蛋白质工程教学设计
蛋白质工程的原理和应用教学设计-高二下学期生物人教版(2019)选择性必修3
“蛋白质工程的原理和应用”教学设计【教材分析】“蛋白质工程”是人教版高中生物学教材选择性必修3《现代生物科技专题》中“基因工程”专题的内容，教材使用细菌在培养基上作画的例子，科学家通过对绿色荧光蛋白的改造，获得了黄色荧光蛋白，正文直接对蛋白质工程的概念进行阐述。
以基因工程存在的缺陷引出进行蛋白质工程的必要性，并论述蛋白质工程的基本原理以及在不同领域的应用。
教材中提供了丰富的案例，但是并没有将某一个案例进行深入的探讨和具体过程的分析，不利于学生对于蛋白质工程基本原理和过程的掌握。
本节课需1个课时，以胰岛素为例，贴近学生生活，阐述胰岛素合成的发展历程，复习基因工程的原理和过程，指出其局限性，讨论解决途径，引出蛋白质工程，学习其原理、流程和基因工程的差异。
【学情分析】学习本节内容之前学生已经掌握了基因工程、基因表达以及蛋白质等相关知识，这些是学习本节内容知识的支点。
蛋白质工程是基因工程的延伸，是根据蛋白质结构与功能的关系，通过改造基因来生产符合人类需要的蛋白质。
根据前面的抗虫棉等实例已经能够让学生萌发对蛋白质进行改造的想法。
【教学目标】1、生命观念：通过对蛋白质工程崛起原因的阐述，加深对基因工程赋予生物新的遗传特性的理解。
并理解蛋白质工程是基因工程的延伸，深入理解生物的信息观。
2、科学思维：通过基因工程和蛋白质工程的对比分析，理解社会需求对技术创新的推动作用，从技术的更新迭代中体会工程思维的创造性和优化意识。
以对胰岛素的改造具体过程为例，思考在蛋白质工程中还具备哪些挑战，思考可能有怎样的途径解决。
3、科学探究：以胰岛素为例，类比基因工程合成胰岛素的过程，探索改变胰岛素B链氨基酸序列的思路和方法，并对速效胰岛素的蛋白质工程合成过程进行建模。
通过在Genbank数据库查询胰岛素B链序列为例，发展学生利用网络获取信息的能力。
4、社会责任：以蛋白质工程在不同方面的应用，深刻体会蛋白质工程可以带来的社会效应，树立科技改变生活的观念。
高中三年级上学期生物《蛋白质工程的应用》教学设计
《蛋白质工程的应用》教学设计一、教学目标1.举例说明依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的实例。
二、教学重难点1.教学重点（1）举例说明依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的实例。
2.教学难点（1）举例说明依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的实例。
三、教学过程1、蛋白质工程的概念。
蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求。
二.蛋白质工程的实例--胰岛素的改造（一）胰岛素的发现及改造历程胰岛素于1921年由加拿大科学家首先发现。
1922年开始用于临床，使过去不治的糖尿病患者得到挽救。
1955年英国F.桑格小组测定了牛胰岛素的全部氨基酸序列，开辟了人类认识蛋白质分子化学结构的道路。
1965年，中国科学家人工合成了具有全部生物活力的结晶牛胰岛素，它是第一个在实验室中用人工方法合成的蛋白质，稍后美国和联邦德国的科学家也完成了类似的工作。
70年代初期，英国和中国的科学家又成功地用X射线衍射方法测定了猪胰岛素的立体结构。
这些工作为深入研究胰岛素分子结构与功能关系奠定了基础。
第一代胰岛素-动物胰岛素1921年弗雷德里克·班丁（Frederick Banting）与约翰·麦克劳德（John Macleod）合作首次成功提取到了胰岛素，不同种族哺乳动物（人、牛、羊、猪等）的胰岛素分子的氨基酸序列和结构稍有差异，其中猪胰岛素与人的最为接近。
