中图版生物选修3讲义：第1单元-第1章-第3节 蛋白质工程
同步备课一体资料之生物中图版选修3课件：第一章 基因工程和蛋白质工程 章末整合1-1
从高考试题来看，限制酶的特点、目的基因的扩增、基因
表达载体的构建、目的基因的表达与鉴定等知识是考查的 重点，并且常常与细胞工程、胚胎工程等内容进行综合命
题。在2011年的高考试题中，山东理综卷第35题考查了基
因表达载体的构建和目的基因的表达与鉴定；北京理综卷 第31题和安徽理综卷第31题第Ⅱ小题都考查了目的基因的
限制性核酸内切酶EcoRⅠ酶切后得到的DNA分子仍是1
000bp，用KpnⅠ单独酶切得到400bp和600bp两种长度的 DNA分子，用EcoR I、KpnⅠ同时酶切后得到200bp和
600bp两种长度的DNA分子。下图中表示该DNA分子的酶
切图谱正确的是 ( )。
助学园地
助考园地
助学园地
助考园地
也不是天然β干扰素，而是经过改造的，是具备人类所需 优点的蛋白质，因而整个过程利用的生物技术应为蛋白质 工程。 答案 B
助学园地 助考园地
【例1】(天津理综卷)某致病基因h位于X染色体上，该基因和 正常基因H中的某一特定序列经BclⅠ酶切后，可产生大小 不同的片段(如图1，bp表示碱基对)，据此可进行基因诊
助学园地 助考园地
【例2】 (浙江理综卷)ada(腺苷酸脱氨酶基因)通过质粒pET28b 导入大肠杆菌并成功表达腺苷酸脱氨酶。下列叙述错误的 是 A.每个大肠杆菌细胞至少含一个重组质粒 ( )。
B.每个重组质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点
C.每个限制性核酸内切酶识别位点至少插入一个ada D.每个人的ada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子
章末整合
助学地
助考园地
与DAN有关的各种酶的比较
作用 限制酶 催化磷酸二酯键的断裂 应用 切割载体和目 的基因 用于重组载体 的构建 用于DNA的复 制 用于DNA的解 旋(复制和转录)
人教版高中生物选修3专题1第节蛋白质工程的崛起共40张PPT[可修改版ppt]
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赖氨酸的合成机理：
天冬氨酸激酶 负反氨酸
天冬氨酸激酶
（352位的苏氨酸） 二氢吡啶二羧酸合成酶
（104位的天冬酰胺）
改造
天冬氨酸激酶 （异亮氨酸） 二氢吡啶二羧酸合成酶 （异亮氨酸）
❖ 延长干扰素的体外保存时间 ❖ 提高玉米中赖氨酸的含量 ❖ 提高工业生产中蛋白质类酶的稳定性
1.3 蛋白质工程的研究内容及应用
Ø蛋白质是所有生命过程的存在形式，它以高度的特异性直 接推动数千种化学反应的进行，并以关键的结构元件组成所 有生物体的细胞和组织。 Ø蛋白质工程技术改造或创建新型工程蛋白，还能拓展功能 蛋白在工业、农业、医学等领域的应用范围其经济和社会效 益不可估量。 （1）通过改变酶的Km和Vm等动力学参数，提高其生化反应 的催化效率。 （2）通过提高酶与底物的亲和性，减少生物转化工程中副 产物的形成。 （3）通过增强功能蛋白对蛋白酶的抗降解性能，简化其分 离纯化工序并提高收率。
分子设计
蛋白质结构的分析
测定三级结构计 算机图像
酶的纯化生化 特性
蛋白质化学
1.2 基因的体外定向突变
在DNA水平上产生多肽编码顺序的特异性 改变称为基因的定性诱变。利用这项技术 一方面可对某些蛋白质进行定位改造，另 一方面还可以确定多肽链中某个氨基酸残 基在蛋白质结构及功能上的作用。一般而 言，含有单一或少数几个突变位点的基因 定向突变可选用下列几种策略。
1.4 蛋白质工程实施的必要条件
异亮氨酸
半胱氨酸
二、蛋白质工程崛起的缘由
思考：如果想让某一个生物的性状在另外一 个生物的身上表达，常用的方法有哪些？
1、在种内可以用什么方法？ 杂交育种
2、在种间可以用什么方法？
基因工程育种
人教版高中生物选修3专题1第节蛋白质工程的崛起(共26张PPT)
预期蛋白 质功能
蛋白质工程流程图
蛋白质三 分子设计 氨基酸序列
维结构
多肽链
DNA
合 成
