高中生物第4章基因工程第3節(jié)基因工程的應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化前景同步備課課件北師大版選修3

第3節(jié)基因工程的應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化前景 第4章基因工程 目標(biāo)導(dǎo)讀1 閱讀教材P83 86內(nèi)容 了解動植物基因工程成果 2 分析教材P86 91圖文 簡述基因治療和基因芯片 重難點擊1 動植物基因工程成果 2 基因治療和基因芯片 課堂導(dǎo)入 方式一基因工程自20世紀(jì)70年代興起后 在短短的幾十年間 得到了飛速的發(fā)展 目前已經(jīng)成為生物科學(xué)的核心技術(shù) 基因工程在實際應(yīng)用領(lǐng)域 農(nóng)牧業(yè) 工業(yè) 環(huán)境 能源和醫(yī)療衛(wèi)生等方面 也展示出美好的前景 我們今天就一起來分享一下它的成果吧 方式二胰島素是治療糖尿病的特效藥 一般臨床上使用的胰島素主要從豬 牛等家畜的胰腺中提取 每100kg胰腺只能提取4 5g胰島素 用該方法生產(chǎn)的胰島素產(chǎn)量低 價格昂貴 遠(yuǎn)不能滿足社會需要 1979年 科學(xué)家將動物體內(nèi)的胰島素基因與大腸桿菌DNA分子重組 并在大腸桿菌內(nèi)實現(xiàn)了表達(dá) 1982年 美國一家基因公司用基因工程方法生產(chǎn)的胰島素投入市場 售價降低了30 50 可以看出利用轉(zhuǎn)基因微生物生產(chǎn)藥物與傳統(tǒng)的制藥相比的優(yōu)越性 無需大型裝置和大面積廠房就可以生產(chǎn)出大量藥品 降低生產(chǎn)成本 減少生產(chǎn)人員和管理人員 而且可以解決傳統(tǒng)制藥中原料來源不足的問題 基因工程取得了哪些豐碩成果 還有哪些進(jìn)展 讓我們一起來學(xué)習(xí)吧 一 動植物基因工程成果 二 基因治療和基因芯片 內(nèi)容索引 當(dāng)堂檢測 一 動植物基因工程成果 1 植物基因工程成果 1 突破了傳統(tǒng)雜交育種的局限性 傳統(tǒng)雜交育種的不足 育種周期 易丟失 轉(zhuǎn)基因植物的實例a 抗病植物 如抗病毒的煙草和馬鈴薯是導(dǎo)入了基因 b 抗蟲植物 抗蟲玉米和抗蟲棉花是把體內(nèi)的一種編碼 的基因?qū)胗衩缀兔藁?減少了噴灑農(nóng)藥造成的污染 長 優(yōu)良基因 基礎(chǔ)梳理 抗病毒 蘇云金桿菌 毒素 蛋白 c 優(yōu)質(zhì)植物 把編碼賴氨酸的基因轉(zhuǎn)入小麥 培育出了富含賴氨酸的小麥 轉(zhuǎn)基因技術(shù)的優(yōu)點 克服了或不能雜交的障礙 使得生物界存在的抗病蟲害基因 優(yōu)良的品質(zhì)基因等都可以重組到植物上 從而培育出優(yōu)良的品種 同時還縮短了 2 開辟了生產(chǎn)疫苗的新途徑 科學(xué)家培育出一種可以生產(chǎn)的轉(zhuǎn)基因胡蘿卜 通過就可以達(dá)到接種疫苗的效果 基因組 遠(yuǎn)源種及種間雜交不育 染色體 育種周期 乙肝疫苗 生吃或榨汁食用 2 動物基因工程成果 1 改良畜禽經(jīng)濟(jì)性狀的新思路 快速生長動物 通過轉(zhuǎn)基因技術(shù) 使受體動物合成某些必需的 或改變動物的系統(tǒng) 進(jìn)而促進(jìn)動物生長 