动物胰岛素是最早应用于糖尿病治疗的胰岛素注射制剂，一般是猪胰岛素，猪胰岛素与人胰岛素存在1至4个氨基酸的不同，因此容易发生免疫反应，注射部位皮下脂肪萎缩或增生，胰岛素过敏反应，并且由于其免疫原性高，容易反复发生高血糖和低血糖，容易出现胰岛素抵抗。
第二代胰岛素-人胰岛素20世纪80年代，人们通过基因工程表达出高纯度的合成人胰岛素，其结构和人体自身分泌的胰岛素一样。
3.4蛋白质工程的原理和应用教学设计-2023-2024学年高二下学期生物人教版选择性必修3
教学设计课程基本信息学科高中生物年级高二学期秋季课题蛋白质工程的原理和应用教学目标1.说出蛋白质工程崛起的缘由；2.概述蛋白质工程的基本原理；3.举例说明依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程。
教学内容教学重点：1.蛋白质工程的基本原理；2.依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程。
教学难点：1.蛋白质工程的基本原理；2.依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程。
教学过程一、教材分析本节内容分为三个部分。
首先阐述蛋白质工程崛起的缘由，教材在这部分引导学生分析了进行蛋白质工程研究的原因，并且通过实例说明了开展蛋白质工程研究的意义。
“蛋白质工程的基本原理”部分，需要学生结合在必修2课程中学过的中心法则知识，以及刚学过的基因工程知识来进行学习。
并进一步通过“思考·讨论”活动，让学生思考、分析，加深对原理的理解。
旁栏中的资料内容体现了蛋白质工程的发展除了需要基础理论的支撑，还需要多种技术的支持，其中不仅有生物技术，还有其他学科领域的技术，这可以让学生认识到多学科相互渗透、融合是现代科技发展的总趋势。
关于蛋白质工程的应用，教材首先创设了科学家改造胰岛素的情境来说明依据人类需要对蛋白质进行改造、获得目标蛋白的过程，并列举了蛋白质工程在工农业生产中应用的实例。
二、学情分析本节课是这个单元的最后一节，内容建立在重组DNA技术的基本工具、基因工程的基本操作程序、以及基因工程的应用的基础之上。
学生已经懂得如何利用重组DNA技术的基本工具，通过基因工程的基本操作程序生产所需蛋白质。
三、教学目标（1）运用结构与功能观等观点，结合中心法则有关知识，说明蛋白质工程的基本原理（生命观念）。
（2）基于蛋白质工程的实例，采用模型与建模、归纳与概括等方法，用文字图示或模型的形式表示蛋白质工程的基本思路（科学思维）。
（3）尝试通过蛋白质工程技术，根据人类需要的蛋白质结构，运用逆向思维设计或改造某一蛋白质的设计流程（科学探究）。
蛋白质工程教学计划
蛋白质工程教学计划一、教学目标本课程的教学目标是通过系统的理论教学和实践操作，使学生掌握蛋白质工程的基本原理、方法和技术，具备独立设计和构建蛋白质工程相关项目的能力，为学生将来从事相关科研和实际应用工作打下坚实基础。
二、教学内容1. 蛋白质结构与功能- 蛋白质的结构、功能和生物学意义- 蛋白质结构的研究方法- 蛋白质与其他生物分子的相互作用2. 蛋白质工程基础- 基因工程与蛋白质工程的关系- 蛋白质表达和纯化技术- 蛋白质修饰和功能改造技术3. 蛋白质设计与构建- 蛋白质结构预测与模拟- 蛋白质工程方法和技术- 蛋白质工程的应用领域4. 实验操作与项目设计- 蛋白质表达系统的构建- 蛋白质纯化和鉴定技术- 蛋白质功能改造和应用研究三、教学方法1. 理论教学采用课堂讲授、案例分析和讨论等多种方法，使学生掌握蛋白质工程的基本理论知识。
2. 实践操作实验室操作是蛋白质工程课程的重要组成部分，通过实验操作，使学生掌握蛋白质表达、纯化和功能改造的基本技术。
3. 项目设计鼓励学生在课程学习的基础上，进行小型的蛋白质工程项目设计，培养学生的科研和实践能力。
