【生物】基因工程的應(yīng)用課件 2023-2024學(xué)年高二下學(xué)期人教版選擇性必修三

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？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)用概述1.植物方面①1996-2017年，全世界轉(zhuǎn)基因作物

種植面積增加了一百多倍；②美國是世界上轉(zhuǎn)基因作物種植面積

最大的國家③世界轉(zhuǎn)基因作物種植面積最大的是大豆，其次是玉米、棉花；④我國轉(zhuǎn)基因作物的種植面積位居世界第八位，

商業(yè)化種植的轉(zhuǎn)基因作物有棉花和番木瓜；⑤轉(zhuǎn)基因作物的優(yōu)點(diǎn)：

__________________________________________________________________________________________減少化學(xué)殺蟲劑使用量（生物防治）增加作物產(chǎn)量增加經(jīng)濟(jì)收益（一）基因工程在農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用概述2.動物方面①有些成果正在進(jìn)入實用化和商業(yè)化開發(fā)的階段；②2015年11月，第一種用于食用的轉(zhuǎn)基因動物——轉(zhuǎn)基因大西洋鮭（俗稱“三文魚”）在美國獲得批準(zhǔn)上市。轉(zhuǎn)基因鮭魚（后排）和正常鮭魚（前排）（二）具體內(nèi)容

基因工程被廣泛用于___________、________________等方面改良動植物品種提高作物和畜產(chǎn)品的產(chǎn)量轉(zhuǎn)基因抗蟲植物農(nóng)牧業(yè)方面的應(yīng)用轉(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良畜產(chǎn)品的品質(zhì)抗逆性1.轉(zhuǎn)基因抗蟲植物①實例

轉(zhuǎn)基因抗蟲棉花、玉米、大豆、水稻、馬鈴薯②相關(guān)基因

______________具有抗蟲功能的基因2.轉(zhuǎn)基因抗病植物①實例

轉(zhuǎn)基因抗病毒甜椒、番木瓜、煙草②相關(guān)基因

_______________________來源于某些病毒、真菌等的抗病基因3.轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物①培育目的

噴灑除草劑時，雜草會被殺死而作物不會受到損傷②實例

轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米、大豆、油菜和甜菜等③相關(guān)基因

___________________降解或抵抗某種除草劑的基因思考：我國西北地區(qū)的主要?dú)夂蛱攸c(diǎn)是年降雨量小，從而影響糧食的產(chǎn)量，如果從基因工程的角度考慮，如何避免糧食減產(chǎn)？可以用基因工程技術(shù)培育抗旱作物（篩選獲取抗旱基因）4.改良植物的品質(zhì)①目的

提高植物的營養(yǎng)價值、觀賞價值等②實例

高賴氨酸玉米、轉(zhuǎn)基因矮牽?；ǖ娶巯嚓P(guān)基因

____________________________________________必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因、與植物花青素代謝相關(guān)的基因等5.提高動物的生長速率①實例

轉(zhuǎn)基因鯉魚、轉(zhuǎn)基因鮭魚②相關(guān)基因

____________外源生長激素基因6.改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)①實例

轉(zhuǎn)基因牛（分泌的乳汁中乳糖的含量大大降低）②解決的問題

有些人由于乳糖酶分泌少，不能完全消化牛奶中的乳糖，食用牛奶后會出現(xiàn)腹瀉等不適癥狀，稱之為乳糖不耐受③相關(guān)基因

____________腸乳糖酶基因二、基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用讓轉(zhuǎn)基因哺乳動物批量生產(chǎn)藥物用轉(zhuǎn)基因動物作為器官移植的供體基因改造微生物或動植物的細(xì)胞生產(chǎn)藥物醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用1.基因改造微生物或動植物的細(xì)胞生產(chǎn)藥物①常見藥物類型

_____________________②應(yīng)用

可以用來預(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；③實例

我國生產(chǎn)的重組人干擾素、血小板生成素、促紅細(xì)胞生成素和粒細(xì)胞集落刺激因子等細(xì)胞因子、抗體、疫苗和激素等資料卡——干擾素

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，干擾素對于治療乳腺癌、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白細(xì)胞內(nèi)提取，每300L血液只能提取1mg干擾素。

