3.3基因工程的应用 课件-2025-2026学年高二下学期人教版生物选择性必修3

基因工程在医药卫生领域的应用 二/ 基因工程在农牧业方面的应用 一/ 基因工程在食品工业方面的应用 三/ 3.3基因工程的应用 转基因矮牵牛 一、基因工程在农牧业方面的运用 方法 转基因抗虫植物 转基因抗病植物 转基因抗除草剂植物 改良植物的品质 实例1. 实例2. 提高动物的生长速率 改善畜产品的品质 从某些生物中分离抗虫基因导入作物，使之具有抗虫性状 将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物，培育 将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物，培育 将某种必需氨基酸（）赖氨酸含量多的蛋白质编码 基因导入玉米 将与植物花青素代谢相关的基因导入牵牛花 （营养价值、观赏价值） 将外源生长激素基因导入动物体内，提高动物的生长速率。 超级小鼠 一、基因工程在农牧业方面的运用 方法 转基因抗虫植物 转基因抗病植物 转基因抗除草剂植物 改良植物的品质 实例1. 实例2. 提高动物的生长速率 改善畜产品的品质 从某些生物中分离抗虫基因导入作物，使之具有抗虫性状 将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物，培育 将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物，培育 将某种必需氨基酸（）赖氨酸含量多的蛋白质编码 基因导入玉米 将与植物花青素代谢相关的基因导入牵牛花 （营养价值、观赏价值） 将外源生长激素基因导入动物体内，提高动物的生长速率。 将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组,使乳汁中的乳糖含量降低 二、基因工程在医药卫生领域方面的运用 1 基因改造微生物或动植物的细胞生产药物 我国生产的重组人干扰素、血小板生成素、促红细胞生成素等基因工程药物均已投放市场。 细胞因子、抗体、疫苗和激素等 (1)常见药物类型： (2)应用： 预防治疗人类肿瘤、心血管疾病、传染病、糖尿病和类风湿关节炎等 (3)实例： 治疗多种贫血 特异性升高血小板 治疗病毒感染、肿瘤等 4 阅读P90资料卡：干扰素，思考回答问题： ①干扰素的化学本质是什么？ ②干扰素的作用机理是怎样的？ ③传统生产干扰素的方法是什么？有何缺点？ ④目前大量生产干扰素的方法是什么？ ⑤联系基因工程的四个步骤，阐明利用基因工程生产干扰素的过程？ 糖蛋白 干扰病毒复制 从人血液中的白细胞内提取，产量低，每300L血液只能提取1mg干扰素。 用基因工程方法从大肠杆菌及酵母菌细胞内获得 干扰素是人体或动物受到病毒侵染后产生的一种细胞因子，是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，在临床上被广泛用于治疗病毒感染性疾病、乳腺癌、淋巴癌、多发骨髓瘤和某些白血病等。 5 干扰素一般是分泌蛋白，生产干扰素时，常选择酵母菌作为受体，而不是大肠杆菌，分析原因？ 酵母菌（真核），可直接利用内质网和高尔基体对产生的干扰素进行加工和修饰，产生有活性的干扰素。 干扰素基因 质　　粒 重组质粒（基因表达载体） 构建 大肠杆菌或酵母菌 导入 可大量生产干扰素的大肠杆菌或酵母菌 培养 ⑤联系基因工程的四个步骤，阐明利用基因工程生产干扰素的过程？ 二、基因工程在医药卫生领域方面的运用 （原核生物） （真核生物） 大肠杆菌（原核），仅有核糖体一种细胞器，无法直接产生有活性的干扰素， 后续需要在体外加工处理成有活性的干扰素。 6 1.实例： 乳腺（房）生物反应器 2.乳腺生物反应器的培育过程： 2 让转基因哺乳动物批量生产药物 我分泌的奶不一般，是含人生长激素的奶 二、基因工程在医药卫生领域方面的运用 生长素基因 乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件 基因表达载体 受精卵 泌乳期分泌乳汁，再分离提纯 转基因动物 药物 早期胚胎培养 早期胚胎 显微注射 胚胎移植 组织特异性启动子 （最好在胚胎移植前 要做性别鉴定） 注意：启动子具有物种和组织的特异性 乳腺是一个外分泌器官，乳汁不进入体内循环，不会影响转基因动物本身的生理代谢反应。 7 1.