四、教学手段1. 教学设备- 实验室设备：包括PCR仪、电泳仪、分光光度计、离心机等。
- 计算机及软件：用于蛋白质结构预测与模拟，以及数据分析和图表制作。
2. 教学资料- 教材：选用蛋白质工程相关的专业教材。
- 课件：制作蛋白质工程相关的PPT课件，便于课堂教学和学生学习。
3. 实验材料- 实验材料：包括蛋白质表达载体、蛋白质纯化试剂盒、蛋白质功能改造试剂等。
五、教学过程1. 开设理论课程本课程会分为多个模块进行理论课教学，包括蛋白质结构与功能、蛋白质工程基础、蛋白质设计与构建等内容。
2. 安排实验操作在理论教学的基础上，安排相关的实验操作课程，包括蛋白质表达和纯化实验、蛋白质功能改造实验等，使学生能够将理论知识应用到实际操作中。
3. 项目设计鼓励学生进行小型的蛋白质工程项目设计，可以是文献综述、实验设计或者理论模拟等，培养学生的科研能力和创新思维。
蛋白质工程教案实践分享：从知识到实践
前言蛋白质工程是生物技术领域的一个重要分支，本文将结合实践经验，分享一套蛋白质工程教案的设计与实施过程。
一、教案设计蛋白质工程是一门比较抽象的学科，需要依靠多种教学方法来帮助学生理解难点，激发学生的兴趣。
下面是我们的教案设计思路：1. 教学目标（1）掌握蛋白质工程的基本概念，了解主要技术和方法。
（2）了解蛋白质工程在生物、医学等领域的应用。
（3）培养学生独立思考和动手实践的能力。
2. 教学内容（1）蛋白质工程基础知识。
如蛋白质结构和功能、突变技术、克隆技术、表达技术、纯化技术等。
（2）蛋白质工程在生物、医学等领域的应用。
如抗体药物、重组蛋白、酶制剂等。
（3）蛋白质工程的实践环节。
学生将运用所学技术和方法，从事蛋白质分子设计、构建、表达、纯化和功能分析等方面的实践工作。
3. 教学方法（1）讲授法：依据蛋白质工程的内容，逐步深入，做到结合理论实践。
（2）案例法：讲解典型例子，引导学生解决问题。
（3）自选课题：允许学生自由选择课题，增强学生的学习兴趣和主动性。
4. 实践环节我们安排了一些具体实践操作，包括：（1）构建质粒并进行突变。
（2）将质粒经过转染递送至细胞中。
（3）克隆和表达蛋白质。
（4）提取纯化蛋白质，并进行进一步的功能分析。
二、教学实施本教案的实施过程主要包括以下三个部分：1. 教师讲授教师根据教学大纲，依次讲述蛋白质结构和功能、突变技术、克隆技术、表达技术、纯化技术等基础知识，以及蛋白质折叠和功能的关系、蛋白质工程应用于药物研究的实例等内容。
讲授过程中，教师应当与学生进行互动，引导其思考问题。
2. 学生自主学习本教案允许学生自由选择课题，这要求学生具备独立思考和探究的能力。
教师会提供一些资料和文献供学生参考，不过仍需要学生自行搜集和筛选资料，并进行分析和总结。
3. 实践操作在实验室里，学生将学习如何构建质粒并进行突变、如何将质粒经过转染递送至细胞中、如何克隆和表达蛋白质、如何提取纯化蛋白质，并进行进一步的功能分析。
蛋白质工程教案
教案：1.4《蛋白质工程》教案（新人教版选修3）1.4 蛋白质工程的崛起一、教学目标1.举例说出蛋白质工程崛起的缘由。
2.简述蛋白质工程的原理。
3.尝试运用逆向思维分析和解决问题。
二、教学重点和难点1.教学重点（1）为什么要开展蛋白质工程的研究？（2）蛋白质工程的原理。
2.教学难点蛋白质工程的原理。
三、教学策略1.建议采用“问题—探究—新问题—再探究”的教学模式。
本节内容是基因工程的延伸和发展。
由于蛋白质工程刚刚起步，学习内容较少。
如何学得充实，又让学生悟出些终身学习的道理，建议采用“问题—探究—新问题—再探究”的教学模式。
新课一开始，可以带领学生回忆原有知识：要想让一种生物的性状在另一种生物中表达，在种内可以用常规杂交育种的办法实现，但要使有生殖隔离的种间生物实现基因交流，就显得力不从心了。