基因 DNA
➢ 蛋白质工程的主要步骤通常包括：
（1）从生物体中分离纯化目的蛋白； （2）测定其氨基酸序列； （3）借助核磁共振和X射线晶体衍射等手段，尽可能地了解蛋
白质的二维重组和三维晶体结构;
（4）设计各种处理条件，了解蛋 白质的结构变化，包括折叠与去折 叠等对其活性与功能的影响；
比较：
说明：
1、蛋白质工程最终还是回到基因工程上来，因为蛋白质的合成由基因控制，所以说 蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程。 2、基因工程中的目的基因一般为自然存在的基因，而蛋白质工程中的基因不是自然 存在的。
三、蛋白质工程的进展和前景
• 1、蛋白质工程的诞生是有其理论与技术条件的， 它是随着分子生物学、晶体学以及计算机技术 的发展而诞生的，与基因组学、蛋白质组学、 生物信息学的发展等因素有关。
•
12、要记住，你不仅是教课的教师， 也是学 生的教 育者， 生活的 导师和 道德的 引路人 。2021/8/11202 1/8/112 021/8/1 1Wedn esday , August 11, 2021
13、He who seize the right moment, is the right man.谁把握机遇，谁就心想事成。2021/8/11202 1/8/112 021/8/1 12021/8 /118/11 /2021
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？
理论上讲可以，但目前还没有真正成功的例子。一些报 道利用细菌生产人类需要的蛋白质往往都是自然界已经存在 的蛋白质，并非完全是人工设计出来而自然不存在的蛋白质。 主要原因是蛋白质的高级结构非常复杂，人类对蛋白质的高 级结构和在生物体内如何行使功能知之甚少，很难设计出一 个崭新而又具有生命功能作用的蛋白质，而且一个崭新的蛋 白质会带来什么危害也是人们所担心的。
高二生物选修三蛋白质工程的崛起课件 PPT
确定蛋白质得功能→蛋白质应有得高级结构 →蛋白质应具备得折叠状态→应有得氨基酸 序列→应有得碱基排列,可以创造自然界不存 在得蛋白质
蛋白质得结构
蛋白质得一级结构
蛋白质得结构
蛋白质得二级结构
胰岛素得三级结构
蛋白质得结构
蛋白质得结构
血红蛋白分子就 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ是由二个由 141个氨基酸残 基组成得α亚基 和二个由146个 氨基酸残基组成 得β亚基按特定 得接触和排列组 成得一个球状蛋 白质分子,每个亚 基中各有一个含 亚铁离子得血红 素辅基。
“人类肝脏蛋白质组计划”就是国际上第一 个人类组织／器官得蛋白质组计划,由我国贺福 初院士牵头,这就是中国科学家第一次领衔得重 大国际科研协作计划,总部设在北京,目前有16个 国家和地区得80多个实验室报名参加。她得科 学目标就是揭示并确认肝脏得蛋白质,为重大肝 病预防、诊断、治疗和新药研发得突破提供重 要得科学基础。
高二生物选修三蛋白质工程的崛起 课件
专题1 基因工程 课题4 蛋白质工程得崛起
思考
怎样让一种生物得性状在另一种生物中 表达？
杂交育种
在种内可以用常规得杂交育种得办法实现,但要 使有生殖隔离得种间生物实现基因交流,就显 得力不从心了,则应采用什么技术？
基因工程
生物产生得天然蛋白质就是在长期进化过 程中产生得,她得结构和性能不能完全满足 人类生产生活得需要。
人类蛋白质组计划得深入研究将就是对蛋白 质工程得有力推动和理论支持。
Ø 蛋白质工程就就是在对蛋白质得化学、晶体学、 动力学等结构与功能认识得基础上,对蛋白质 人工改造与合成得产品。
Ø “后基因组时代”将就是“蛋白质组学时代”, 即从对基因信息得研究转向对蛋白质信息得研 究,包括研究蛋白质结构、功能与应用及蛋白 质相互关系和作用。
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。
中图版高中生物选修3 1.1.3蛋白质工程教案设计
蛋白质工程【教学目标】1．描述蛋白质工程的含义。
