3.3基因工程的應(yīng)用課件-高二下學(xué)期生物人教版選擇性必修3

第3節(jié)

基因工程的應(yīng)用第3章

基因工程從社會中來

胰島素是治療糖尿病的特效藥物。傳統(tǒng)生產(chǎn)胰島素的方法是從豬、牛等動物的胰腺中提取。曾經(jīng)生產(chǎn)供一位糖尿病病人使用一年的胰島素，需要上千頭牛，生產(chǎn)的成本非常高。1978年，科學(xué)家將編碼人胰島素的基因?qū)氪竽c桿菌細(xì)胞中，使大腸桿菌表達(dá)重組人胰島素。我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的基因工程藥物——重組人胰島素已經(jīng)研制成功并得到廣泛應(yīng)用。

除了生產(chǎn)胰島素，基因工程還有那些應(yīng)用呢？從社會中來

基因工程自20世紀(jì)70年代興起后，得到了飛速的發(fā)展，在農(nóng)牧業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生和食品工業(yè)等方面，展示出廣闊的前景。醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域食品工業(yè)方面農(nóng)牧業(yè)方面基因工程的應(yīng)用轉(zhuǎn)基因抗蟲植物轉(zhuǎn)基因抗病植物轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物改良植物的品質(zhì)提高動物的生長速率改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)細(xì)胞因子、抗體、疫苗、激素食品工業(yè)用酶食品工業(yè)用氨基酸食品工業(yè)用維生素合作探究一：請同學(xué)們自主閱讀教材P88-89，小組合作完成下表。應(yīng)用外源基因類型主要過程轉(zhuǎn)基因抗蟲植物轉(zhuǎn)基因抗病植物轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物改良植物的品質(zhì)提高動物的生長速率改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)抗蟲基因抗病毒基因、抗真菌基因降解或抵抗某種除草劑的基因優(yōu)良性狀基因（提高必需氨基酸含量的蛋白質(zhì)編碼基因、與植物花青素代謝相關(guān)的基因）生長激素基因腸乳糖酶基因從某些生物中分離出具抗蟲功能基因，導(dǎo)入作物中培育具抗蟲性作物將某些病毒、真菌等抗毒基因?qū)胫参镏?，培育轉(zhuǎn)基因抗毒植物將降解或抵抗某種除草劑基因?qū)胱魑铮膳嘤钩輨┳魑锲分袑⒈匦璋被岷慷嗟牡鞍踪|(zhì)編碼基因，導(dǎo)人植物中以提高這種氨基酸的含量；將與植物花青素代謝相關(guān)的基因?qū)氚珷颗Ｖ?，使它呈現(xiàn)出自然界沒有的顏色變異將外源生長激素基因?qū)雱游矬w內(nèi)，以提高動物的生長速率將腸乳糖酶基因?qū)四膛；蚪M，使獲得的乳汁中乳糖的含量大大降低一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用任務(wù)一：思考回答下列問題。1.基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用？2.如何利用基因工程提高動物的生長速率？3.有的人喝牛奶后會出現(xiàn)腹瀉，你建議他喝什么牛奶？如何產(chǎn)生這種牛奶？轉(zhuǎn)基因抗蟲植物轉(zhuǎn)基因抗病植物轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物改良植物的品質(zhì)提高動物的生長速率改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)由于外源生長激素基因的表達(dá)可以使轉(zhuǎn)基因動物生長得更快，因此科學(xué)家將這類基因?qū)雱游矬w內(nèi)，以提高動物的生長速率。乳糖含量低的牛奶科學(xué)家將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M，轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大降低，而其他營養(yǎng)成分不受影響。二、基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用任務(wù)二：閱讀教材P90-91基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用，完成表格。應(yīng)用基因來源成果轉(zhuǎn)基因微生物或動植物細(xì)胞生產(chǎn)藥物對微生物或動植物的細(xì)胞進(jìn)行

改造生產(chǎn)

藥物乳腺（房）生物反應(yīng)器生產(chǎn)藥物

基因+乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動子生產(chǎn)

等轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體抑制

基因的表達(dá)或除去

基因結(jié)合克隆技術(shù)培育出不會引起

反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆器官基因細(xì)胞因子、抗體、疫苗、激素藥用蛋白基因抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素、α-抗胰蛋白酶抗原決定抗原決定免疫排斥任務(wù)二：基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用1.閱讀資料卡干擾素的相關(guān)內(nèi)容思考：（1）干擾素的化學(xué)本質(zhì)是什么？干擾素的作用是什么？（2）用什么辦法可以大量生產(chǎn)干擾素？（3）干擾素等同于抗生素嗎？2.乳腺生物反應(yīng)器是如何形成的？（構(gòu)建流程圖）可以生產(chǎn)什么產(chǎn)品？用該方法生產(chǎn)藥物有何優(yōu)缺點(diǎn)？3.用轉(zhuǎn)基因動物作為器官移植的供體最大難題是什么？科學(xué)家有何設(shè)想改變這種現(xiàn)狀？干擾素是一種具有干擾______復(fù)制作用的________，在臨床上被廣泛用于治療____________疾病。此外，干擾素對治療乳腺癌、淋巴癌、多發(fā)骨髓瘤和某些白血病等也有一定的療效。傳統(tǒng)生產(chǎn)干擾素的方法是從人血液中的_________內(nèi)提取，每300L血液只能提取出1mg干擾素。1980～1982年，科學(xué)家用基因工程方法從___________________細(xì)胞內(nèi)獲得了干擾素，從1kg培養(yǎng)物中可以得到20～40mg干擾素。1993年，我國批準(zhǔn)生產(chǎn)___________________，它是我國批準(zhǔn)的第一個基因工程藥物，目前主要用于治療慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等。資料卡-干擾素病毒糖蛋白病毒感染性白細(xì)胞大腸桿菌及酵母菌重組人干擾素α-1b抗生素≠干擾素①抗生素：抗細(xì)菌藥物②干擾素：抗病毒藥物2.