基因工程的诞生，为克服这一远缘杂交的障碍问题，带来了新的希望。
于是取得了丰硕成果：大肠杆菌为人类生产出了胰岛素，牛的乳腺生物反应器为人类制造出了蛋白质类药物，烟草植物体内含有了某种药物蛋白……至此，人们也只是实现了世界上现有基因在转基因生物中的表达。
但一个新问题出现了，生物产生的天然蛋白质是在长期进化过程中形成的，它的结构、性能不能完全满足人类生产和生活的需要。
为了加深这一点的认识，可调动学生从书中找实例（干扰素例子、工业用酶的例子）加以佐证。
于是要对现有蛋白质进行改造，制造出目前从天然蛋白质中找不到的蛋白质。
这样人们又开始了新一轮的探索，蛋白质工程应运而生了。
2.建议加强与已有知识的联系，用逆向思维的方法解决新问题。
学生在必修课中已学习过中心法则及蛋白质具有复杂的空间结构等知识。
中心法则告诉我们遗传信息的流动方向如图1-4所示。
图1-4 遗传信息的流动方向这是学习新知识的基础。
既然蛋白质的功能是由DNA决定的，那么要制造出新的蛋白质，就要改造DNA。
所以蛋白质工程的原理应该是中心法则的逆推。
结合课本中插图，可以较明确地说明这一点。
蛋白质工程的崛起高中生物教案优秀范文
一、教学目标1. 让学生了解蛋白质工程的定义、意义和应用范围。
2. 使学生掌握蛋白质工程的基本原理和方法。
3. 培养学生运用蛋白质工程知识解决实际问题的能力。
二、教学重点与难点1. 教学重点：蛋白质工程的定义、意义、基本原理和方法。
2. 教学难点：蛋白质工程在实际应用中的案例分析。
三、教学方法1. 采用问题驱动法，引导学生主动探究蛋白质工程的内涵和应用。
2. 利用多媒体课件，生动展示蛋白质工程的相关知识和案例。
3. 开展小组讨论，培养学生的合作能力和解决问题的能力。
四、教学内容1. 蛋白质工程的定义：引导学生了解蛋白质工程的基本概念，明确其研究对象和目标。
2. 蛋白质工程的意义：分析蛋白质工程在生物科技和产业发展中的重要作用。
3. 蛋白质工程的基本原理：介绍蛋白质工程的基本技术方法和操作步骤。
4. 蛋白质工程的方法：详细讲解蛋白质工程的设计、合成、表达和筛选等环节。
5. 蛋白质工程的应用：展示蛋白质工程在医药、农业、环境保护等领域的应用案例。
五、教学安排1. 课时：2课时2. 教学过程：第一课时：（1）导入：介绍蛋白质工程的基本概念和研究意义。
（2）讲解：详细讲解蛋白质工程的基本原理和方法。
（3）案例分析：分析蛋白质工程在实际应用中的案例。
第二课时：（1）复习：回顾上节课的内容，检查学生的掌握情况。
（2）拓展：讲解蛋白质工程在其他领域的应用。
（3）总结：强调蛋白质工程的重要性和发展趋势。
教案编写仅供参考，具体实施可根据实际情况进行调整。
六、教学评估1. 课堂问答：通过提问方式检查学生对蛋白质工程基本概念的理解。
2. 小组讨论：评估学生在小组讨论中的参与程度和合作能力。
3. 案例分析报告：评估学生对蛋白质工程案例分析的深度和见解。
七、教学资源1. 多媒体课件：提供清晰的蛋白质工程原理和案例图片。
2. 参考资料：提供相关的科研论文和新闻报道，供学生课后拓展阅读。
3. 网络资源：利用互联网资源，为学生提供更多的蛋白质工程应用实例。
蛋白质工程教学设计全
可编辑修改精选全文完整版选修3 1.1.3 蛋白质工程教学设计一、本节教学设计理念在新课程理念的指导下，我们要注重对学生能力的培养，不断提高学生的科学素养。
在教学中一方面要注重对学生进行探究性学习的培养，引导学生积极思考、主动探究，引导学习尝试通过所学知识来解决生产生活中的实际问题，使学生学得充实，并在学习中领悟终身学习的道理。
二、教材分析《蛋白质工程》是中图版普通高中课程标准实验教科书生物选修3《现代生物科技专题》中第一章基因工程和蛋白质第3节的内容。
蛋白质工程与基因工程联系密切，被称为第二代基因工程，同时又与必修教材中已学习过中心法则及蛋白质具有复杂的空间结构等知识密不可分。