2．举例说出速效胰岛素制剂的生产过程。
3．简述蛋白质工程的应用。
【教学重点】蛋白质工程的应用。
【教学难点】蛋白质分子的设计。
【教学方法】探究法、讨论法、举例法。
【课时安排】1课时【教学过程】一、导入我们知道，将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能产生的蛋白质，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。
人们希望能够按照要求对蛋白质进行改造，于是1983年，美国一位科学家提出了蛋白质工程。
二、新授（一）蛋白质工程的概念（第二代基因工程）蛋白质工程就是根据蛋白质的精细结构和生物活性之间的关系，按照人类自身的需要，利用生物技术手段对蛋白质的DNA编码序列进行有目的的改造，从而创造出自然界本不存在的、具有优良特性的蛋白质分子。
蛋白质的改造是通过对相应基因的改造而实现的，所以蛋白质工程也被称为“第二代基因工程”。
注意：蛋白质工程与基因工程的重要区别就是基因工程生产的是自然界已有的蛋白质，蛋白质工程是对已有蛋白质进行改造，得到的是自然界没有的新型蛋白质。
（二）蛋白质的分子设计阅读探究活动，回答下列问题1．为什么要改造胰岛素分子？在正常人体内，血液中胰岛素的含量通常在进食后30~60min就达到高峰。
而目前使用的胰岛素制剂，注射120min后才出现高峰。
为生产速效型胰岛素制剂。
2．在速效型药物的生产过程中，科学家为什么必须大量收集胰岛素分子结构方面的信息？3．为什么胰岛素制剂发挥效应比血液中的胰岛素发挥效力要慢？通过实验证明，胰岛素在低浓度（小于10-19mol/l）时主要以单体形式存在，在高浓度（大于10-5mol/l）时则以二聚体的形式存在，从而延长了胰岛素从注射部位进入血液所需的时间。
中图版生物选修3第三节蛋白质工程
蛋白质工程一、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）什么缘故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.建议采纳“问题—探讨—新问题—再探讨”的教学模式。
本节内容是基因工程的延伸和进展。
由于蛋白质工程方才起步，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，建议采纳“问题—探讨—新问题—再探讨”的教学模式。
新课一开始，能够率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，在种内能够用常规杂交育种的方法实现，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。
于是取得了丰硕功效：大肠杆菌为人类生产出了胰岛素，牛的乳腺生物反映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。
但一个新问题显现了，生物产生的天然蛋白质是在长期进化进程中形成的，它的结构、性能不能完全知足人类生产和生活的需要。
为了加深这一点的熟悉，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。
如这人们又开始了新一轮的探讨，蛋白质工程应运而生了。
2.建议增强与已有知识的联系，用逆向思维的方式解决新问题。
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。
中心法则告知咱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。
因此蛋白质工程的原理应该是中心法则的逆推。
结合讲义中插图，能够较明确地说明这一点。
还有两点教学建议需要说明。
第一，蛋白质工程的诞生是有其理论与技术条件支撑的，正如讲义中开头描述的，它是随着分子生物学、晶体学和运算机技术的迅猛进展而诞生的，也与基因组学、蛋白质组学、生物信息学的进展等因素有关（本书“前沿动态”中有简要介绍）。
全优指导高中生物选修3课件：1-4 蛋白质工程的崛起 精
探究点
