1.3蛋白质工程教案(苏教版选修3)
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?课标要求 简述蛋白质工程。 ?课标解读
1 ?简述蛋白质工程的概念和原理。
2?说明蛋白质工程和基因工程的区别与联系。 3?举例说明蛋白质工程的应用和发展。 ?教学地位
蛋白质工程是基因工程的延伸， 又称为第二代基因工程，是按照人们的需要，利用基因 工程的原理对蛋白质进行改造。
目前蛋白质工程还有许多理论和技术问题等待解决，
成功的
实例还不多，但发展前景广阔。在高考中考到的次数还不多， 常在考查基因工程的非选择题
中有一问涉及蛋白质工程。
?教法指导
1. 结合过程图，让学生理解蛋白质工程的基本原理。 2 .结合具体的应用实例，让学生理解蛋白质工程的应用。
?新课导入建议
玉米的营养价值不如小麦，
原因是玉米中必需氨基酸赖氨酸的含量比较低。 玉米中赖氨
酸含量低的原因是赖氨酸合成过程中的两种关键酶 一一天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合 成酶的活性受到赖氨酸浓度的影响较大， 当赖氨酸浓度达到一定量时， 会抑制两种酶的活性。 所以玉米中赖氨酸的含量很难提高， 如果我们将天冬氨酸激酶第 352位的苏氨酸变成异亮氨 酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶的第 104位的天冬酰胺变成异亮氨酸， 就可以使玉米种子中的 赖氨酸含量提高2倍，那么怎样对这两种酶进行改造呢？这就要依靠蛋白质工程。
?教学流程设计
课前自主探究：阅读教材 P 30?35有关知识，填充【课前自主导学】空白，完成思考交流 1、2。?步骤1：课程导入：建议用【新课导入建议】方法导入课题。
？步骤2：尝试作答
【课前自主导学】部分的【正误判断】 ，检查自学效果。？步骤3 :教师结合教材P 30图1 - 17和教材P 31图1 - 18让学生理解蛋白质工程的原理，通过【课堂互动探究】 探究1归纳总
结，通过例1强化。
第三节
蛋白质工程
按古略泳稚细解冋“數幸”
步骤6:诵读【结论语句】，尝试构建最优知识网络图解，互评后参看【本课知识小结】 的网络构建。课下完成【当堂双基达标】
。？步骤5:通过教材中的实例让学生认识蛋白质工
程的应用，认识蛋白质工程的意义。 ？步骤4 :引导学生讨论蛋白质工程和基因工程的区别 与联系，通过【课堂互动探究】探究
2的表格进行比较。通过例 2强化。
1概念
⑴基础：蛋白质的结构和功能的关系。
(2) 手段：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
(3) 目的：定向改造天然蛋白质，甚至创造自然界不存在的蛋白质。 2. 原理 (1)结构分析
① 前提条件：了解蛋白质的结构和功能的关系。
X 射线晶体衍射法
② 了解蛋白质结构的方法
核磁共振法
DNA 和蛋白质测序技术
(2)结构预测与设计：构建蛋白质空间结构模型。
理软材 白赴白测 固”基咄”
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⑶基因工程：对基因进行改造，是蛋白质工程的关键技术。
(4)蛋白质纯化：纯化蛋白质，测定和分析其结构和功能。
(5)功能分析：分析蛋白质的生物学和化学特性。
HQ思考交流|1
1 ?蛋白质工程是直接改造蛋白质的结构吗？
【提示】不是，蛋白质工程的实质是改造基因。
1?改造酶的结构，提高酶的热稳定性。
2.生物工程制药
(1)实例1:鼠源杂交瘤抗体的改造。
①改造方法：在基因水平上对抗体进行重组，产生人恒定区和鼠可变区嵌合抗体。
②结果：对人体的不良反应减 _
(2)实例2:对t-PA的改造。
①t-PA功能：溶解血栓块，医治心肌梗死等疾病。
②改造方法：将t-PA分子中的天门冬酰胺替换为谷氨酰胺。
③结果：t-PA在血液循环中停留时间延长，疗效更加显著。
3.疾病诊断
(1)方法：蛋白质芯片法。
(2)原理：抗原一抗体的特异性结合。
⑶实例：SARS病毒的检测与诊断。
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2.酵母菌的丙糖磷酸异构酶上有两个天门冬酰胺，在分别转变为苏氨酸和异亮氨酸后，酶的热稳定性提高了将近50%，是我们教材中介绍的一重要蛋白质工程成果。试想，在用
苏氨酸和异亮氨酸替换丙糖磷酸异构酶中的两个天门冬酰胺之前，要做的最重要的工作是什
么？
【提示】蛋白质中氨基酸的排列顺序，从根本上讲是由相应基因中的碱基顺序所决定
的，故在氨基酸替换之前，要做的最重要的工作就是根据苏氨酸和异亮氨酸的密码子，对丙
糖磷酸异构酶的基因进行再设计和改造。
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1 ?蛋白质工程直接操作的对象是蛋白质的空间结构。
（X ）
【提示】是基因的结构。
2.利用蛋白质工程可以让大肠杆菌生产人的胰岛素。（X ）
【提示】利用的是基因工程。
3?蛋白质工程就是利用蛋白酶对蛋白质进行改造。（X ）
【提示】蛋白质工程是对控制蛋白质合成的基因进行改造。
4?蛋白质工程能够生产出新的蛋白质。（V）
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【问题导思】
①蛋白质工程改造蛋白质的原理是什么?