乳腺生物反应器就是把药用蛋白基因导入动物的乳腺细胞中(　　) 2.在该转基因山羊中，生长素基因只存在于乳腺细胞，而不存在于其他体细胞中(　　) × × 拓展：由于真核生物基因结构复杂，在获取人生长激素基因时，要先从人的垂体细胞中获得mRNA，再通过逆转录过程获得cDNA片段，再通过PCR技术实现人生长激素基因的扩增。 二、基因工程在医药卫生领域方面的运用 生长素基因 乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件 基因表达载体 受精卵 泌乳期分泌乳汁，再分离提纯 转基因动物 药物 早期胚胎培养 早期胚胎 显微注射 胚胎移植 组织特异性启动子 （最好在胚胎移植前 要做性别鉴定） 思考：与工厂化生产药用蛋白相比，用动物乳腺生物反应器生产药用蛋白 的优势有哪些？ (1)动物乳腺有完整的蛋白质翻译后修饰系统，生产的蛋白质活性高，更稳定。 (2)产物直接经乳汁分泌，易提取。 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。 2 让转基因哺乳动物批量生产药物 二、基因工程在医药卫生领域方面的运用 从生产的角度考虑，生物反应器选择的组织或器官要方便产物的获得，例如，乳腺、膀胱、血液等，由此发展了动物乳腺生物反应器、动物血液生物反应器和动物膀胱生物反应器等。 药用蛋白基因 膀胱上皮细胞中特异表达的基因的启动子等调控元件 基因表达载体 受精卵 转基因动物 药物 早期胚胎培养 早期胚胎 显微注射 胚胎移植 培育过程 收集尿液，再分离提纯 膀胱生物反应器相比乳腺生物反应器的优点是什么？ ①从尿中提取蛋白质比在乳汁中提取简便、高效。 ②不受性别、年龄的限制 10 人体移植器官短缺和免疫排斥是世界性难题 转基因动物作为器官供体 ①猪的内脏构造、大小、血管分布与人相似； ②猪体内隐藏的致病基因远远少于灵长类动物。 (4)最大的难题： (3)猪的优点： (1)问题： (2)解决： 存在免疫排斥反应。 3 用转基因动物作为器官移植的供体 二、基因工程在医药卫生领域方面的运用 11 在器官供体的基因组中导入 ， 以抑制 的表达，或设法除去 ， 再结合 ，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。 免疫排斥的原因： 在人体所有细胞膜的表面，都有作为身份标签的一组蛋白质(主要组织相容性复合体MHC)，能被自身的免疫细胞识别。当其他细胞入侵人体后，其表面的MHC与本人不同，能被免疫细胞识别出来，引起免疫排斥。 某种调节因子 抗原决定基因 抗原决定基因 克隆技术 (5)利用基因工程技术改造猪的器官的方法： 二、基因工程在医药卫生领域方面的运用 3 用转基因动物作为器官移植的供体 器官移植面临的一大难题就是 12 2022年1月7日，马里兰大学医学院进行了世界首例活人成功植入基因编辑猪心脏的手术，57岁的心脏病患者大卫·贝内特（David Bennett）接受了一颗经过基因编辑的猪心脏以挽救生命。 二、基因工程在医药卫生领域方面的运用 3 用转基因动物作为器官移植的供体 三、基因工程在食品工业方面的运用 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。 如：大肠杆菌 三、基因工程在食品工业方面的运用 实例1：利用工程菌生产氨基酸 阿斯巴甜是一种普遍使用的甜味剂，主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，这两种氨基酸就可以通过基因工程实现大规模生产。 ①纯度更高 ②生产成本显著降低 ③生产效率提高 15 奶酪 凝乳酶 奶中的蛋白质 （凝聚固化） 将 导入大肠杆菌、黑曲霉或酵母菌的基因组中，再通过 批量生产凝乳酶。 ②基因工程制备方法： ①传统制备方法： 杀死未断奶的小牛，将其第四胃的黏膜取出来提取。 实例2：利用工程菌生产凝乳酶 编码牛凝乳酶的基因 工业发酵 三、基因工程在食品工业方面的运用 大多数奶酪的生产需要使用凝乳酶来凝聚固化奶中的蛋白质。 16 实例3：生产淀粉酶、脂酶 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。 ③优点： 三、基因工程在食品工业方面的运用 加工转化糖浆需要的淀粉酶，加工烘烤食品用到的脂酶等也都可以通过构建基因工程菌，然后用发酵技术大量生产。 