1980-1982年，科學(xué)家用基因工程方法從大腸桿菌及酵母菌細(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)重組人干擾素α-1b，它是我國批準(zhǔn)生產(chǎn)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。思考：1.干擾素的化學(xué)本質(zhì)是什么？2.干擾素的作用機(jī)理是怎樣的？3.干擾素用于哪些疾病的治療？4.傳統(tǒng)生產(chǎn)干擾素的方法是什么？5.目前大量生產(chǎn)干擾素的方法是什么？6.我國批準(zhǔn)生產(chǎn)的第一個基因工程藥物的名稱叫什么？用于治療哪些疾??？糖蛋白干擾病毒復(fù)制病毒感染性疾病、乳腺癌、淋巴癌、多發(fā)骨髓瘤和某些白血病等從人血液中的白細(xì)胞內(nèi)提取用基因工程方法從大腸桿菌及酵母菌細(xì)胞內(nèi)獲得重組人干擾素α-1b主要用于治療慢性乙型肝炎、慢性丙型肝炎等思考：根據(jù)前面學(xué)過的基因工程的操作程序，說出通過基因工程方法用酵母菌生產(chǎn)乙肝疫苗的過程是怎樣的？（提示：乙肝病毒抗原蛋白基因）①用PCR擴(kuò)增乙肝病毒抗原蛋白基因；②將乙肝病毒抗原蛋白基因插入質(zhì)粒，構(gòu)建基因表達(dá)載體；③將該基因表達(dá)載體導(dǎo)入酵母菌(該過程也是將酵母菌制備成感受態(tài)細(xì)胞，但是并不是用Ca2+處理，而是用醋酸鋰處理）；④檢測并鑒定，篩選出成功轉(zhuǎn)化的酵母菌，進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)，分離并提純產(chǎn)物，獲得乙肝病毒抗原蛋白。2.讓轉(zhuǎn)基因哺乳動物批量生產(chǎn)藥物①實例

________________________②相關(guān)基因__________________________________________③過程乳腺（乳房）生物反應(yīng)器（牛、山羊）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)基因動物藥物早期胚胎培養(yǎng)胚胎移植早期胚胎2.讓轉(zhuǎn)基因哺乳動物批量生產(chǎn)藥物④應(yīng)用

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-抗胰蛋白酶等重要的醫(yī)藥產(chǎn)品思考：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)胞膀胱不局限于性別與生長期（乳腺生物反應(yīng)器必須是雌性，且泌乳期才會分泌）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產(chǎn)物容易提取不是，乳腺生物反應(yīng)器指的就是這個轉(zhuǎn)基因生物3.用轉(zhuǎn)基因動物作為器官移植的供體①實例

用豬的器官來解決人類器官移植的來源問題②為什么選擇豬作為器官供體？______________________________________________________________________________________③選擇豬器官移植給人最大的難題是什么？

_______a.豬的內(nèi)臟構(gòu)造、大小、血管分布與人極為相似b.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3.用轉(zhuǎn)基因動物作為器官移植的供體④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)因子抑制抗原決定基因的表達(dá)除去抗原決定基因克隆不會引起免疫排斥反應(yīng)轉(zhuǎn)基因克隆豬器官思考：假如某位心臟病病人換上經(jīng)過改造的豬心臟后，過上健康人的生活，在生活中，他會遭到歧視嗎？對此你怎么看？

生命和健康是人最寶貴的東西，如果一個病人換上了經(jīng)過改造的豬心臟重獲了健康，我們不僅不能歧視他，還應(yīng)該從他身上看到現(xiàn)代生物技術(shù)在維持人體健康、治療疾病等方面的應(yīng)用價值；三、基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用1.基因工程菌①概念

用_______的方法，使________得到________的菌類，一般稱為基因工程菌②步驟

③應(yīng)用

利用基因工程菌，除了可以生產(chǎn)藥物，還能生產(chǎn)食品工業(yè)用酶、氨基酸和維生素等基因工程外源基因高效表達(dá)基因工程構(gòu)建基因工程菌工業(yè)發(fā)酵批量生產(chǎn)2.實例（1）凝乳酶①應(yīng)用

奶酪生產(chǎn)中用來凝聚固化奶中的蛋白質(zhì)②相關(guān)基因

______________③具體操作

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)凝乳酶編碼牛凝乳酶的基因2.實例（2）淀粉酶、脂酶①具體操作

構(gòu)建基因工程菌，然后用發(fā)酵技術(shù)大量生產(chǎn)②基因工程獲得的工業(yè)用酶的優(yōu)點(diǎn)_____________________________純度更高、生產(chǎn)成本顯著降低、生產(chǎn)效率較高四、乳腺生物反應(yīng)器與基因工程菌生產(chǎn)藥物比較比較項目乳腺（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)胞顯微注射法感受態(tài)細(xì)胞法不需要嚴(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)雜基因工程的其他應(yīng)用

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