②蛋白质工程改造蛋白质的方法有哪些?
1.蛋白质工程兴起的缘由
基因工程原则上只能生产自然界中已存在的天然蛋白质，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，因此在基因工程的基础上产生了蛋白质工程来定向改造天然蛋白质，甚至创造出自然界不存在的蛋白
质。
2.实施前提：通过物理化学与生物化学等技术手段了解蛋白质结构与功能的关系。
3.改造的对象：蛋白质。
4.改造的手段：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。
5.改造的目的：定向改造天然蛋白质，甚至创造出自然界不存在的蛋白质。
5.关键技术：蛋白质工程一般先创造出适合人类需求的新基因，然后使其表达出具有
特定结构和功能的蛋白质，所以基因工程是其关键技术。
7.蛋白质工程别名：第二代基因工程。
&蛋白质改造的方法
(1)对已知空间结构的蛋白质的改造。根据蛋白质被改造的多少，可分为“大改”、
“中
改”和“小改”。
①大改：根据氨基酸的性质和特点，设计并制造出自然界不存在的全新蛋白质，使之具
有特定的氨基酸序列、空间结构和预期功能。
②中改：指在蛋白质分子中替代某一个肽段或一个特定的结构域。
③小改：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一个或几个氨基酸残基，以改善蛋白质的性质和功能。核心技术是基因工程中的定点诱变技术，其中PCR技术是常用的方法之一。
⑵对空间结构不清楚的蛋白质的改造
①方法：采用非定点诱变的方法来改造蛋白质。
②缺点：缺乏像定点诱变那样的目的性和针对性。
③优点：突变位点多，有时会产生意想不到的改造效果。
9.对定点诱变技术的理解
科学家想提高玉米中赖氨酸的含量，计划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，这样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。下列对蛋白质的改造，操
作正确的是( )
A ?直接通过分子水平改造蛋白质
B .直接改造相应的mRNA
C.对相应的基因进行操作
D.重新合成新的基因
【审题导析】通过蛋白质工程改造基因后，可以遗传，使后代都能产生新的蛋白质。
【精讲精析】蛋白质功能与其高级结构密切相关，因蛋白质高级结构非常复杂，所以
直接对蛋白质进行改造非常困难。而蛋白质是由基因控制合成的，对基因进行操作却容易得多；另外，通过改造基因对蛋白质的修改
可以遗传，如对蛋白质直接改造，即使成功也不能
遗传。
【答案】C
【问题导思】
①蛋白质工程与基因工程有哪些区别和联系？其实质分别是什么?
②蛋白质工程与基因工程的操作程序分别有哪些？
1.蛋白质工程与基因工程的不同点
2?相同点：都属于分子水平的操作。蛋白质工程的本质是通过改造基因进而创造出自然界不存在的蛋白质。所以被形象地称为第二代基因工程。
名师点拨
1.基因工程中的目的基因一般为天然存在的基因，而蛋白质工程中的目的基因不是天然存在的。
2?蛋白质工程中经过处理得到的新基因与基因突变得到的新基因有较大差别，基因突
变的新基因中含有不编码蛋白质的序列，而蛋白质工程中的新基因则没有。
到人体后，会堆积在皮下，要经过较长的时间才能进入血液，而进入血液的胰岛素又容易分
解，因此，治疗效果受到影响。如图是用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过程，请据图回