【課件】基因工程的應(yīng)用課件2022-2023學(xué)年高二下學(xué)期生物人教版選擇性必修3

3.3基因工程的應(yīng)用選擇性必修3生物技術(shù)與工程課程導(dǎo)入1.糖尿病的治療需要哪種激素？胰島素2.這種激素需要口服還是注射？為什么？需要注射，胰島素為多肽類激素，口服會被水解為氨基酸，失去藥效。3.胰島素是如何生產(chǎn)的？課程導(dǎo)入（1）傳統(tǒng)方法：從豬、牛等動物的胰腺中獲取。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。（2）基因工程方法：1978年，科學(xué)家將編碼人胰島素的基因?qū)氪竽c桿菌細胞中，使大腸桿菌表達重組人胰島素。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，基因工程還有哪些應(yīng)用呢？基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用1．植物方面（1）種植面積：1996-2017年，全世界轉(zhuǎn)基因的種植面積增加了一百多倍。（2）經(jīng)濟效益：2016年世界轉(zhuǎn)基因作物的種植使化學(xué)殺蟲劑施用量減少了8.2%，作物產(chǎn)量增加了6.6×108t，增加經(jīng)濟收益近1.3萬億元。（3）實例美國：轉(zhuǎn)基因大豆、棉花、玉米等；中國：轉(zhuǎn)基因棉花、番木瓜。基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用幾乎每年都有令人矚目的研究成果報道，有些成果正進入實用化和商業(yè)化開發(fā)階段。2015年11月第一種用于食用的轉(zhuǎn)基因動物在美國獲得批準(zhǔn)上市。（轉(zhuǎn)基因大西洋鮭，俗稱“三文魚”）2．動物方面基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用（1）目的基因：（2）方法：（3）優(yōu)點：（4）實例：1．轉(zhuǎn)基因抗蟲植物Bt抗蟲蛋白基因從某些生物中分離出具有抗蟲功能的基因，導(dǎo)入作物，使其具有抗蟲性。轉(zhuǎn)基因抗蟲植物有轉(zhuǎn)基因抗蟲棉花、玉米、水稻、大豆、馬鈴薯等。轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻試驗田目前防治作物蟲害的發(fā)展趨勢?；蚬こ淘谵r(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用（1）目的基因：（2）方法：（3）優(yōu)點：（4）實例：2．轉(zhuǎn)基因抗病植物抗病基因?qū)碓从谀承┎《尽⒄婢鹊目共』驅(qū)胫参镏?，培育出轉(zhuǎn)基因抗病植物。防治作物病害的發(fā)生，減少環(huán)境污染。如轉(zhuǎn)基因抗病毒甜椒、番木瓜和煙草等。轉(zhuǎn)基因抗病毒甜椒基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用（1）現(xiàn)狀：（2）目的基因：（3）方法：（4）優(yōu)點：（5）實例：3．轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物大多數(shù)除草劑不僅能殺死田間雜草，還會導(dǎo)致作物減產(chǎn)?？鼓撤N除草劑的基因?qū)⒔到饣虻挚鼓撤N除草劑的基因?qū)胱魑铮膳嘤隹钩輨┑淖魑锲贩N。田間雜草會被殺死，而作物不會受到傷害。轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米、大豆、油菜和甜菜等?；蚬こ淘谵r(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用（1）將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胫参镏?，提高氨基酸的含量，科學(xué)家培育的某種轉(zhuǎn)基因玉米中賴氨酸的含量比對照高30%。4．改善植物的品質(zhì)（2）我國科學(xué)家將與植物花青素代謝相關(guān)的基因?qū)氚珷颗Ｖ校顾尸F(xiàn)出自然界沒有的顏色變異，大大提高觀賞價值?；蚬こ淘谵r(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用我國科學(xué)家培育的轉(zhuǎn)生長激素基因鯉魚，同等養(yǎng)殖條件下，生長速率比非轉(zhuǎn)基因鯉魚提高了42%~115%。（1）目的基因：（2）方法：（3）實例：5．提高動物的生長速度生長激素基因?qū)⑼庠瓷L激素基因?qū)雱游矬w內(nèi)，以提高動物的生長速率。轉(zhuǎn)生長激素基因鯉魚（左）與非轉(zhuǎn)基因鯉魚（右）基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用（1）現(xiàn)狀：（2）目的基因：（3）方法：6．改善畜產(chǎn)品品質(zhì)我國約1/3的成年人乳糖不耐受。腸乳糖酶基因?qū)⒛c乳糖酶基因?qū)肽膛；蚪M，獲得的轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁中。乳糖含量大大降低，其他營養(yǎng)成分不受影響?；蚬こ淘卺t(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用（1）類型：（2）應(yīng)用：（3）實例：1．微生物或動植物細胞生產(chǎn)藥物細胞因子、抗體、疫苗和激素等。預(yù)防和治療人類腫瘤、心血管疾病、傳染病、糖尿病和類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎等。我國生產(chǎn)的重組人干擾素、血小板生成素、促紅細胞生成素和粒細胞集落刺激因子等基因工程藥物均已投放市場?；蚬こ淘卺t(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在用微生物或植物細胞產(chǎn)物生產(chǎn)一些基因工程藥物時，獲得的表達產(chǎn)物活性不佳，且提純困難。如何解決這個問題呢？2．用轉(zhuǎn)基因哺乳動物生產(chǎn)藥物

