教学 设计：蛋白质工程概述

《蛋白质工程概述》教学设计课题蛋白质工程概述教学目标1.知识目标：举例说出蛋白质工程崛起的缘由。简述蛋白质工程的原理。2.技能目标：收集和处理资料，尝试撰写专题综述报告。3.情感目标：关注蛋白质工程的发展，认同蛋白质工程实质上是第二代基因工程。教材分析重点蛋白质工程的原理。难点蛋白质工程的原理。教法学法讲述、讨论、自主探究、学生练习教学过程教学过程教师活动学生活动【课前预习】1．什么是蛋白质工程？2．蛋白质工程的基本原理是什么？【导学诱思】我们已经知道，将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以产生它不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状，这就是基因工程的实质。基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，这些天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它们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。例如，干扰素是动物体内的一种蛋白质，可以用于治疗病毒的感染和癌症，但在体外保存相当困难。如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，那么在-70℃的条件下，可以保存半年。又如，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，所以赖氨酸含量很难提高。如果我们将天冬氨酸激酶的第352位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中第104位的天冬酰胺变成异亮氨酸，就可以使玉米叶片和种子中的游离赖氨酸分别提高5倍和2倍。【知识归纳】一、蛋白质工程的概念与原理：【分析】1．概念：蛋白质工程是指通过物理化学与生物化学等技术了解蛋白质的结构与功能，并借助计算机辅助设计、基因定点诱变和重组DNA技术改造基因、以定向改造天然蛋白质，甚至创造出适合人类需求的新基因，然后使其表达出具有特定结构与功能的蛋白质。基因工程是其中的关键技术，因此，蛋白质工程又被称为第二代基因工程。2．蛋白质工程的基本原理：天然蛋白质合成的过程都是按照中心法则进行的：即基因→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；而蛋白质工程却与之相反，它的基本途径是：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（基因）（如图所示）。【讨论与探究】某多肽链的一段氨基酸序列为：……—丙氨酸—色氨酸—赖氨酸—甲硫氨酸—苯丙氨酸—……，请问：（1）怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？请把相应的碱基学列写出来。（2）确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因（DNA）？【分析】根据蛋白质被改造部位的多少，可以将这种改造分为“大改”、“中改”和“小改”。“大改”是指根据氨基酸的性质和特点，设计并制造出自然界中不存在的全新蛋白质，使其具有特定的氨基酸序列、空间结构和预期功能。“中改”是指在蛋白质分子中替代某一个肽段或一个特定的结构域。“小改”是指通过基因工程中的定点诱变技术，有目的地改造蛋白质分子中某活性部位的1个或几个氨基酸残基，以改善蛋白质的性质和功能。基因的定点诱变技术是改变蛋白质结构的核心技术之一。学生回答：你知道为什么要进行蛋白质工程的研究吗？讨论：对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？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，最终还必须通过基因来完成。学生活动1：阅读课本第25