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1、选修三专题一第3节基因工程的应用 一、教学目标1 .举例说出基因工程应用及取得的丰硕成果。2 .关注基因工程的进展。3 .认同基因工程的应用促进生产力的提高。二、教学重点和难点1 .教学重点基因工程在农业和医疗等方面的应用。2 .教学难点基因治疗。三、教学过程1、转基因生物与目的基因的关系讨论:转基因生物目的基因目的基因从何来抗虫棉Bt毒蛋白基因苏云金芽抱杆菌抗真菌立枯丝核菌的烟草儿丁质酶基因和抗毒素合成基因抗盐碱和干旱作物调节细胞渗透压的基因耐寒的番茄抗冻蛋白基因鱼抗除草剂大豆抗除草剂基因增强甜味的水果降低乳糖的奶牛甜味基因肠乳糖酶基因生产胰岛素的工程菌人胰岛素基因人1、用动物乳腺作为反应器
2、，生产高价值的蛋白质（如教材中列举的血清白蛋白、抗凝血酶等）比工厂化生产的优越之处有哪些？（乳腺生物反应器的优点：产量高；质量好：成本低：易提取。）简介：动物乳腺生物反应器1987年美国科学家戈登（Gordon）等人首次在小鼠的奶中生产出一种医用蛋白一tPA（组织型纤溶酶原激活物），展示了用动物乳腺生产高附加值产品的可能性。利用动物乳腺生产高价值产品的方式称为动物乳腺反应器。为什么要用动物乳腺作为反应器生产高价值的蛋白质产品呢？这是因为动物乳房是一 种高度分化的专门化腺体，合成蛋白质的能力非常强，尤其是一些经过长期的遗传改良，专 门产奶的乳用动物品种，蛋白质合成能力更是惊人。一头优质奶牛，一年
3、可产奶10 000 kg。即便是一-只奶山羊，i年也可产奶2 000 kgo动物乳腺生物反应器归纳起来有四大优点：产量高，且易收获目标产品，可以随乳 汁分泌而排出动物体外；目标产品的质量好。动物乳腺组织不仅具有按遗传信息流向合成 蛋白质的能力，而且具备一整套对蛋白进行修饰和加工的能力，如糖基化、段化、磷酸化以 及分子组装等，而微生物和植物系统都不具备这种全面的蛋白质后加工能力;产品成本低; 从奶牛中提取产品，操作比较简单。正因为利用动物乳腺生物反应器生产高附加值的产品有上述优点，目前利用动物乳腺 生物反应器生产医用蛋白质已成为一种风险投资产业，受到科学家、商界和医药界的高度重 视。目前瞄准的目
4、标医药产品有：血液蛋白质，如表1-2所示，这些血液蛋白质有巨大的 经济效益，其中利用奶牛生产的凝血酶IH己通过第三期临床实验，即将投放市场。第二代 医用蛋白质，主要有抗体、降钙素、人的生长激素、胰岛素等药物蛋白，乳白蛋白、乳铁蛋 白等营养蛋白，疫苗，组织修复物等。生产“人源化牛奶”，即用成人的乳蛋白基因替代 牛的乳蛋白基因，使牛奶变成像人奶的一种基因工程奶。动物乳腺生物反应器的做法与转基因动物的操作是相同的，只是为了将目标产品在乳 汁中形成，需要使用乳腺组织中特异表达的启动子，即在目标产品蛋白质编码框的前面加 上乳腺组织中特异表达的启动子等，构建成表达载体后通过注射导入受精卵中，再将其送 入母
5、体动物内，发育成动物个体，这个转基因动物就会在奶中产生所需要的目标产品。2、用基因工程技术实现动物乳腺生物反应器的操作过程是怎样的？用基因工程技术实现动物乳腺牛 .物反应器的操作过程与转基因动物操作过程相同。不同之处：为了将目标产品在奶中形成，需要使用乳腺组织中特异表达的启动子，要 在编码目的蛋白质的基因序列前加上乳腺组织中特异表达的启动子构建成表达载体。操作过程大致归纳为：获取目的基因（例如血清白蛋白基因）一构建基因表达我体（在 血清白蛋白基因前加特异表达的启动子）一显微注射导入哺乳动物受精卵中一形成胚胎一将 胚胎送入母体动物一发育成转基因动物（只有在产下的雌性个体中，转入的基因才能表达）。
