3.1 基因工程赋予生物新的遗传特性（教学课件）生物沪科版选择性必修3

第一节 基因工程赋予 生物新的遗传特性 第3章 基因工程 选择性必修3 学 习 目 标 1.根据自然条件下不同物种间 难以交换遗传信息的事实，能 准确阐述重组 DNA 技术的科 学意义，巩固进化与适应观。 2、基于基因工程的基本概念，能列举遗传学、微生物学等生物学理论所起的基础作用。 3、结合在人类生活和社会实践中的广泛用途，能举例说明基因工程为人类生活品质带来的重大变革，确立利用科学技术造福于人类的价值观和社会责任感。 基因工程应用： 据世界卫生组织统计，全球糖尿病患者在 2017 年就已达 4.25亿。其中相当一部分患者必须每天依靠注射胰岛素缓解病情，因此全球胰岛素需求量巨大。那么，怎样才能为广大糖尿病患者提供足够量的人源性胰岛素呢？ 1923 年，班廷与制药公司合作，以屠宰场的动物胰脏为原料，成功制得了可供糖尿病患者使用的高纯度牛胰岛素。 半个世纪后，重组 DNA 技术的问世这一先进技术有望实现人胰岛素的大规模生产。 1982 年，第一例基因工程产品——重组人胰岛素正式上市。 1998 年，我国重组人胰岛素的研制成功大大推动了国内基因工程的产业化进程。 材料阅读：重组人胰岛素的研制历程 思考与讨论： 基因是控制生物性状的遗传单位，而大肠杆菌和酵母能工业化生产特定功能的蛋白质。如果将人的胰岛素基因导入大肠杆菌或酵母细胞，改变其原有的遗传信息，便能实现人胰岛素的大规模生产。试通过查阅文献资料并结合学过的知识，归纳总结能改变生物遗传信息的方法或技术，与同学交流。 1．基因工程的诞生是多学科综合发展的成果 定义：将一种或多种生物（供体）的基因与运载工具在体外进行拼接重组，然后转入另一种生物体（受体）内，使之按照人们的意愿遗传并表达出新产物或新性状。 由于重组拼接的基因和运载工具都是 DNA 分子，因此，基因工程也称为重组 DNA 技术。 基因工程的意义 ①打破生殖隔离，定向地改造生物的遗传性状，获得人类所需要的品种或产物。 ②是现代生物工程的核心技术。 基因工程的理论基础 （1）揭示 DNA 是遗传物质： 1944年，著名的肺炎双球菌转化实验不仅揭示了生物体的遗传物质是 DNA，同时还显示 DNA 可以从一种生物个体转移到另一种生物个体。 这项遗传学研究是基因工程中基因转移操作的先驱性工作。 基因工程的理论基础 （2）确立 DNA 双螺旋结构和中心法则： 1953 年，DNA双螺旋模型的建立促进了 DNA 半保留复制的实验证明。随后不久确立的中心法则解开了 DNA 复制、转录和 mRNA 翻译过程之谜，阐明了遗传信息流动的方向。这些分子生物学原理为基因工程中提升目的基因的复制和表达水平奠定了基础。 基因工程的理论基础 （3）破译遗传密码： 1963～1966 年期间，遗传密码的破译不仅使人们认识到自然界所有生物共用一套遗传密码，而且为基因的鉴别和合成等提供了理论依据。 基因工程的技术支撑 （1）发现运载工具： 1953 年，发现细菌细胞内除了拟核 DNA 外，还存在一类具有独立复制能力的小型DNA（称为质粒），它们可在细菌细胞之间转移，这一发现为基因转移找到了一种运载工具。 基因工程的技术支撑 （2）开发工具酶： 1970 年，在细菌中鉴定了第一种能切割DNA 的酶；随后，又相继分离纯化了多种能连接 DNA 和具有其他功能的酶。 这些生物化学发现为 DNA 的切割、连接以及基因的获取奠定了技术基础。 限制性内切核酸酶 基因工程的技术支撑 （3）实现 DNA 体外重组： 1972 年，首次在体外尝试 DNA的切割和拼接操作，并成功地构建了第一个体外重组 DNA 分子。 基因工程的诞生 1973 年，美国科学家考恩和博耶等人在体外构建出含有四环素和青霉素两个抗性基因的重组 DNA 分子，将之导入大肠杆菌后，这种重组 DNA 分子能稳定复制，并使大肠杆菌表达出相应的抗生素抗性，由此宣告了基因工程的诞生。 考恩在评价其实验结果时指出，基因工程技术完全有可能使大肠杆菌具备其他生物物种的特殊生物功能，如光合作用和抗生素合成等。 微型生物反应器 微生物以其无性繁殖、生长迅速以及易于基因操作等优势为基因工程的问世作出了重大贡献。每个经基因工程改造过的细胞就如同性能优良的微型生物反应器，可用来高效生产人们感兴趣的目标产物。 然而，如何控制这些微型生物反应器的数量以及单个微型生物反应器的生产性能，还需要运用生化工程学的理论和技术。 2．基因工程改善着人类的生活品质 基因工程自 20 世纪 70 年代诞生后，经历了飞速发展，已成为生命科学和生物工程的核心技术。基