性（光呼吸），就会增加植物对加植物对CO2的固定速率，进而提高光和作用效率。的固定速率，进而提高光和作用效率。1，5-二磷酸核酮糖羧化酶二磷酸核酮糖羧化酶光能光能H2OO2HATPADP+PiCO22C3C5(CH2O)叶绿体叶绿体中的色素中的色素供氢供氢酶酶供能供能多种酶多种酶的催化的催化固定固定酶酶光反应阶段光反应阶段暗反应阶段暗反应阶段光合作用过程光合作用过程二磷酸核酮糖羧化酶二磷酸核酮糖羧化酶2、生物固氮、生物固氮 概念：通过微生物将分子氮转化为含氮化合物的过程称为概念：通过微生物将分子氮转化为含氮化合物的过程称为生物固氮。生物固氮。 大豆、花生和豌豆等豆科植物能够通过与大豆、花生和豌豆等豆科植物能够通过与根瘤菌根瘤菌的共生进的共生进行固氮；红萍与鱼腥藻的共生体也可以生物固氮，而水稻、行固氮；红萍与鱼腥藻的共生体也可以生物固氮，而水稻、小麦等非豆科植物则不可以。小麦等非豆科植物则不可以。豆科植物的根瘤豆科植物的根瘤 如果通过基因工程的方法使非豆科植物也如果通过基因工程的方法使非豆科植物也能固氮，就可以减少化肥用量、能固氮，就可以减少化肥用量、 降低生产降低生产成本又可以环保。成本又可以环保。生物固氮过程（简介）生物固氮过程（简介） N2 + e- + H+ + ATP NH3 + ADP + Pi N2+ 6e- + 6H+ 2NH3固氮酶固氮酶固氮酶固氮酶 固氮酶固氮酶由铁蛋白和钼铁蛋白组成由铁蛋白和钼铁蛋白组成 固氮酶的有关研究进展 固氮微生物需氧，而固氮必须是在严格的厌氧微环境中进行。组成固氮酶的两种蛋白质，钼铁蛋白和铁蛋白，对氧极端敏感，一旦遇氧就很快导致固氮酶的失活，而多数的固氮菌都是好氧菌，它们要利用氧气进行呼吸和产生能量。 固氮菌在进化过程中，发展出多种机制来解决既需氧又防止氧对固氮酶的操作损伤的矛盾。其中之一是固氮菌以较强的呼吸作用迅速地将周围互不干涉中的氧消耗掉，使细胞周围处于低氧状态，保护固氮酶不受损伤。 生物固氮能力是许多固氮相关基因共同控制的，机理复杂，生物固氮能力是许多固氮相关基因共同控制的，机理复杂，仅仅通过转基因的方法是无法完成如此众多基因转化的。仅仅通过转基因的方法是无法完成如此众多基因转化的。 科学家还没有培育出具有固氮能力的非豆科农作物科学家还没有培育出具有固氮能力的非豆科农作物田菁作绿肥田菁作绿肥 生物工程上的生物反应器是在体外模拟生物体的功能，设生物工程上的生物反应器是在体外模拟生物体的功能，设计出来用于生产或检测各种化学品的反应装置，是一种生计出来用于生产或检测各种化学品的反应装置，是一种生物功能模拟机，如发酵罐、固定化酶或固定化细胞反应器物功能模拟机，如发酵罐、固定化酶或固定化细胞反应器等。等。 教材中特指能够产生特定基因产品的转基因生物教材中特指能够产生特定基因产品的转基因生物 ，如转，如转入人生长素基因的雌鼠，可以在乳汁中产生人生长素。入人生长素基因的雌鼠，可以在乳汁中产生人生长素。3、生物反应器、生物反应器 转基因生物反应器取得的成果转基因生物反应器取得的成果1.利用转基因植物生产了单克隆抗体、水蛭素等利用转基因植物生产了单克隆抗体、水蛭素等2.一个热点是用转基因植物生产疫苗（设想阶段，有很多的一个热点是用转基因植物生产疫苗（设想阶段，有很多的难题和顾虑）。难题和顾虑）。 新华社消息新华社消息 墨西哥科学家最近从用生物技术培育墨西哥科学家最近从用生物技术培育的香蕉中提取出可抗疟疾、乙肝、霍乱、轮状病的香蕉中提取出可抗疟疾、乙肝、霍乱、轮状病毒、阿米巴病等多种疾病的疫苗，不久将进入临毒、阿米巴病等多种疾病的疫苗，不久将进入临床试验。床试验。据报道，墨西哥生物技术专家米格尔据报道，墨西哥生物技术专家米格尔戈梅斯领戈梅斯领导的科研小组两年前利用生物技术在墨西哥南部导的科研小组两年前利用生物技术在墨西哥南部的科利马州种植了一种名为的科利马州种植了一种名为塔巴斯科塔巴斯科的香蕉。的香蕉。这种香蕉含有疟疾、乙肝、霍乱、轮状病毒、阿这种香蕉含有疟疾、乙肝、霍乱、轮状病毒、阿米巴病和一些癌症抗原，可以从中提取出针对这米巴病和一些癌症抗原，可以从中提取出针对这些疾病的疫苗。目前，这种从香蕉中提取出的疫些疾病的疫苗。目前，这种从香蕉中提取出的疫苗已在动物实验中取得令人满意的效果，研究人苗已在动物实验中取得令人满意的效果，研究人员准备在获卫生部许可后进行临床试验。员准备在获卫生部许可后进行临床试验。 3. 转基因动物（羊）的乳汁中成功表达了人白转基因动物（羊）的乳汁中成功表达了人白细胞介素细胞介素2和人尿激酶等多种药用蛋白质，更和人尿激酶等多种药用蛋白质，更多的转基因动物药用蛋白正在研究中。多的转基因动物药用蛋白正在研究中。可产药用蛋白可产药用蛋白的转基因羊的转基因羊4、蛋白质工程、蛋白质工程 原理：利用基因工程技术对天然蛋白质进行改造，以便获原理：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。得具有理想生物学功能的蛋白质。 主要方法：通过改变基因中碱基对的种类和排列顺序而改主要方法：通过改变基因中碱基对的种类和排列顺序而改变蛋白质中的氨基酸序列，进而改进蛋白质的结构和构象，变蛋白质中的氨基酸序列，进而改进蛋白质的结构和构象，提高蛋白质的活性、稳定性等。提高蛋白质的活性、稳定性等。 例如：在例如：在T4溶酶菌中引入二硫键。溶酶菌中引入二硫键。二、基因工程的未来二、基因工程的未来 基因工程带动了现代生物技术的兴起和发展基因工程带动了现代生物技术的兴起和发展 基因工程已经在农业生物医药和医学及环保领域崭露头角，基因工程已经在农业生物医药和医学及环保领域崭露头角，并将继续为解决人类粮食问题、健康问题和环境问题大显并将继续为解决人类粮食问题、健康问题和环境问题大显身手身手 基因工程还会为人类认识生命世界和人类自己做出贡献。基因工程还会为人类认识生命世界和人类自己做出贡献。 基因工程为核心的现代生物技术将会成为未来的领头产业。基因工程为核心的现代生物技术将会成为未来的领头产业。资料阅读基因工程打造未来世界