利用轉(zhuǎn)基因哺乳動物批量生產(chǎn)藥物(1)實(shí)例：乳腺生物反應(yīng)器或乳房生物反應(yīng)器(2)培育過程：藥用蛋白基因乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動子等調(diào)控元件基因表達(dá)載體顯微注射受精卵泌乳期分泌乳汁轉(zhuǎn)基因動物藥物注意：啟動子具有物種及組織特異性早期胚胎培養(yǎng)胚胎移植早期胚胎代孕母體分娩目前已經(jīng)在牛、山羊等動物的乳腺生物反應(yīng)器中，獲得了抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素和α-抗胰蛋白酶等重要醫(yī)藥產(chǎn)品。(3)應(yīng)用：(4)優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)A.適合于表達(dá)高等動物體內(nèi)的復(fù)雜蛋白B.制備乳腺反應(yīng)器的方法成熟C.乳腺是天然的高效合成蛋白質(zhì)的器官D.乳汁中重組蛋白的提取和純化相對容易不足A.受動物性別限制（必須是雌性）B.動物泌乳期有間隔C.有些蛋白不能在乳腺里表達(dá)D.某些蛋白在乳腺中的修飾可能與天然狀態(tài)不同2.

利用轉(zhuǎn)基因哺乳動物批量生產(chǎn)藥物

思考：1.

乳腺生物反應(yīng)器指的是轉(zhuǎn)基因動物的乳腺嗎？2.為什么將藥用蛋白基因與乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動子等調(diào)控元件重組在一起？3.

藥用蛋白基因存在于轉(zhuǎn)基因動物的哪些細(xì)胞中？4.

生物反應(yīng)器除了用乳腺，還可以用什么器官？5.

膀胱生物反應(yīng)器哪些方面優(yōu)于乳腺生物反應(yīng)器？6.

研制膀胱生物反應(yīng)器時，應(yīng)如何處理目的基因？7.

用生物反應(yīng)器生產(chǎn)藥物的優(yōu)點(diǎn)？讓藥用蛋白基因只在乳腺細(xì)胞中特異性表達(dá)。幾乎所有細(xì)胞。膀胱。不是，乳腺生物反應(yīng)器指的就是這個轉(zhuǎn)基因生物。不局限于性別與生長期（雌性，泌乳期才會分泌）。將目的基因與膀胱上皮細(xì)胞中特異表達(dá)的基因的啟動子重組。(1)動物乳腺有完整的蛋白質(zhì)翻譯后修飾系統(tǒng)，生產(chǎn)的蛋白質(zhì)活性高，更穩(wěn)定。(2)產(chǎn)物直接經(jīng)乳汁分泌，易提取。3.

用轉(zhuǎn)基因動物作為器官移植的供體(1)人體器官移植的難題：人體移植器官短缺是世界性難題。(2)解決途徑：②豬體內(nèi)隱藏的、可導(dǎo)致人類疾病的病毒遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于靈長類動物。免疫排斥尋求可替代的移植器官，如利用基因工程對豬的器官進(jìn)行改造，來解決人類器官移植的來源問題。豬的優(yōu)點(diǎn)：①

豬的內(nèi)臟構(gòu)造、大小、血管分布與人極為相似；最大的難題：(3)對豬的器官進(jìn)行改造的方法：

在器官供體的________中導(dǎo)入某種__________，以__________________________，或設(shè)法_____________________，然后再結(jié)合______技術(shù)，培育出_______________________的____________________。基因組調(diào)節(jié)因子不會引起免疫排斥反應(yīng)轉(zhuǎn)基因克隆豬器官調(diào)節(jié)因子載體重組載體豬成纖維細(xì)胞卵母細(xì)胞細(xì)胞核去核卵母細(xì)胞重構(gòu)胚代孕母豬轉(zhuǎn)基因克隆豬3.