將藥用蛋白基因與乳腺中特異表達的基因的啟動子等調(diào)控原件重組，獲得轉(zhuǎn)基因動物。轉(zhuǎn)基因動物進入泌乳期后，通過分泌乳汁來生產(chǎn)所需要的藥品。稱為“乳腺生物反應(yīng)器”。（1）乳腺反應(yīng)器基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用（2）獲得乳腺生物反應(yīng)器的步驟和培育轉(zhuǎn)基因動物的步驟有什么區(qū)別？

在構(gòu)建基因表達載體時，需要在編碼目的蛋白的基因序列前加上在乳腺中特異表達的基因的啟動子。動物乳腺有完整的蛋白質(zhì)翻譯修飾系統(tǒng)，生產(chǎn)的蛋白質(zhì)活性高，更穩(wěn)定；產(chǎn)物直接經(jīng)乳汁分泌，只需除去酪蛋白，沉淀乳清，再經(jīng)層析就可以得到重組蛋白，產(chǎn)物易提取。（3）與工廠化生產(chǎn)藥用蛋白相比，用動物乳腺作為反應(yīng)器生產(chǎn)藥用蛋白的優(yōu)越之處有哪些？基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用胚胎移植（4）繪制用基因工程技術(shù)獲得乳腺反應(yīng)器的流程圖乳腺中特異表達的基因的啟動子藥用蛋白基因動物受精卵胚胎受體動物轉(zhuǎn)基因動物（雌性動物乳汁中含有藥用蛋白）重組顯微注射發(fā)育分娩基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用基因表達載體導(dǎo)入的是受精卵，而不是乳腺上皮細胞，這樣由受精卵發(fā)育成的個體細胞中均含有目的基因，但由于目的基因與乳腺中特異表達的基因的啟動子等調(diào)控原件重組在一起，所以目的基因只在乳腺細胞中表達。（5）實例：已在牛和山羊等乳腺生物反應(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。易錯辨析基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用在學(xué)習(xí)免疫調(diào)節(jié)時，我們知道器官短缺是非常難以攻克的問題，那基因工程有沒有方法解決這個問題呢？3．用轉(zhuǎn)基因動物做器官移植的供體基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用（2）怎樣應(yīng)用基因工程技術(shù)解決移植時可能產(chǎn)生的免疫排斥問題？（1）為什么豬的器官可以作為替代的移植器官？豬的內(nèi)臟構(gòu)造、大小、血管分布與人的極為相似；豬體內(nèi)隱藏的、可導(dǎo)致人類疾病的病毒要遠少于靈長類動物。用基因工程技術(shù)對豬的器官進行改造：在器官供體的基因組中導(dǎo)入某種調(diào)節(jié)因子，以抑制抗原決定基因的表達；或設(shè)法除去抗原決定基因。結(jié)合克隆技術(shù)，培育出不會引起免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官?；蚬こ淘谑称饭I(yè)方面的應(yīng)用（1）基因工程菌：（2）用途：用基因工程的方法，使外源基因得到高效表達的菌類。用于生產(chǎn)食品工業(yè)用酶、氨基酸和維生素等?；蚬こ淘卺t(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用1.阿巴斯甜阿斯巴甜是一種普遍使用的甜味劑，主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，這兩種氨基酸可通過基因工程實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。2.淀粉酶加工轉(zhuǎn)化糖漿需要的淀粉酶，加工烘烤食物需要的脂酶等也可通過構(gòu)建基因工程菌，結(jié)合發(fā)酵技術(shù)大量生產(chǎn)。基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用3.凝乳酶奶酪的生產(chǎn)需要凝乳酶來凝聚固化奶中的蛋白質(zhì)。（2）基因工程技術(shù)：將編碼牛凝乳酶的基因?qū)氪竽c桿菌、黑曲霉、酵母菌的基因組中，再結(jié)合工業(yè)發(fā)酵批量生產(chǎn)凝乳酶。（1）傳統(tǒng)制備方法：殺死未斷奶的小牛，將其第四胃的粘膜取出來提取。課堂小結(jié)抗蟲、抗病、抗除草劑、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)生產(chǎn)細胞因子、抗體、疫苗和激素等藥物、解決人類器官移植的來源問題生產(chǎn)食品工業(yè)用酶、氨基酸和維生素等農(nóng)牧業(yè)醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域食品工業(yè)