提高飼料的利用率 如把人的基因?qū)胴i的得到的轉(zhuǎn)基因豬生長速度和飼料利用效率顯著提高 抗病動物 將抗病基因?qū)雱游矬w內(nèi) 提高動物的抗病能力 氨基酸 生長調(diào)節(jié) 生長激素 受精卵 2 動物生物反應(yīng)器為醫(yī)藥事業(yè)開辟了新途徑 乳腺生物反應(yīng)器的優(yōu)勢a 乳腺是器官 乳汁不會影響轉(zhuǎn)基因動物本身的生理代謝反應(yīng) b 從乳汁中獲取的基因產(chǎn)物 不但 而且表達(dá)的蛋白質(zhì)經(jīng)過充分的修飾加工 具有的生物活性 動物生物反應(yīng)器生產(chǎn)的藥物 1 抗胰蛋白酶 凝血因子 激素等 外分泌 產(chǎn)量高 易提純 穩(wěn)定 生長 知識提煉基因工程育種和傳統(tǒng)雜交育種的比較 問題探究 應(yīng)用生物工程技術(shù)可獲得人們需要的生物新品種或新產(chǎn)品 請據(jù)圖回答下列問題 答案限制性內(nèi)切酶 DNA連接酶 顯微注射技術(shù) 1 在培育轉(zhuǎn)人生長激素基因牛的過程中 過程需要的工具酶有哪些 過程常用的方法是什么 答案 3 要使轉(zhuǎn)人生長激素基因牛可通過分泌的乳汁來生產(chǎn)人生長激素 在基因表達(dá)載體中 應(yīng)如何設(shè)計 答案 答案在人生長激素基因的上游連接上專一在乳腺細(xì)胞中表達(dá)的蛋白質(zhì)基因的啟動子 2 該轉(zhuǎn)基因牛的所有細(xì)胞中都有人的生長激素基因嗎 為什么 答案都有 因為該轉(zhuǎn)基因牛的所有細(xì)胞都來自受精卵的有絲分裂 5 抗蟲棉培育成功后 其效果會不會持久不變 答案 答案不會 棉鈴蟲也會對其產(chǎn)生抗性 4 抗蟲棉的培育過程中 受體細(xì)胞一定也是受精卵嗎 答案不一定 也可以是體細(xì)胞 拓展應(yīng)用 1 繼哺乳動物乳腺生物反應(yīng)器研發(fā)成功后 膀胱生物反應(yīng)器的研究也取得了一定進(jìn)展 最近 科學(xué)家培育出一種轉(zhuǎn)基因小鼠 其膀胱上皮細(xì)胞可以合成人的生長激素并分泌到尿液中 請回答下列問題 1 將人的生長激素基因?qū)胄∈笫荏w細(xì)胞 常用的方法是 解析在基因工程中 若受體細(xì)胞是動物細(xì)胞 常采用顯微注射的方法導(dǎo)入目的基因 若要使小鼠膀胱上皮細(xì)胞合成人的生長激素 在進(jìn)行基因轉(zhuǎn)移時 當(dāng)作受體細(xì)胞的通常是受精卵 其原因是受精卵具有全能性 可使外源基因在相應(yīng)組織細(xì)胞中得到表達(dá) 檢測目的基因是否插入到受體細(xì)胞的基因組 通常采用的是DNA分子雜交技術(shù) 答案 解析 顯微注射法 2 進(jìn)行基因轉(zhuǎn)移時 通常要將外源基因轉(zhuǎn)入 中 原因是 3 通常采用 技術(shù)檢測外源基因是否插入了小鼠的基因組 4 在研制膀胱生物反應(yīng)器時 應(yīng)使外源基因在小鼠的 細(xì)胞中特異表達(dá) 答案 受精卵 或早期胚胎 受精卵 或早期胚胎細(xì)胞 具有全能性 可使外源基因在相應(yīng)組織 細(xì)胞中表達(dá) 分子雜交檢測 膀胱上皮 二 基因治療和基因芯片 1 基因治療 1 基本原理 將的基因通過某種載體導(dǎo)入人體細(xì)胞中有的部位 并使目的基因在機體內(nèi) 達(dá)到防治疾病的目的 