由于蛋白质工程是基因工程的延伸和发展，因此我采用“问题—探究—新问题—再探过程结果联系目标操作核心操作起点蛋白质工程基因工程项目目的基因预期的蛋白质功能基因表达载体基因获取目的基因→构建表达载体→导入受体细胞→目的基因的检测与表达预期蛋白质功能→设计蛋白质结构→推测氨基酸序列→推测核苷酸序列→合成DNA →表达出蛋白质定向改造生物的遗传特性，获得人类所需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生产自然界中已有的蛋白质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。
因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因的修饰或基因的合成。
生产自然界没有的蛋白质四、基因工程的应用1. 蛋白质工程可通过改造酶的结构，有目的地提高（蛋白质）酶的热稳定性。
（T4溶菌酶改造）2．改变蛋白质的活性。
如教材中的组织纤溶性酶原激活物（t-PA ）的改造等；3． 在生物工程制药领域、蛋白质工程有着广泛的应用。
如：制备鼠－人嵌合抗体减少因机体高度过敏而引起的副作用。
让学生认识到科学探究之路的漫长、艰辛和永无止境。
五、蛋白质工程的进展和前景蛋白质工程汇集了当代分子生物学等学科的最新成就，将蛋白质与酶的研究推进到崭新的时代，为蛋白质和酶在工业、农业和医药方面的应用开拓了诱人的前景！作业与练习1.蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程有什么不同？解决本课的难点课内与。
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蛋白质工程教学设计教学内容:蛋白质工程教学时间:1.5课时教学对象:小教08数学讲课者:王约纳29一、教学目标:1、掌握蛋白质和蛋白质工程的概念、功能和应用了,解蛋白质工程的原理。
2、尝试运用逆向思维分析和解决问题。
二、教学重难点:(1)蛋白质工程的原理。
(2)蛋白质工程的应用三、教学方法教授法、启发式教学四、教学过程:(一)什么是蛋白质1.蛋白质的概念蛋白质是对生命至关重要的一类生物大分子,各种生命功能、生命现象、生命活动都和蛋白质有关。
在生命有机体催化、运动、结构、识别和调节等许多方面,起着关键的作用。
如血浆蛋白质、纤维状蛋白质、酶蛋白质等。
2.生活中的蛋白质展示各种生活中蛋白质的图片。
还有些什么?3.蛋白质的功能蛋白质是一类重要而复杂的生物大分子,它广泛地存在于所有生物界的机体之中,具有许多重要的作用:①酶:构成生物体新陈代谢的几乎全部的化学反应都是在活性蛋白质-酶的催化下进行的;②抗原抗体:高等动物的免疫反应,也主要是通过蛋白质即抗原和抗体来完成的;,免疫球蛋白③运动:运动时的肌肉收缩靠的是某些蛋白质的相互作用来完成的;鞭毛、肌肉蛋白④呼吸:运输氧和二氧化碳的是血红蛋白;⑤激素:具有代谢和调节功能的是多种蛋白质激素。
蛋白质的应用①蛋白质是人类赖以维持生命的重要营养来源之一。
人们需要从各种肉、蛋、奶、豆类等主要食品中获得所需的蛋白质营养。
②用蛋白质诊断和治疗某些疾病。
淀粉酶、脂肪酶、蛋白酶用于帮助消化,治疗某些消化不良性疾病;胰岛素用于治疗严重的糖尿病;转氨酶作为肝病变的指标等。
③食品工业和轻工业中主要应用蛋白质或利用蛋白质的性质制造各种产品。
例如,酿造业要用蛋白酶来增加酱油的鲜味等。
用于人类衣着的羊毛、纺织品和皮革主要组成是蛋白质。
4.蛋白质的结构①氨基酸是蛋白质的基本结构单位,各种氨基酸之间通过肽键彼此按直线形头尾相连,构成不同长短的肽链。
②肽链又以一定方式折叠盘绕成独特的空间结构,这时才产生具有生物活性的天然蛋白质。