探究点蛋白质工程 问题导引 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? 完善下面的流程图,并回答问题。
探究点
Ⅰ
探究点
Ⅱ
探究点
(1)从Ⅰ过程可看出蛋白质工程的设计流程是中心法则的逆推过 程。 (2)蛋白质工程的直接操作对象是基因,并经过Ⅱ基因工程,最终 使改造的基因表达获得相应蛋白质,所以蛋白质工程也被称为第二 代基因工程。
1
2
3
4
5
4.下列不属于蛋白质工程成果的是( ) A.改造酶的结构,提高其热稳定性 B.生产鼠—人嵌合抗体 C.将干扰素分子中的半胱氨酸替换为丝氨酸 D.将人的胰岛素基因整合到大肠杆菌体内生产胰岛素 解析将人的胰岛素基因整合到大肠杆菌体内生产胰岛素,只是改变 了胰岛素基因的表达场所,并没有对胰岛素基因和胰岛素进行修饰 或改造,该过程属于基因工程,不属于蛋白质工程。 答案D
探究点
基因工程
蛋白质工程
操作水平 DNA 分子水平 人类需要的基因产物 目的 或具有新性状的生物 创造出自然界不存在的蛋白质 体 基因在不同生物体内 实质 通过改造基因,定向改造蛋白质 表达 蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代 联系 基因工程,因为是对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白 质,必须通过基因修饰或基因合成来实现
1.4 蛋白质工程的崛起
学 习 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。
思 维 脉 络
一
二
三
一、蛋白质工程崛起的缘由
一
二
三
一
二
三
二、蛋白质工程的基本原理
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第三节蛋白质工程
1．简述蛋白质工程。
2．蛋白质的分子设计。
(难点)
3．蛋白质工程的应用。
(重点)
1．蛋白质工程
(1)依据：蛋白质的精细结构和生物活性之间的关系。
(2)改造对象：利用生物技术手段对蛋白质的DNA编码序列或直接对蛋白质进行有目的的改造。
(3)产物：创造出自然界本不存在的、具有优良特性的蛋白质分子，也就是产生新的蛋白质。
(4)本质：改造控制该蛋白质合成的基因结构。
2．蛋白质的分子设计
(1)小范围改造
对已知结构的蛋白质进行少数氨基酸的替换。
(2)蛋白质拼接组装
对不同来源的蛋白质进行拼接组装。
(3)蛋白质从头设计
从氨基酸的排列顺序出发，设计制造出自然界不存在的全新蛋白质。
3．蛋白质工程的基础
蛋白质工程的基础是基因工程。
所以蛋白质工程又叫第二代基因工程。
[合作探讨]
蛋白质分子的设计是一项复杂而艰巨的工程，其基本流程可以用下图表示：
探讨1：构建新的蛋白质模型是分子设计的关键环节，你认为构建蛋白质模型的依据是什么？
提示：构建蛋白质模型的依据是控制这种蛋白质合成的基因以及蛋白质的空间结构。
探讨2：通过DNA合成形成的新基因怎样才能得到准确的表达？
提示：通过基因工程技术，将新基因导入大肠杆菌等受体细胞中，新基因在受体细胞中指导合成新的蛋白质。
探讨3：有的学者认为，蛋白质工程本身也是研究蛋白质结构和功能的一种有力工具。
你是怎么看待的？
提示：这些学者认识恰当，蛋白质结构直接影响其功能活性，要想研究蛋白质结构与功能的关系，蛋白质工程就是有力工具，利用这种工具可以改变蛋白质的空间结构，探究功能的改变而做出相应的科学结论。
[思维升华]
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，以满足人类的生产和生活的需求。
2．蛋白质工程的目标
是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。
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，最终还必须通过改造基因来完成。
3．蛋白质工程的基本途径
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)。