2 操作程序 的選擇和制備 的選擇 靶細(xì)胞的選擇 目的基因進(jìn)入的方式 外源基因表達(dá)的 3 治療對象 嚴(yán)重貧血 關(guān)節(jié)炎 心血管病 癌癥 甚至艾滋病等疑難頑癥 健康和正常 基礎(chǔ)梳理 缺損或有變異基因 有效表達(dá) 目的基因 運載體 靶細(xì)胞 檢測 血友病 4 存在的問題 目的基因的安全性問題a 應(yīng)確認(rèn)目的基因進(jìn)入人體后不會產(chǎn)生有害的 b 目的基因的表達(dá)應(yīng)有一定的 遺傳變異 可控性 致病多基因問題 對多基因遺傳病難以收到較好的療效 運載體問題 靶向性 安全 免疫反應(yīng) 2 基因芯片 1 制作過程將多個DNA片段粘在玻璃上 將每一個DNA片段的和所粘貼的位置貯存到計算機里 2 工作原理 分子雜交技術(shù) 待測DNA樣品 標(biāo)記 與基因芯片進(jìn)行 信號輸入計算機統(tǒng)計分析 檢測出待測樣品的序列 序列信息 熒光 分子雜交 DNA 3 優(yōu)點 一次可以檢測大量的基因 4 基因芯片的用途 監(jiān)測的變化 分析基因 尋找新的基因和新的藥物分子 研究基因的功能以及生物體在進(jìn)化 發(fā)育 遺傳等過程中的規(guī)律 基因表達(dá) 序列 問題探究 復(fù)合型免疫缺陷癥是一種遺傳疾病 患者由于腺苷脫氨酶基因出現(xiàn)缺陷 造成體內(nèi)缺乏腺苷脫氨酶 而腺苷脫氨酶是人體免疫系統(tǒng)發(fā)揮正常功能作用所必需的 因此 患者不能抵抗病原微生物的威脅 下圖是用基因治療的方法治療該病的過程圖 請分析下列問題 1 治療該病可不可以將正常人的免疫細(xì)胞直接輸入患者體內(nèi) 答案不行 會發(fā)生排斥反應(yīng) 輸入的細(xì)胞無法存活 答案淋巴細(xì)胞 腺苷脫氨酶是人體免疫系統(tǒng)發(fā)揮正常功能所必需的 淋巴細(xì)胞中具有這種酶才能產(chǎn)生免疫物質(zhì) 2 研究人員將腺苷脫氨酶基因轉(zhuǎn)入患者的什么細(xì)胞 為什么不能轉(zhuǎn)入其他的體細(xì)胞 答案 答案存在 基因治療只是導(dǎo)入正?；?并沒有去除缺陷基因 3 經(jīng)基因治療的患者體內(nèi)是否還存在缺陷基因 答案鑒定患者產(chǎn)生抗體的能力是否明顯改善 免疫能力是否明顯提高 4 怎樣鑒定該患者是否治療成功 知識拓展體外基因治療和體內(nèi)基因治療的比較 解析基因治療是指將人的正?；蚧蛴兄委熥饔玫幕蛲ㄟ^一定方式導(dǎo)入病人的靶細(xì)胞 以糾正基因的缺陷 使該基因的表達(dá)產(chǎn)物發(fā)揮功能 從而達(dá)到治療疾病目的的生物醫(yī)學(xué)新技術(shù) 拓展應(yīng)用 2 基因治療是指A 用DNA探針修復(fù)缺陷基因B 用DNA探針檢測疾病C 將正?；?qū)胗谢蛉毕莸募?xì)胞中D 將外源基因?qū)胧荏w細(xì)胞 答案 解析 解析基因芯片可以用于監(jiān)測基因表達(dá)的變化 分析基因序列 尋找新的基因和新的藥物分子 還可以用來研究基因的功能以及生物體在進(jìn)化 發(fā)育 遺傳等過程中的規(guī)律 3 下列關(guān)于基因芯片的應(yīng)用的敘述 錯誤的是A 對藥物進(jìn)行基因芯片檢測B 只能對細(xì)胞分化的基因表達(dá)情況進(jìn)行分析C 通過對正常和疾病狀態(tài)下基因表達(dá)情況的研究可以尋找和發(fā)現(xiàn)新基因D 