1. 改善面团特性，增强面筋网络 增强面筋强度：脂酶能够分解面团中的脂质成分（如甘油三酯），生成甘油和游离脂肪酸。这些产物与面筋蛋白相互作用，促进面筋网络的形成和强化，提高面团的弹性和延展性。 优化面团流变学特性：脂酶的作用可以降低面团的粘性，增加其柔软度和可操作性，使面团更易于成型和加工，从而改善烘焙食品的最终质地。 2. 增大产品体积，改善内部结构 提升膨胀性：脂酶通过增强面筋网络，使面团在发酵过程中能够更好地保留二氧化碳气体，从而在烘焙时形成更大的体积和更松软的内部结构。 改善面包芯质地：脂酶能够使面包芯更加细腻、柔软，减少孔洞不均匀的现象，提升产品的感官品质。 17 基因工程在其他方面的运用 1 治理环境污染 　 科学家们培育出可以降解多种污染物的“超级细菌”来处理环境污染 例如：将能分解三种烃类的假单孢杆菌的基因都转移到能分解另一种烃类的假单孢杆菌内，创造出了能同时分解四种烃类的“超级细菌”。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质。 18 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。 1t水中只有10个病毒也能被DNA探针检测出来 2 环境监测 通过基因工程手段（如基因文库）获取目标生物的特异性核酸片段，经克隆、扩增后制备成单链DNA探针，并标记放射性同位素、荧光基团等示踪剂。 基因工程在其他方面的运用 探针 目的基因 19 基因工程在农牧业方面的应用 1.转基因抗虫植物 2.转基因抗病植物 3.转基因抗除草剂植物 4.改良植物的品质 5.提高动物的生长速率 6.改善畜产品的品质 基因工程在医药卫生领域的应用 基因工程在食品工业方面的应用 1.对微生物或动植物的细胞进行基因改造，使它们能 够生产药物。 2.利用基因工程技术，可以让哺乳动物批量生产药物， 如乳腺生物反应器。 3.用转基因动物作器官移植的供体等。 构建基因工程菌生产食品工业用酶、氨基酸、维生素 基 因 工 程 的 应 用 小结 20 3．表中列出了几种限制酶的识别序列和切割位点，下列叙述正确的是D 限制酶 识别序列和切割位点 BamHⅠ 5′－G↓GATCC－3′ Sau3AⅠ 5′－↓GATC－3′ Acc65Ⅰ 5′－G↓GTACC－3′ Bgl Ⅱ 5′－A↓GATCT－3′ KpnⅠ 5′－GGTAC↓C－3′ A.表中的5种限制酶切割形成的末端中，既有黏性末端又有平末端 5′－G↓GATCC－3′ 3′－C CTAG G－5′ ↓ 5′－G 3′－CCTAG GATCC－3′ G－5′ 5′－↓GATC－3′ 3′－ CTAG －3′ ↓ 5′－ 3′－CTAG GATC－3′ －5′ 3．表中列出了几种限制酶的识别序列和切割位点，下列叙述正确的是D 限制酶 识别序列和切割位点 BamHⅠ 5′－G↓GATCC－3′ Sau3AⅠ 5′－↓GATC－3′ Acc65Ⅰ 5′－G↓GTACC－3′ Bgl Ⅱ 5′－A↓GATCT－3′ KpnⅠ 5′－GGTAC↓C－3′ B.BamHⅠ和Sau3AⅠ切割形成的末端相互连接后，不能再被Sau3AⅠ切割 5′－G↓GATCC－3′ 3′－C CTAG G－5′ ↓ 5′－G 3′－CCTAG GATCC－3′ G－5′ 5′－↓GATC－3′ 3′－ CTAG －3′ ↓ 5′－ 3′－CTAG GATC－3′ －5′ 5′－G 3′－CCTAG GATC－3′ －5′ 3．表中列出了几种限制酶的识别序列和切割位点，下列叙述正确的是D 限制酶 识别序列和切割位点 BamHⅠ 5′－G↓GATCC－3′ Sau3AⅠ 5′－↓GATC－3′ Acc65Ⅰ 5′－G↓GTACC－3′ Bgl Ⅱ 5′－A↓GATCT－3′ KpnⅠ 5′－GGTAC↓C－3′ C.Acc65Ⅰ和KpnⅠ切割形成的末端相互连接后，可以重新被Acc65Ⅰ或KpnⅠ切割 5′－G GTAC C－3′ 3′－C CATG G－5′ ↓ 5′－G 3′－CCATG GATAC－3′ G－5′ 5′－GGTAC C－3′ 3′－C CATGG －3′ ↓ 5′－GGTAC 3′－C C－3′ CATGG－5′ ↓ ↓ 5′－G 3′－CCATG C－3′ CATGG－5′ D.分别用Sau3AⅠ和Bgl Ⅱ切割随机序列DNA，前者得到的片段长度可能明显短于后者 $