生物選修3人教新課標(biāo)1.3《基因工程的應(yīng)用》教案（山東臨清四校）

1、學(xué)校：臨清一中 學(xué)科：生物 編寫人：孫書明 審稿人：呂瑞 選修三 專題一 第3節(jié) 基因工程的應(yīng)用一、 教學(xué)目標(biāo)1.舉例說出基因工程應(yīng)用及取得的豐碩成果。2.關(guān)注基因工程的進(jìn)展。3.認(rèn)同基因工程的應(yīng)用促進(jìn)生產(chǎn)力的提高。二、教學(xué)重點和難點基因工程在農(nóng)業(yè)和醫(yī)療等方面的應(yīng)用?；蛑委?。三、教學(xué)過程1、轉(zhuǎn)基因生物與目的基因的關(guān)系轉(zhuǎn)基因生物目的基因目的基因從何來抗蟲棉Bt毒蛋白基因蘇云金芽孢桿菌抗真菌立枯絲核菌的煙草幾丁質(zhì)酶基因和抗毒素合成基因抗鹽堿和干旱作物調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓的基因耐寒的番茄抗凍蛋白基因魚抗除草劑大豆抗除草劑基因增強甜味的水果降低乳糖的奶牛甜味基因腸乳糖酶基因生產(chǎn)胰島素的工程菌人胰島素基因人

2、討論：1、用動物乳腺作為反應(yīng)器，生產(chǎn)高價值的蛋白質(zhì)（如教材中列舉的血清白蛋白、抗凝血酶等）比工廠化生產(chǎn)的優(yōu)越之處有哪些？ （乳腺生物反應(yīng)器的優(yōu)點：產(chǎn)量高；質(zhì)量好；成本低；易提取。）簡介：動物乳腺生物反應(yīng)器1987年美國科學(xué)家戈登（Gordon）等人首次在小鼠的奶中生產(chǎn)出一種醫(yī)用蛋白tPA（組織型纖溶酶原激活物），展示了用動物乳腺生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品的可能性。利用動物乳腺生產(chǎn)高價值產(chǎn)品的方式稱為動物乳腺反應(yīng)器。為什么要用動物乳腺作為反應(yīng)器生產(chǎn)高價值的蛋白質(zhì)產(chǎn)品呢？這是因為動物乳房是一種高度分化的專門化腺體，合成蛋白質(zhì)的能力非常強，尤其是一些經(jīng)過長期的遺傳改良，專門產(chǎn)奶的乳用動物品種，蛋白質(zhì)合成能力更

3、是驚人。一頭優(yōu)質(zhì)奶牛，一年可產(chǎn)奶10 000 kg。即便是一只奶山羊，一年也可產(chǎn)奶2 000 kg。動物乳腺生物反應(yīng)器歸納起來有四大優(yōu)點：產(chǎn)量高，且易收獲目標(biāo)產(chǎn)品，可以隨乳汁分泌而排出動物體外；目標(biāo)產(chǎn)品的質(zhì)量好。動物乳腺組織不僅具有按遺傳信息流向合成蛋白質(zhì)的能力，而且具備一整套對蛋白進(jìn)行修飾和加工的能力，如糖基化、羧化、磷酸化以及分子組裝等，而微生物和植物系統(tǒng)都不具備這種全面的蛋白質(zhì)后加工能力；產(chǎn)品成本低；從奶牛中提取產(chǎn)品，操作比較簡單。正因為利用動物乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)高附加值的產(chǎn)品有上述優(yōu)點，目前利用動物乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)醫(yī)用蛋白質(zhì)已成為一種風(fēng)險投資產(chǎn)業(yè)，受到科學(xué)家、商界和醫(yī)藥界的高度重視。

4、目前瞄準(zhǔn)的目標(biāo)醫(yī)藥產(chǎn)品有：血液蛋白質(zhì)，如表1-2所示，這些血液蛋白質(zhì)有巨大的經(jīng)濟(jì)效益，其中利用奶牛生產(chǎn)的凝血酶已通過第三期臨床實驗，即將投放市場。第二代醫(yī)用蛋白質(zhì)，主要有抗體、降鈣素、人的生長激素、胰島素等藥物蛋白，乳白蛋白、乳鐵蛋白等營養(yǎng)蛋白，疫苗，組織修復(fù)物等。生產(chǎn)“人源化牛奶”，即用成人的乳蛋白基因替代牛的乳蛋白基因，使牛奶變成像人奶的一種基因工程奶。動物乳腺生物反應(yīng)器的做法與轉(zhuǎn)基因動物的操作是相同的，只是為了將目標(biāo)產(chǎn)品在乳汁中形成，需要使用乳腺組織中特異表達(dá)的啟動子，即在目標(biāo)產(chǎn)品蛋白質(zhì)編碼框的前面加上乳腺組織中特異表達(dá)的啟動子等，構(gòu)建成表達(dá)載體后通過注射導(dǎo)入受精卵中，再將其送入母體動物

5、內(nèi)，發(fā)育成動物個體，這個轉(zhuǎn)基因動物就會在奶中產(chǎn)生所需要的目標(biāo)產(chǎn)品。2、用基因工程技術(shù)實現(xiàn)動物乳腺生物反應(yīng)器的操作過程是怎樣的？用基因工程技術(shù)實現(xiàn)動物乳腺生物反應(yīng)器的操作過程與轉(zhuǎn)基因動物操作過程相同。不同之處：為了將目標(biāo)產(chǎn)品在奶中形成，需要使用乳腺組織中特異表達(dá)的啟動子，要在編碼目的蛋白質(zhì)的基因序列前加上乳腺組織中特異表達(dá)的啟動子構(gòu)建成表達(dá)載體。操作過程大致歸納為：獲取目的基因（例如血清白蛋白基因）構(gòu)建基因表達(dá)載體（在血清白蛋白基因前加特異表達(dá)的啟動子）顯微注射導(dǎo)入哺乳動物受精卵中形成胚胎將胚胎送入母體動物發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動物（只有在產(chǎn)下的雌性個體中，轉(zhuǎn)入的基因才能表達(dá)）。3、什么叫工程菌？關(guān)于工程

