蛋白质工程的原理和应用教案--高二下学期生物人教版选择性必修3.docx

生物技术与工程 第3章 基因工程3.4蛋白质工程的原理和应用 教学设计一、教学目标的确定1、说出蛋白质工程崛起的缘由。2、概述蛋白质工程的原理。3、举例说明对现有蛋白质的编码基因进行改造，获得人类所需要的蛋白质的过程。二、教学重难点1、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。2、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。三、教学设计思路通过“从社会中来”用细菌“画画”的情境激发学生的兴趣，让学生了解到，要想做到用细菌“画画”，需要对原有的绿色荧光蛋白进行设计和改造。展示“人重组干扰素”药品的包装盒图片，解释之所以称作重组干扰素是由于天然干扰素很难体外保存，人类通过改变干扰素的某一氨基酸分子改变了干扰素的特性。像这样对蛋白质分子进行设计和改造的操作属于蛋白质工程的范畴。课件展示细菌“画画”，通过“人重组干扰素”的合成原理引入蛋白质工程这一概念创设情境新课导入剖析蛋白质工程的概念蛋白质工程的概念与解读天然蛋白质不一定完全符合特定物种生存的需要蛋白质工程崛起的缘由中心法则逆序蛋白质工程的基本原理医药工业、其他工业蛋白质工程的应用四、教学步骤1、新课导入课件展示细菌“画画”作品。教师：画画很常见，但是用细菌创作色彩斑斓的“画”，很多学生可能是第一次见到。这样的作品是通过什么方法完成的呢？学生：这些细菌能够发出荧光。教师：最早被发现的荧光蛋白是绿色荧光蛋白，科学家通过改造它，并导入到细菌体内，使细菌能够发出各种颜色的荧光。这些荧光蛋白在细胞内生命活动的检测、肿瘤的示踪研究等领域有着重要的应用。提问：在上一节课基因工程的应用的学习中，我们已经了解过“人重组干扰素”生产方法，课件展示“人重组干扰素”的药品包装盒图片。重组干扰素与天然干扰素有什么不同，为什么要对其进行“重组”呢？学生：天然干扰素无法体外保存（预习得知）教师：科学家将干扰素分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，就使其在-70的条件下可以保存半年。提问：这种对天然蛋白质进行设计和改造的操作技术属于什么工程呢？学生：蛋白质工程。教师：下面我们一起来了解一下蛋白质工程的概念。2、新课讲授ü 概念（1）基础：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。（2）手段：通过基因改造或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质。（3）目的：获得满足人类的生产和生活需求的蛋白质。ü 理论和技术条件：分子生物学、晶体学以及计算机技术的迅猛发展。（一） 蛋白质工程崛起的缘由ü 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。ü 基因工程的不足：基因工程在原则上只能产生自然界中已存在的蛋白质。ü 天然蛋白质的不足：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。ü 实例：玉米中赖氨酸的含量比较低，赖氨酸合成中两种酶的氨基酸被替换，就可以使玉米叶片和种子中游离赖氨酸分别提高5倍和2倍。（二）蛋白质工程的基本原理ü 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设计改造。ü 方法：改造基因或合成基因。ü 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）或合成新的基因获得所需要的蛋白质。课件展示基因工程和蛋白质工程的比较。（三）蛋白质工程的应用ü 在医药工业方面的应用（1）研发速效胰岛素类似物：科学家通过改造胰岛素基因使B链28位脯氨酸替换为天冬氨酸或者将它与29位的赖氨酸交换位置，从而有效抑制了胰岛素的聚合，研发出速效胰岛素类似物。（2）提高干扰素的保存期：将干扰素分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，提高了干扰素的保存时间。（3）改造抗体：将小鼠单克隆抗体上结合抗原的区域“嫁接”到人的抗体上，降低了诱发人体免疫反应的强度。ü 在其他工业和农业方面的应用（1）改进酶的性能或开发新的工业用酶：利用蛋白质工程获得蛋白酶的多种突变体。（2）改造某些重要的酶：利用蛋白质工程改造参与调控光合作用的酶，以提高植物光合作用的效率。课件展示“到社会中去”。3、课堂小结基因蛋白质工程是一项难度很大的工程，主要是因为蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构，而这种高级结构往往十分复杂。科学家要设计出更加符合人类需要的蛋白质，还需要不断地攻坚克难，我们相信，随着科学技术的深入发展，蛋白质工程将会给人类带来更多的福祉。六、板书设计学科网（北京）股份有限公司