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

1、第3章 基因工程第3節(jié) 基因工程的應(yīng)用 胰島素的生產(chǎn) 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(dòng)物的胰腺中提取，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(guó)擁有自主知識(shí)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。從社會(huì)中來(lái) 思考1 大腸桿菌作為基因工程中的受體細(xì)胞有什么優(yōu)點(diǎn)？ 提示：繁殖快；為單細(xì)胞生物；遺傳物質(zhì)相對(duì)較少。重組人胰島素注射液 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。 思考2 大腸桿菌生產(chǎn)的人胰島素與人體細(xì)胞產(chǎn)生的胰

2、島素結(jié)構(gòu)相同嗎？ 提示：不相同，胰島素是分泌蛋白，人體細(xì)胞產(chǎn)生的胰島素會(huì)經(jīng)過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體的加工，大腸桿菌是原核生物，無(wú)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體，故無(wú)法對(duì)胰島素進(jìn)行進(jìn)一步加工。 一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用 1轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)植物 從某些生物中分離出具有抗蟲(chóng)功能的基因，將它導(dǎo)入作物中培育出具有抗蟲(chóng)性的作物，是目前防治作物蟲(chóng)害的一種發(fā)展趨勢(shì)。轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)水稻（綠色植物）與對(duì)照（被害蟲(chóng)侵害的黃色植株轉(zhuǎn)基因抗病毒甜椒 2轉(zhuǎn)基因抗病植物 將來(lái)源于某些病毒、真菌等的抗病基因?qū)胫参镏校嘤鲇贸Ｒ?guī)育種方法很難培育出抗病的新品種。拓展：各種抗蟲(chóng)基因的作用機(jī)理（1）Bt抗蟲(chóng)蛋白可降解成有毒的多肽，多肽與昆蟲(chóng)的腸上皮細(xì)胞

3、的特異性受體結(jié)合，導(dǎo)致細(xì)胞膜穿孔，最終導(dǎo)致害蟲(chóng)死亡。（2）蛋白酶抑制劑和淀粉酶抑制劑分別抑制相應(yīng)酶的活性，影響昆蟲(chóng)對(duì)蛋白質(zhì)和淀粉的消化。（3）植物凝集素基因控制植物合成一種糖蛋白，此糖蛋白能與昆蟲(chóng)腸道黏膜上某種物質(zhì)結(jié)合，影響昆蟲(chóng)對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和利用。 一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用 3轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物 將降解或抵抗某種除草劑的基因?qū)胫参镏?，在噴灑除草劑時(shí)，田間雜草會(huì)被殺死而作物不會(huì)受到損傷。施用除草劑后的轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米田 4改良植物的品質(zhì) 將某種必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因或與植物花青素代謝相關(guān)的基因?qū)胫参镏小＾D(zhuǎn)基因矮牽牛 思考3 利用基因工程培育植物新品種有何優(yōu)越性？ （1）

4、化學(xué)殺蟲(chóng)劑施用量減少，降低了生產(chǎn)成本，減少了環(huán)境污染，降低了對(duì)人體健康的危害。 （2）作物產(chǎn)量增加，提高植物的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。 （3）打破了常規(guī)育種中難以突破的種間界限，實(shí)現(xiàn)了原核生物與植物、不同植物之間、動(dòng)物與植物之間的基因交流，從而大幅度地改良植物的遺傳特性。 一、基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用 5提高動(dòng)物的生長(zhǎng)速率 由于外源生長(zhǎng)激素基因的表達(dá)可以使轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生長(zhǎng)得更快，將這類(lèi)基因?qū)雱?dòng)物體內(nèi)，以提高動(dòng)物的生長(zhǎng)速率。 6改良畜產(chǎn)品的品質(zhì) 將腸乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M，使獲得的轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大降低，而其他營(yíng)養(yǎng)成分不受影響。轉(zhuǎn)基因矮牽牛轉(zhuǎn)生長(zhǎng)激素基因的鯉魚(yú)（下）與非轉(zhuǎn)基因鯉魚(yú)（上）轉(zhuǎn)

5、腸乳糖酶基因的奶牛 二、基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用 對(duì)微生物或動(dòng)植物的細(xì)胞進(jìn)行基因改造，使它們能夠生產(chǎn)藥物，這些藥物包括細(xì)胞因子、抗體、疫苗和激素等。 1利用基因工程技術(shù)讓微生物批量生產(chǎn)藥物 干擾素是一種具有干擾病毒復(fù)制作用的糖蛋白，在臨床上被廣泛用于治療病毒感染性疾病。此外，干擾素對(duì)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。 我國(guó)科學(xué)家對(duì)大腸桿菌或酵母菌進(jìn)行基因改造，生產(chǎn)重組人干擾素-1b，它是我國(guó)批準(zhǔn)生產(chǎn)的第一個(gè)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。中國(guó)干擾素之父侯云德院士 二、基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用 2利用基因工程技術(shù)讓哺乳動(dòng)物批量生產(chǎn)藥物