6、菌的學(xué)習(xí)，也可結(jié)合基因工程操作程序，予以說明，并結(jié)合微生物生長和代謝的特點，說明工程菌生產(chǎn)藥物的優(yōu)越性。補充：利用微生物生產(chǎn)藥物的優(yōu)越性何在?所謂利用微生物生產(chǎn)蛋白質(zhì)類藥物，是指將人們需要的某種蛋白質(zhì)的編碼基因，構(gòu)建成表達(dá)載體后導(dǎo)入微生物，然后利用微生物發(fā)酵來生產(chǎn)蛋白質(zhì)類藥物。與傳統(tǒng)的制藥相比有以下優(yōu)越性：（1）利用活細(xì)胞作為表達(dá)系統(tǒng)，表達(dá)效率高，無需大型裝置和大面積廠房就可以生產(chǎn)出大量藥品。（2）可以解決傳統(tǒng)制藥中原料來源的不足。例如，胰島素是治療糖尿病患者的藥物，一名糖尿病患者每年需用的胰島素需要從40頭?；?0頭豬的胰臟中才能提取到。1978年科學(xué)家用2 000 L大腸桿菌發(fā)酵液得到10

7、0 g胰島素，相當(dāng)于從1 000 kg豬胰臟中提取的量。又如，生長素是治療侏儒癥患者的藥物，治療一名侏儒癥患者每年需要從80具尸體的腦下垂體中提取生長素。利用基因工程菌發(fā)酵生產(chǎn)就不需要從動物或人體上獲取原料。（3）降低生產(chǎn)成本，減少生產(chǎn)人員和管理人員。4、什么是基因治療？關(guān)于基因治療，可結(jié)合課文中的具體實例，歸納出大致治療過程。至于是否采用討論方式，可根據(jù)課堂時間而定。如果時間緊，也可采用教師引導(dǎo)學(xué)習(xí)的方法。四、 答案和提示思考與探究根據(jù)所學(xué)內(nèi)容，試概括寫出基因工程解決了哪些生活、生產(chǎn)中難以解決的問題。提示：基因工程可以生產(chǎn)人類需要的藥物，如胰島素、干擾素等。我們吃的某些食品如番茄、大豆等也可

8、以是基因工程產(chǎn)品。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的抗蟲棉、抗病毒煙草、抗除草劑大豆等都已進(jìn)入商品化生產(chǎn)，上述產(chǎn)品有些是常規(guī)方法難以生產(chǎn)的或者生產(chǎn)成本過高。五、 知識拓展1.利用微生物生產(chǎn)藥物的優(yōu)越性何在?所謂利用微生物生產(chǎn)蛋白質(zhì)類藥物，是指將人們需要的某種蛋白質(zhì)的編碼基因，構(gòu)建成表達(dá)載體后導(dǎo)入微生物，然后利用微生物發(fā)酵來生產(chǎn)蛋白質(zhì)類藥物。與傳統(tǒng)的制藥相比有以下優(yōu)越性：（1）利用活細(xì)胞作為表達(dá)系統(tǒng)，表達(dá)效率高，無需大型裝置和大面積廠房就可以生產(chǎn)出大量藥品。（2）可以解決傳統(tǒng)制藥中原料來源的不足。例如，胰島素是治療糖尿病患者的藥物，一名糖尿病患者每年需用的胰島素需要從40頭?；?0頭豬的胰臟中才能提取到。1978年科

9、學(xué)家用2 000 L大腸桿菌發(fā)酵液得到100 g胰島素，相當(dāng)于從1 000 kg豬胰臟中提取的量。又如，生長素是治療侏儒癥患者的藥物，治療一名侏儒癥患者每年需要從80具尸體的腦下垂體中提取生長素。利用基因工程菌發(fā)酵生產(chǎn)就不需要從動物或人體上獲取原料。（3）降低生產(chǎn)成本，減少生產(chǎn)人員和管理人員。2.在抗病毒轉(zhuǎn)基因植物中，為什么使用病毒外殼蛋白基因可以抗病毒侵染？關(guān)于病毒外殼蛋白（coat protein，CP）基因?qū)胫参锖蟮目共《緳C理，目前有幾種假說。一種假說認(rèn)為：CP基因在植物細(xì)胞內(nèi)表達(dá)積累后，當(dāng)入侵的病毒裸露核酸進(jìn)入植物細(xì)胞后，會立即被這些外殼蛋白重新包裹，從而阻止病毒核酸分子的復(fù)制和翻譯。另一種假說認(rèn)為：植物細(xì)胞內(nèi)積累的病毒外殼蛋白會抑制病毒脫除外殼，使病毒核酸分子不能釋放出來。然而最近的研究表明，如果將病毒的外殼蛋白的AUG起始密碼缺失，使之不能被翻譯，或者將外殼蛋白基因變成反義RNA基因，整合到植物細(xì)胞染色體上，轉(zhuǎn)基因植物則有很好的抗性。因此，有人認(rèn)為抗性機理不是外殼蛋白在起作用，而是CP基因轉(zhuǎn)錄出