蛋白质工程的崛起

1.4 蛋白质工程的崛起1、 教学目标：知识与技能：举例说出蛋白质工程崛起的缘由。过程与方法：简述蛋白质工程的基本原理及基本途径。情感态度与价值观：尝试运用逆向思维分析和解决问题。二、教学重点和难点：教学重点：为什么要开展蛋白质工程的研究。蛋白质工程的原理。教学难点：蛋白质工程的原理。三、教学方法教授法、启发式教学。4、 教学过程：情景导入：基因工程的诞生给人们产生和生活带来了重要的影响。但是，基因工程只能产生自然界原理就存在的蛋白质。这些蛋白质不一定完全符合人类的需要，于是有人提出了蛋白质工程。1蛋白质工程崛起的缘由（1）基因工程的实质：将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状。（2）缘由：基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。天然蛋白质的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。（3）实例：延长干扰素保存时间：体外很难保存体外可以保存半年提高玉米赖氨酸含量：结果：改造后玉米叶片和种子中的游离赖氨酸分别提高5倍和2倍。【设计意图】激发学生的学习兴趣，增强学生求知欲望。2蛋白质工程的基本原理概念基础蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系手段通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质目的获得满足人类生产和生活需求的蛋白质原理由预期的蛋白质找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)流程预期蛋白质功能 设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)【合作交流与讨论】：1对天然蛋白质进行改造，是通过直接对蛋白质分子进行操作来实现的吗？提示：不是，由于基因决定蛋白质，因此要对蛋白质的结构进行设计改造，最终必须通过基因改造来完成。2蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程有什么不同？提示：基因工程是按照中心法则进行的：基因表达(转录和翻译)形成氨基酸序列的多肽链形成具有高级结构的蛋白质行使生物功能，基本上是生产出自然界已有的蛋白质。蛋白质工程却与之相反：从预期的蛋白质功能出发设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找出相对应的脱氧核苷酸序列(基因)，可以创造出自然界不存在的蛋白质。3假如某科学家设计出某种蛋白质的空间结构，你能否设计出利用大肠杆菌生产该蛋白质的流程？提示：蛋白质的空间结构氨基酸序列合成目的基因构建基因表达载体导入大肠杆菌产生相应蛋白质。【设计意图】：通过学生一起合作、探究、讨论。培养学生逆向思维能力，培养分析、解决问题的能力。【难点突破】基因工程与蛋白质工程的比较：比较项目基因工程蛋白质工程操作对象基因基因操作水平DNA分子水平DNA分子水平基本过程目的基因的获取基因表达载体的构建将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定确定蛋白质的功能蛋白质应有的高级结构蛋白质应具备的折叠状态蛋白质应有的氨基酸序列应有的碱基序列合成DNA表达出蛋白质实质定向改造生物的遗传特性，以获得人类需要的生物类型或生物产品定向改造或生产人类所需的蛋白质结果生产人类需要的基因产物(自然界已有的蛋白质)可以创造出自然界不存在的新蛋白质联系蛋白质工程是以基因工程为基础的3.蛋白质工程的进展和前景（1）进展科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效型药品。生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工程应用于微电子方面，用蛋白质工程方法制成的电子元件，具有体积小、耗电少和效率高的特点。（2）前景蛋白质工程前景是诱人的，但难度却很大，尤其是目前科学家对大多数蛋白质的高级结构的了解还很不够。【设计意图】：通过阅读教材获得关于蛋白质工程的进展和前景的相关知识。紧扣目标，梳理知识，形成知识结构。5、 作业布置：1蛋白质工程的基本操作程序正确的是()蛋白质分子结构合成DNA合成mRNA合成蛋白质的预期功能根据氨基酸的序列推出脱氧核苷酸的序列ABC D解析：选C蛋白质工程的操作流程为：从预期的蛋白质功能出发设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列。2增加玉米细胞中赖氨酸含量最有效的途径是()A将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米细胞B切除玉米细胞中天冬氨酸激酶基因和二氢吡啶二羧酸合成酶基因的个别碱基C更换天冬氨酸激酶基因和二氢吡啶二羧酸合成酶基因的个别碱基D将根瘤菌的固氮基因导入玉米细胞解析：选C玉米中赖氨酸的含量比较低，原因是赖氨酸合成过程中的两个关键酶天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的活性受细胞内赖氨酸浓度的影响较大，当赖氨酸浓度达到一定量时，就会抑制这两个酶的活性。通过更换控制合成这两种酶基因的个别碱基，可大大提高玉米叶片和种子中的游离赖氨酸的含量。3(广东高考)从某海洋动物中获得一基因，其表达产物为一种抗菌性和溶血性均较强的多肽P1。目前在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先要做的是()A合成编码目的肽的DNA片段B构建含目的肽DNA片段的表达载体C依据P1氨基酸序列设计多条模拟肽D筛选出具有优良活性的模拟肽作为目的肽解析：选C该基因的表达产物多肽P1的抗菌性和溶血性均很强，要研发出抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先应根据P1的氨基酸序列设计模拟肽，再构建相应的DNA片段。4基因工程与蛋白质工程的区别是()A基因工程需对基因进行分子水平操作，蛋白质工程不需对基因进行操作B基因工程合成的是天然存在的蛋白质，蛋白质工程合成的可以是自然界不存在的蛋白质C基因工程是分子水平操作，蛋白质工程是细胞水平(或性状水平)操作D基因工程完全不同于蛋白质工程解析：选B蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程。蛋白质工程是从分子水平上对蛋白质进行改造设计，通过对相应的基因进行修饰加工，甚至人工进行基因合成，从而对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活需求；而基因工程只是将外源基因导入另一生物体内，并使之表达，体现人类所需的性状，或者获取所需的产品，基因工程原则上只能