3.3，3.4 基因工程的应用及蛋白质工程-【帮课堂】2021-2022学年高二生物同步精品讲义（人教版2019选择性必修3）

3.3 基因工程的应用 教学目标 课程标准 目标解读 基因工程是一种重组DNA技术。 1. 举例说明基因工程在农牧、食品及医药等行业的广泛应用改善了人类的生活品质。 1. 举例说出基因工程在农牧业、医药卫生和食品工业等方面的应用。 2. 认同基因工程的应用价值。 3. 关注基因工程的进展。 教学重点 1. 基因工程在农牧业、医药卫生和食品工业等方面的应用。 教学难点 乳腺生物反应器。 知识点01 基因工程在农业方面的应用 1.培育抗逆性品种 将某些生物的抗虫基因、某些病毒、真菌的抗病基因、降解或抵抗某种除草剂的基因、抗盐碱、抗干旱、抗高温等抗性基因转移到作物体内，将从根本上改变作物的特性。如转基因抗虫棉。 抗虫基因作物的意义：减少农药的用量，降低了生产的成本，减少了农药对环境的污染。 2.改良植物的品质 利用转基因技术改良植物的营养价值、观赏价值等。 知识点02 基因工程在畜牧业上的应用 1.提高动物的生长速率 2.改善畜产品的品质 知识点03 基因工程在医药卫生领域的应用 1.对微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物 2.让转基因哺乳动物批量生产药物 实例：乳腺生物反应器或乳房生物反应器 培育过程： 应用：目前已经在牛、山羊等动物的乳腺生物反应器中，获得了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和α-抗胰蛋白酶等重要医药产品。 3.用转基因动物作为器官移植的供体 人体器官移植的难题：人体移植器官短缺是世界性难题 解决途径：寻求可替代的移植器官，如用猪的器官来解决人类器官移植的来源问题。 猪的优点： a.猪的内脏构造、大小、血管分布与人极为相似 b.猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒远远少于灵长类动物 最大难题：免疫排斥 改造方法： a.在器官供体的基因组中导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达； b.设法除去抗原决定基因，然后再结合克隆技术，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。 知识点04 基因工程在食品工业方面的应用 1.基因工程菌 概念：用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类。 应用：利用基因工程菌，除了可以生产药物，还能生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等。 2.实例 ①阿斯巴甜：一种普遍使用的甜味剂，主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，这两种氨基酸可通过基因工程实现大规模生产。 ②凝乳酶： 应用：奶酪生产中用来凝聚固化奶中的蛋白质。 传统方法：杀死未断奶的小牛，取出第四胃的黏膜进行提取。 现代制备方法：将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉或酵母菌的基因组中，再通过工业发酵批量生产凝乳酶。 ③淀粉酶、脂酶 应用：加工转化糖浆需要淀粉酶 加工烘烤食品、制造生物能源要用到脂酶 制备方法：构建基因工程菌，然后用发酵技术大量生产。 优点：和天然产物中提取的酶相比，基因工程获得的工业用酶的纯度更高，生产成本显著降低，生产效率较高。 知识点05 其他方面的应用 培育出具有优良性状的动植物品种，获得过去难以得到的生物制品。 培育可以降解多种污染物的“超级细菌”来处理环境污染。 利用经过基因改造的微生物来生产能源。 基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。 利用基因工程培育的“指示生物”能十分灵敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污染而大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物。 考点01 乳腺生物反应器 传统转基因产品主要是由原核或低等真核生物制备的，但生产的多数蛋白要么没有生物活性且不稳定，要么重组产物具有免疫原性且缺少生物活性。 利用动物乳腺生物反应器可以克服上述方法的不足。它是利用转基因技术，把外源基因导入动物基因组中并定位表达于动物乳腺，利用动物乳腺天然、高效合成并分泌蛋白的能力，在动物乳汁中生产一些具有重要价值产品的转基因动物的总称。制备乳腺生物反应器的关键是保证目的蛋白特异性在乳腺中的高效表达。从小分子肽到大分子复杂蛋白质，从生物活性酶到抗体、病毒抗原蛋白均可通过乳腺生物反应器生产。 乳腺用于生物反应器有着独特的优势，如：乳汁中含有种类相对较少的蛋白成分，得到目的蛋白后易纯化、成本低、产量高等。 然而，乳腺生物反应器的研制与其它转基因动物的获得面临相似的问题： （1） 转基因动物的成功率低。 （2） 目的蛋白的表达水平低。 （3） 目的基因的改造、体细胞克隆等技术环节还不够成熟。 （4） 存在“位置效应”与“剂量效应”。 （5） 相关机理和机制不清楚。 （6）产品的安全性不确定。 【典例1】蜘蛛丝(丝蛋白)被称为“生物钢”，有着超强的抗张强度，可制成防弹背心、降落伞绳等。蜘蛛丝还可被制成人造韧带和人造肌腱。科学家研究出集中生产蜘蛛丝的方法——培育转基因蜘蛛羊作为乳腺生物反应器。下列有关乳腺生物反应器的说法，错误的是( ) A. 将蜘蛛丝蛋白