6、 將藥用蛋白基因與乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動(dòng)子等調(diào)控元件重組在一起，通過(guò)顯微注射的方法導(dǎo)入哺乳動(dòng)物的受精卵中，由這個(gè)受精卵發(fā)育成的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物在進(jìn)入泌乳期后，可以通過(guò)分泌乳汁來(lái)生產(chǎn)所需要的藥物，這稱(chēng)為乳腺生物反應(yīng)器或乳房生物反應(yīng)器。 注意：（1）并非所有個(gè)體都可以作為乳腺生物反應(yīng)器，應(yīng)選擇雌性個(gè)體，個(gè)體本身的繁殖速率、泌乳量、蛋白含量等都是應(yīng)該考慮的因素。（2）基因表達(dá)載體導(dǎo)入的是受精卵，而不是乳腺上皮細(xì)胞，這樣由受精卵發(fā)育成的個(gè)體的體細(xì)胞中均含有目的基因，但因?yàn)槟康幕蚺c乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動(dòng)子等調(diào)控元件重組在一起，所以目的基因只在乳腺細(xì)胞中表達(dá)。 質(zhì)疑：目的基因與膀胱中特異表達(dá)的基因的啟

7、動(dòng)子等調(diào)控元件重組在一起又會(huì)如何？ 膀胱生物反應(yīng)器，目的基因更容易表達(dá)，且不受性別影響。練一練1繼哺乳動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器研究成功后，膀胱生物反應(yīng)器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(zhǎng)激素并分泌到尿液中。請(qǐng)回答下列問(wèn)題。（1）將人的生長(zhǎng)激素基因?qū)胄∈笫荏w細(xì)胞，常用方法是_。（2）進(jìn)行基因轉(zhuǎn)移時(shí)，通常要將外源基因轉(zhuǎn)入_中，原因是_。（3）通常采用_等技術(shù)檢測(cè)外源基因是否插入了小鼠的染色體DNA上。（4）在研制膀胱生物反應(yīng)器時(shí)，應(yīng)使外源基因在小鼠的_細(xì)胞中特異表達(dá)。（5）若使外源基因在乳腺細(xì)胞中表達(dá)，在構(gòu)建基因表達(dá)載體時(shí)，還需加入_等調(diào)控元件。啟動(dòng)

8、子的作用是_。顯微注射法受精卵受精卵全能性高PCR膀胱上皮乳腺中特異表達(dá)的基因的啟動(dòng)子作為RNA聚合酶識(shí)別和結(jié)合的部位，驅(qū)動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄 前景：還可能利用基因工程培育無(wú)免疫排斥反應(yīng)的動(dòng)物器官，用于人類(lèi)器官移植。 三、基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用 利用基因工程菌生產(chǎn)食品工業(yè)用酶、氨基酸和維生素等。 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(guò)工業(yè)發(fā)酵批量生產(chǎn)凝乳酶。 相比從天然產(chǎn)物中提取的酶，用基因工程技術(shù)獲得的工業(yè)用酶的純度更高，而且它的生產(chǎn)成本顯著降低，生產(chǎn)效率較高。 小結(jié)：基因工程使人們更容易培育出具有優(yōu)良性狀的動(dòng)植物品種，獲得很多過(guò)去難以得到的生物制品，甚至還能培

9、育出可以降解多種污染物的“超級(jí)細(xì)菌”來(lái)處理環(huán)境污染，利用經(jīng)過(guò)基因改造的微生物來(lái)生產(chǎn)能源等。練一練2下列有關(guān)轉(zhuǎn)基因植物的說(shuō)法，不正確的是（ ）A科學(xué)家可以利用一些調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓的基因，來(lái)提高農(nóng)作物的抗鹽堿 和抗旱的能力B因?yàn)檗D(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉可以抵抗一切危害棉花植株的害蟲(chóng)，所以轉(zhuǎn)基因抗 蟲(chóng)棉已經(jīng)推廣應(yīng)用C科學(xué)家往往將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胫参镏校蕴?高農(nóng)作物的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值D利用基因工程技術(shù)可以改良農(nóng)作物的品質(zhì)B練一練3蜘蛛絲（絲蛋白）被稱(chēng)為“生物鋼”，有著超強(qiáng)的抗張強(qiáng)度，可以制成防彈背心、降落傘繩等。蜘蛛絲還可被制成人造韌帶等?？茖W(xué)家研究出集中生產(chǎn)蜘蛛絲的方法培育轉(zhuǎn)基因蜘蛛羊作為乳腺生物反應(yīng)器。下列有關(guān)乳腺生物反應(yīng)器的說(shuō)法，錯(cuò)誤是的（ ）A將蜘蛛絲蛋白基因與乳腺中特異表達(dá)的基因啟動(dòng)子等結(jié)合在一起構(gòu)建表達(dá)載體B將含有蜘蛛絲蛋白基因的表達(dá)載體導(dǎo)入動(dòng)物乳腺細(xì)胞中即可獲得乳腺生物反應(yīng)器C與乳腺生物反應(yīng)器相比，膀胱生物反應(yīng)器不受性別等條件的限制，受體來(lái)源更廣泛D轉(zhuǎn)基因動(dòng)物產(chǎn)生的生殖細(xì)胞中可能含有藥用蛋白基因B練一練4下列有關(guān)動(dòng)物基因工程的說(shuō)法，錯(cuò)誤的是（ ）A將外源生長(zhǎng)激素基因