③多肽链的折叠可分为四种不同层次的结构。
(二)蛋白质工程的崛起1、蛋白质工程的概念是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础,通过基因修饰或基因合成,对现有蛋白质进行改造一种新的蛋白质,以满足人类的生产和生活的需求这是一门从改变基因入手,定做新的蛋白质的技术。
故有人将其称为“第二代基因工程”2、蛋白质工程的历史1972年,美国斯坦福大学的Berg成功地实现了DNA重组实验,从此揭开了基因工程发展的序幕。
1983年,美国生物学家额尔默首先提出了“蛋白质工程”的概念。
蛋白质工程的实践依据DNA指导合成蛋白质,因此,人们可以根据需要对负责编码某种蛋白质的基因进行重新设计,使合成出来的蛋白质的结构变得符合人们的要求。
补充:你知道人类蛋白质组计划吗?它与蛋白质工程有什么关系?我国科学家承担了什么任务?“人类肝脏蛋白质组计划”是国际上第一个人类组织/器官的蛋白质组计划,由我国贺福初院士牵头,这是中国科学家第一次领衔的重大国际科研协作计划,它的科学目标是揭示并确认肝脏的蛋白质,为重大肝病预防、诊断、治疗和新药研发的突破提供重要的科学基础。
研究的原因:肝病是一种几乎肆虐了大半个地球的人类公敌。
目前,全球仍以每年新增肝炎病患者约5000万人的速度递增。
我国和大多数亚洲国家一样是个肝脏病多发国,有超过1亿人患肝病,是肝病多发的国家之一,每年死于肝病的人有数十万之多,乙型肝炎病毒携带者占人口的比例相当高。
全国一年所花费的防治经费高达1千亿元以上,数额巨大。
人类蛋白质组计划的深入研究将是对蛋白质工程的有力推动和理论支持。
补充:担任复旦大学生物医学研究院院长。
他提出的三个条件和他当初接受军事医学科学院副院长的聘任时条件一样,那就是“不陪客,不陪会,不坐班”。
贺福初是地地道道的农家子弟、“土生土长”的中国科学院新一代院士。
20世纪80年代初,即将毕业的贺福初,面临着“出国深造”和立足国内成才的两难选择,著名遗传学家、复旦大学盛祖嘉教授语重心长的一席话,使他毅然作出了决断。
盛老说:“出国学习国外的先进技术,开阔眼界是必要的,但认为只有出国才能成才却是一种误解,千万不要迷信。
中国人的智商并不低,国内的条件虽没有国外的优越,但只要持之以恒地奋斗下去,一样可以做出世界一流的成绩。
”老专家的话促使贺福初立下要在国内造就自己的志向。
3、蛋白质工程的研究方向①确定蛋白质化学组成、空间结构与生物功能之间的关系;②根据需要合成具有特定氨基酸序列和空间结构的蛋白质;③从氨基酸序列预测蛋白质的空间结构和生物功能,设计合成具有特定生物功能的全新蛋白质。
4、蛋白质工程的意义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。
案例:干扰素的保存:延长保存期玉米中赖氨酸的含量比较低:提高赖氨酸的含量枯草杆菌蛋白酶:是其可以与漂白剂混合使用。
在已研究过的几千种酶中绝大多数酶都不能应用于工业生产。
因为工业生产中每一步的反应体系中常常会有酸、碱或有机溶剂存在,反应温度较高,在这种条件下,大多数酶会很快变性失活。
一般来说,提高蛋白质的稳定性包括:延长酶的半衰期,提高酶的热稳定性,延长药用蛋白的保存期,抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性丧失等。
(三)蛋白质工程的原理①目标:根据人们对蛋白质功能的特定需求,对蛋白质的结构进行分子设计。
②演示天然蛋白质的合成过程想一想: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?(基因)③基本途径: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)④基本步骤:分离纯化目的蛋白,使之结晶并作X晶体衍射分析,结合核磁共振等其他方法的分析结果,得到其空间结构的尽可能多的信息。
