2022-2023學(xué)年人教版選擇性必修3 3.3基因工程的應(yīng)用 課件（14張）

第3節(jié)基因工程的應(yīng)用第3章基因工程胰島素的生產(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。從社會中來思考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)生的胰島素會經(jīng)過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體的加工，大腸桿菌是原核生物，無內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體，故無法對胰島素進(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)基因抗蟲植物從某些生物中分離出具有抗蟲功能的基因，將它導(dǎo)入作物中培育出具有抗蟲性的作物，是目前防治作物蟲害的一種發(fā)展趨勢。轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻（綠色植物）與對照（被害蟲侵害的黃色植株轉(zhuǎn)基因抗病毒甜椒

2．轉(zhuǎn)基因抗病植物將來源于某些病毒、真菌等的抗病基因?qū)胫参镏?，培育出用常?guī)育種方法很難培育出抗病的新品種。

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)，田間雜草會被殺死而作物不會受到損傷。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?。轉(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）化學(xué)殺蟲劑施用量減少，降低了生產(chǎn)成本，減少了環(huán)境污染，降低了對人體健康的危害。（2）作物產(chǎn)量增加，提高植物的營養(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．提高動物的生長速率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，將這類基因?qū)雱游矬w內(nèi)，以提高動物的生長速率。

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，而其他營養(yǎng)成分不受影響。轉(zhuǎn)基因矮牽牛轉(zhuǎn)生長激素基因的鯉魚（下）與非轉(zhuǎn)基因鯉魚（上）轉(zhuǎn)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

對微生物或動植物的細(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。

我國科學(xué)家對大腸桿菌或酵母菌進(jìn)行基因改造，生產(chǎn)重組人干擾素α-1b，它是我國批準(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)讓哺乳動物批量生產(chǎn)藥物

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，通過顯微注射的方法導(dǎo)入哺乳動物的受精卵中，由這個(gè)受精卵發(fā)育成的轉(zhuǎn)基因動物在進(jìn)入泌乳期后，可以通過分泌乳汁來生產(chǎn)所需要的藥物，這稱為乳腺生物反應(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)的基因的啟動子等調(diào)控元件重組在一起又會如何？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)的基因的啟動子作為RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位，驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄

前景：還可能利用基因工程培育無免疫排斥反應(yīng)的動物器官，用于人類器官移植。

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)良性狀的動植物品種，獲得很多過去難以得到的生物制品，甚至還能培育出可以降解多種污染物的“超級細(xì)菌”來處理環(huán)境污染，利用經(jīng)過基因改造的微生物來生產(chǎn)能源等。練一練2．下列有關(guān)轉(zhuǎn)基因植物的說法，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)基因抗蟲棉可以抵抗一切危害棉花植株的害蟲，所以轉(zhuǎn)基因抗蟲棉已經(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?，以提高農(nóng)作物的營養(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)器的說法，錯誤是的（）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，受體來源更廣泛D．轉(zhuǎn)基因動物產(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)動物基因工程的說法，錯誤的是（）A．將外源生