6、 3、什么叫工程菌？关于工程菌的学习，也可结合基因工程操作程序，予以说明，并结合微生物生长和代谢的特点，说明工程菌生产药物的优越性。补充：利用微生物生产药物的优越性何在？所谓利用微生物生产蛋白质类药物，是指将人们需要的某种蛋白质的编码基因，构建 成表达载体后导入微生物，然后利用微生物发酵来生产蛋白质类药物。与传统的制药相比有 以下优越性：(1)利用活细胞作为表达系统，表达效率高，无需大型装置和大面枳厂房就可以生产 出大量药品。(2)可以解决传统制药中原料来源的不足.例如，胰岛素是治疗糖尿病患者的药物， 一名糖尿病患者每年需用的胰岛素需要从40头牛或50头猪的胰脏中才能提取到。1978年 科学家
7、用2 000 L大肠杆菌发酵液得到100 g胰岛素，相当于从1 000 kg猪胰脏中提取的 量。又如，生长素是治疗侏儒症患者的药物，治疗一名侏儒症患者每年需要从80具尸体的 脑下垂体中提取生长素。利用基因工程菌发酵生产就不需要从动物或人体上获取原料。(3)降低生产成本，减少生产人员和管理人员。4、什么是基因治疗？关于基因治疗，可结合课文中的具体实例，归纳出大致治疗过程。至于是否采用讨论 方式，可根据课堂时间而定。如果时间紧，也可采用教师引导学习的方法。四、答案和提示思考与探究根据所学内容，试概括写出基因工程解决了哪些生活、生产中难以解决的问题。提示：基因工程可以生产人类需要的药物，如胰岛素、干
8、扰素等。我们吃的某些食品 如番茄、大豆等也可以是基因工程产品。农业生产中的抗虫棉、抗病毒烟草、抗除草剂大豆 等都已进入商品化生产，上述产品有些是常规方法难以生产的或者生产成本过高。五、知识拓展1 .利用微生物生产药物的优越性何在？所谓利用微生物生产蛋白质类药物，是指将人们需要的某种蛋白质的编码基因，构建 成表达载体后导入微生物，然后利用微生物发酵来生产蛋白质类药物。.与传统的制药相比有 以下优越性：(1)利用活细胞作为表达系统，表达效率高，无需大型装置和大面积厂房就可以生产 出大量药品。(2)可以解决传统制药中原料来源的不足。例如，胰岛素是治疗糖尿病患者的药物，一名糖尿病患者每年需用的胰岛素需
9、要从40头牛或50头猪的胰脏中才能提取到。1978年科 学家用2 000 L大肠杆菌发酵液得到100 g胰岛素，相当于从1 000 kg猪胰脏中提取的量。 又如，生长素是治疗侏儒症患者的药物，治疗一名侏儒症患者每年需要从80具尸体的脑下 垂体中提取生长素。利用基因工程菌发酵生产就不需要从动物或人体上获取原料。（3）降低生产成本，减少生产人员和管理人员。2 .在抗病毒转基因植物中，为什么使用病毒外壳蛋白基因可以抗病毒侵染？关于病毒外壳蛋白（coat protein, CP）基因导入植物后的抗病毒机理，目前有几种 假说。一种假说认为：CP基因在植物细胞内表达积累后，当入侵的病毒裸露核酸进入植物 细
10、胞后，会立即被这些外壳蛋白重新包裹，从而阻止病毒核酸分子的复制和翻译。另一种假 说认为：植物细胞内积累的病毒外壳蛋白会抑制病毒脱除外壳，使病毒核酸分子不能释放出 来。然而最近的研究表明，如果将病毒的外壳蛋白的AUG起始密码缺失，使之不能被翻译， 或者将外壳蛋白基因变成反义RNA基因，整合到植物细胞染色体上，转基因植物则有很好的 抗性。因此，有人认为抗性机理不是外壳蛋白在起作用，而是CP基因转录出RNA后，与入 侵病毒RNA之间的相互作用起到了抗性作用。利用CP介导的抗病毒性还存在一些问题：转基因植物对病毒的抗性有局限性，仅限 于特定的病毒（被使用CP基因的病毒）或密切相关的病毒；转基因植物大多数只是发病 延缓，般为两周，并非根治；潜在着植物表达的外壳蛋白包被与另种病毒形成新的杂 合病毒的危险。