用轉(zhuǎn)基因動物作為器官移植的供體

除去抗原決定基因抑制抗原決定基因的表達(dá)克隆三基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用任務(wù)三：閱讀教材P91，回答下列問題。1.什么是基因工程菌？3.阿斯巴甜是甜味劑，有哪些氨基酸形成？4.奶酪的生產(chǎn)需要用什么酶？傳統(tǒng)如何制備？2.利用基因工程菌除了生產(chǎn)藥物外，在食品方面能生產(chǎn)什么？5.在工業(yè)上，如何通過發(fā)酵批量生產(chǎn)凝乳酶？6.基因工程獲得的工業(yè)用酶的優(yōu)點(diǎn)？三、基因工程在食品工業(yè)方面的運(yùn)用利用基因工程菌，除了可以生產(chǎn)藥物，還能生產(chǎn)________________________________等。(1)概念：(2)應(yīng)用：用__________的方法，使__________得到__________的菌類?；蚬こ掏庠椿蚋咝П磉_(dá)食品工業(yè)用酶、氨基酸和維生素三、基因工程在食品工業(yè)方面的運(yùn)用產(chǎn)物應(yīng)用制備方法阿斯巴甜凝乳酶淀粉酶、脂酶主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，這兩種氨基酸可以通過基因工程實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)科學(xué)家將編碼牛凝乳酶的基因?qū)氪竽c桿菌、黑曲霉或酵母菌的基因組中，再通過工業(yè)發(fā)酵批量生產(chǎn)凝乳酶通過構(gòu)建基因工程菌、然后用發(fā)酵技術(shù)大量生產(chǎn)普遍使用的甜味劑用于奶酪生產(chǎn)，凝聚固化奶中蛋白質(zhì)。轉(zhuǎn)化糖漿（淀粉酶）烘烤食物（脂酶）2.其他應(yīng)用：環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用利用經(jīng)過基因改造的微生物生產(chǎn)清潔能源培育可以降解多種污染物的“超級細(xì)菌”治理環(huán)境污染二、基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用比較項(xiàng)目乳腺（房）生物反應(yīng)器基因工程菌生產(chǎn)藥物基因結(jié)構(gòu)基因產(chǎn)物受體細(xì)胞目的基因?qū)敕绞缴a(chǎn)條件產(chǎn)物提取哺乳動物基因的結(jié)構(gòu)與人類結(jié)構(gòu)基本相同細(xì)菌或酵母菌等生物的基因結(jié)構(gòu)與人類基因結(jié)構(gòu)有較大差異與天然蛋白質(zhì)完全相同細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)缺少內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等細(xì)胞器，合成的蛋白質(zhì)可能不具有生物活性哺乳動物的受精卵微生物細(xì)胞顯微注射法Ca2+處理法不需要嚴(yán)格的滅菌，溫度等外界條件對其影響不大需嚴(yán)格滅菌，嚴(yán)格控制工程菌所需的溫度、pH、營養(yǎng)物質(zhì)濃度等外界條件從動物乳汁中提取，相對簡單（一般經(jīng)過工業(yè)發(fā)酵后）從微生物細(xì)胞（或發(fā)酵液）中提取，相對復(fù)雜乳腺生物反應(yīng)器與基因工程菌生產(chǎn)藥物比較1.

將大腸桿菌的質(zhì)粒連接上人生長激素的基因后，重新導(dǎo)入大腸桿菌的細(xì)胞內(nèi)，再通過發(fā)酵工程就能大量生產(chǎn)人生長激素。下列相關(guān)敘述正確的是

(

)A.

轉(zhuǎn)錄生長激素基因需要解旋酶和DNA連接酶B.

發(fā)酵產(chǎn)生的生長激素屬于大腸桿菌的初生代謝物C.

大腸桿菌獲得的能產(chǎn)生人生長激素的變異可以遺傳D.

大腸桿菌質(zhì)粒標(biāo)記基因中腺瞟吟和尿嘧啶的含量相等2.

基因工程應(yīng)用廣泛，成果豐碩。下列不屬于基因工程應(yīng)用的是

(

)A.

培育青霉菌并從中提取青霉素B.

利用乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)藥物C.

制造一種能降解石油的“超級細(xì)菌”D.

制造一種能產(chǎn)生干擾素的基因工程菌CA一、概念檢測練習(xí)與應(yīng)用二、拓展應(yīng)用1.

除草劑的有效成分草甘膦能夠?qū)Ｒ坏匾种?/p>

EPSP

合酶的活性，從而使植物體內(nèi)多種代謝途徑受到影響而導(dǎo)致植物死亡。草甘膦沒有選擇性，它在除掉雜草的同時也會使作物受損。解決這個問題的方法之一就是培育抗草甘膦的作物。(1)

下面是探究“轉(zhuǎn)人外源

EPSP

合酶基因能否使矮牽?？共莞熟ⅰ钡牧鞒?，請補(bǔ)充完整。①用

等處理目的基因和Ti質(zhì)粒，構(gòu)建重組Ti質(zhì)粒；②將重組Ti質(zhì)粒轉(zhuǎn)入農(nóng)桿菌中；限制酶和DNA連接酶

③利用含有重組Ti質(zhì)粒的農(nóng)桿菌侵染________細(xì)胞，再通過培育得到轉(zhuǎn)基因植株；④用草甘膦同時噴灑轉(zhuǎn)基因植株和對照組植株。結(jié)果：對照組植株死亡，轉(zhuǎn)基因植株存活，但也受到了影響。結(jié)論：