研究生物體在進(jìn)化 發(fā)育和遺傳過程中的規(guī)律 答案 解析 課堂小結(jié) 基因工程的應(yīng)用 植物基因工程 突破了傳統(tǒng)雜交的局限 常見轉(zhuǎn)基因植物 的煙草和馬鈴薯 玉米 棉花 富含的小麥 抗病毒 抗蟲 優(yōu)點 1 克服了 的障礙 2 縮短了 開辟了生產(chǎn)疫苗的新途徑 賴氨酸 遠(yuǎn)源種及種間雜交不育或不能雜交 育種周期 基因工程的應(yīng)用 動物基因工程 1 加快畜禽的生長速度 2 動物生物反應(yīng)器 生產(chǎn)的藥物如 1 抗胰蛋白酶 乳腺 人凝血因子 基因治療 原理 基因工程 治療對象 血友病等多種遺傳病存在問題 目的基因的問題 問題和 問題 生長激素 基因重組 單基因或多基因 安全性 運載體 致病 多基因 原理 主要過程 熒光標(biāo)記的與基因芯片上已知的DNA片段 優(yōu)點 一次可以檢測大量的基因用途 監(jiān)測基因表達(dá)的變化 尋找致病基因等 DNA分子雜交 基因芯片 DNA探針 基因工程的應(yīng)用 雜交 當(dāng)堂檢測 1 能夠使植物體表達(dá)動物蛋白的育種方法是A 單倍體育種B 雜交育種C 基因工程育種D 多倍體育種 2 3 4 5 1 解析要讓動物蛋白在植物體內(nèi)表達(dá) 必須將控制動物蛋白合成的相關(guān)基因?qū)胫参锛?xì)胞中并讓其表達(dá) 因此需要通過基因工程技術(shù)才能實現(xiàn) 答案 解析 2 抗病毒轉(zhuǎn)基因植物成功表達(dá)后 以下說法正確的是A 抗病毒轉(zhuǎn)基因植物可以抵抗所有病毒B 抗病毒轉(zhuǎn)基因植物對病毒的抗性具有局限性或特異性C 抗病毒轉(zhuǎn)基因植物可以抗害蟲D 抗病毒轉(zhuǎn)基因植物可以穩(wěn)定遺傳 不會變異 答案 2 3 4 1 5 解析抗病毒轉(zhuǎn)基因植物只能抵抗某些病毒 不是所有病毒 不可以抗蟲 抗病毒基因和植物體其他基因一樣存在基因突變的可能 解析 2 3 4 1 5 3 科學(xué)家已能運用基因工程技術(shù) 讓羊合成并由乳腺分泌抗體 下列相關(guān)敘述中 正確的是 該技術(shù)將導(dǎo)致定向變異 DNA連接酶把目的基因與運載體黏性末端的堿基對連接起來 蛋白質(zhì)中的氨基酸序列可為合成目的基因提供資料 受精卵是理想的受體A B C D 答案 4 治療復(fù)合型免疫缺陷癥 白化病 囊性纖維化病等人類遺傳病的根本途徑是A 口服化學(xué)藥物B 注射化學(xué)藥物C 利用輻射或藥物誘發(fā)致病基因突變D 采用基因治療法糾正或彌補缺陷基因帶來的影響 2 3 4 1 答案 5 解析治療遺傳病的根本途徑是基因治療 解析 5 如圖所示為人體正常紅細(xì)胞和鐮刀型細(xì)胞貧血癥患者紅細(xì)胞形態(tài)及鐮刀型細(xì)胞貧血癥的基因治療過程 請回答以下問題 2 3 4 1 5 1 圖細(xì)胞為鐮刀型細(xì)胞貧血癥的紅細(xì)胞 這種病是由于 造成的 解析由于基因突變使紅細(xì)胞在形態(tài)上呈鐮刀狀而易破碎 如圖乙 乙 答案 解析 基因突變 2 寫出以下結(jié)構(gòu)或物質(zhì)的名稱 A D 解析在基因治療過程中 A為目的基因 可以與運載體結(jié)合后導(dǎo)入受體細(xì)胞中 D作為受體細(xì)胞 應(yīng)為具有持續(xù)分裂能力的造血干細(xì)胞 答案 解