对目的蛋白的功能作详尽的研究,确定它的功能域。
通过对蛋白质的一级结构、空间结构和功能之间的相互关系的分析,找出关键的基团和结构。
在蛋白质结构与功能研究的基础上,借助于计算机图像显示和分子辅助设计,提出对目的蛋白分子的改建或构建方案,并用基因工程的方法去实施。
对经过改造的蛋白质进行功能性测定,看看改造的效果如何。
⑤蛋白质的设计目前,研究重点和难点侧重从结构设计出发,从蛋白质二级结构开始,以探索蛋白质结构的稳定性。
在蛋白质功能设计方面,主要进行天然蛋白质功能的模拟。
四种改造技术的介绍。
(四)蛋白质工程的应用1、酶的改造①消除酶的被抑制特性1985年,美国的埃斯特尔借助寡核苷酸介导的定位突变技术,用19种其他氨基酸分别替代枯草芽孢杆菌蛋白酶分子第222位残基上易氧化的Met,获得了一系列活性差异很大的突变酶。
发现除了用Cys代替Met的突变体以外,其他突变体的酶活性都降低了。
②引入二硫键,改善蛋白质的热稳定性由于二硫键是一种稳定蛋白质分子空间结构的重要共价化学键,提高酶热稳定性最常用的办法是在分子中增加一对或数对二硫键。
③转化氨基酸残基,改善蛋白质热稳定性在高温下蛋白质容易失去活性。
对酿酒酵母的磷酸丙糖异构酶进行诱变改造。
这种酶有两个相同的亚基,可能对酶的热稳定性起决定性作用。
通过寡核苷酸介导的定向诱变技术,大幅度提高突变酶的热稳定性。
④改变酶的最适pH值条件葡萄糖异构酶最适pH为碱性,在80℃稳定,而在碱性条件下,80℃时使高果糖浆焦化产生有害物质,反应只能在60℃进行。
采用盒式突变技术将葡萄糖异构酶的最适pH值变为酸性,即可在高温下进行反应⑤提高酶的催化活性酶的催化活性由酶分子上的必需基团决定。
如对酪氨酸-tRNA合成酶进行定点突变在天然状态下,酪氨酸-tRNA合成酶分子内第51位苏氨酸残基的羟基能与底物酪氨酰腺嘌呤核苷酸戊糖环上的氧原子形成氢键,这个氢键的存在影响酶分子与另一底物ATP的亲和力。
因此,利用定向诱变技术将酶分子第51位苏氨酸残基改变为脯氨酸残基,酶(Pro-51)与ATP的亲和力被增加了近100倍,而且最大反应速度亦大幅度提高。
⑥修饰Nisin的生物防腐效应Nisin是乳酸球菌分泌的有较强抗菌作用的小分子肽,可用于罐头食品、乳制品、肉制品的保藏改变Nisin氨基酸的序列,可增强其稳定性、溶解度和扩大抑菌谱等,扩大Nisin的应用范围。
2、制药领域①鼠——人嵌合抗体的形成在基因水平上对抗体进行重组,产生人恒定区和可变区嵌合体,对人体的不良反应减少。
②药物设计:如抗病毒药β-干扰素稳定性的改进。
补充:生物合成人胰岛素五、思考题1、蛋白质工程在弄制药领域的应用有哪些?2、请结合实例说说蛋白质工程的基本原理与设计步骤。
3、异想天开:能不能根据人类需要的蛋白质的结构,设计相应的基因,导入合适的细菌中,让细菌生产人类所需要的蛋白质食品呢?六、主要参考书目12国家生物医学分析中心3 夏其昌蛋白质化学与蛋白质组学出版日期:2006年出版社:科学出版社七、教学后记在今天上课之前,我一直对自己能不能上好这一节课比较没有信心,因为在资料收集和课件制作过程中,我感到蛋白质工程这一课题对于我们来说相对比较枯燥和理论话,而且深度的理论知识对于我们来说比较不易于理解。
在对教材的理解方面,我认为我对教材吃的还不够透,没有把握好教材整体的联系。
基本达成教学目标和教学任务,但是在教学重点和难点方面不够突出,没有一些新的突破,这是非常需要改进的。
而在教法的选择与运用方面。
我认为单一的讲授缺乏创造性和趣味性,希望在以后的教学设计中有所改进。
从学生的反馈来看。
我认为,在教学中的互动是非常重要的,这样才能有好的教学效果。
总体来说,我的这堂课还有许多需要改进的地方,希望在今后的教学实践中有所改进。