3.4蛋白质工程的原理和应用 学案- 高二生物人教版（2019）选择性必修3.doc

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1、生物导学案 创编人：伦莉莉 审核人： 使用时间： 第 周 第 课时 编号：01第三章第四节 蛋白质工程的原理和应用 预习案班级： 小组： 姓名： 小组评价： 教师评价：【学习目标】1.概述人们根据基因工程原理，进行蛋白质设计和改造，可以获得性状和功能符合人类要求的蛋白质。2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。【使用说明】1. 通读教材（93页-95页）一遍，再依据导学案问题提示，进一步研读教材一遍，并用铅笔标记和勾画问题的答案。2.在研读课本的基础上，独立填写预习案，规范书写，将疑问写在疑问栏。【重点难点】蛋白质工程的原理【情景导学】探究点：阅读教材P93-9

2、5相关内容，讨论并交流下列问题：一、蛋白质工程1概念(1)基础：蛋白质分子的 及其与 的关系。(2)手段：通过 或 ，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 。2理论和技术条件： 、 以及 技术的迅猛发展。二、蛋白质工程崛起的缘由1基因工程的实质：将一种生物的 转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能产生的 ，进而表现出 。2基因工程的不足：基因工程在原则上只能产生自然界中 的蛋白质。3天然蛋白质的不足：天然蛋白质的结构和功能符合 生存的需要，却不一定完全符合 的需要。4实例：玉米中赖氨酸的含量比较低，赖氨酸合成中两种酶的 被替换，就可以使玉米

3、叶片和种子中游离赖氨酸分别提高5倍和2倍。三、蛋白质工程的基本原理1目标：根据人们对 功能的特定需求，对蛋白质的结构进行设计改造。2方法： 或 。3流程：预期蛋白质功能设计预期的 推测应有的 序列找到相对应的 序列(基因)或合成新的 获得所需要的蛋白质。四、蛋白质工程的应用1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 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 ，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 变成 ，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 “嫁接”到人的抗体上，降低了诱发人体

4、免疫反应的强度。2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 。(2)改造某些重要的酶：利用蛋白质工程改造参与 的酶，以提高植物光合作用的效率。【预习自测】判断对错(正确的打“”，错误的打“”)1蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结构。()2蛋白质工程能产生自然界中不存在的新型蛋白质分子。( )3实施蛋白质工程的前提条件是了解蛋白质结构和功能的关系。( )4基因工程遵循中心法则，而蛋白质工程不遵循。( )5根据某多肽链的一段氨基酸序列，可以很容易地确定控制该肽链合成的基因的脱氧核苷酸序列。( )6蛋白质工程是一项

5、难度很大的工程，主要是因为人们对蛋白质复杂的高级结构没有完全认识。( )【体系构建】【我的疑问】：第三章第四节 蛋白质工程的原理和应用 探究案班级： 小组： 姓名： 小组评价： 教师评价：【学习目标】1.明确基因的碱基排列顺序蛋白质的结构蛋白质功能的关系。2尝试通过蛋白质工程技术，根据人类需要的蛋白质结构，设计改造某一蛋白质的设计流程。【情景构建】蛋白质工程与基因工程的比较项目蛋白质工程基因工程区别起点预期蛋白质功能目的基因过程预期蛋白质功能设计蛋白质结构推测氨基酸序列推测脱氧核苷酸序列合成DNA表达出蛋白质获取目的基因构建基因表达载体导入受体细胞目的基因的检测与鉴定实质通过改造相应的基因达到

6、对蛋白质进行改造的目的基因重组结果可以创造出自然界不存在的蛋白质生产自然界已存在的蛋白质应用及现状主要集中在对现有蛋白质进行改造，如干扰素、天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶等对创造新的蛋白质还有许多技术难题未突破，因为蛋白质高级结构非常复杂，人们对此知之甚少已被广泛应用，如转基因植物、动物、药品生产等已商业化基因治疗仅处于初期的临床试验阶段联系蛋白质工程获得目的基因后，需要通过基因工程获得预期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合作探究：(1)为什么蛋白质工程不是直接改造蛋白质而是通过基因改造和基因合成来完成？(2)蛋白质工程的操作程序的基本思路与基因工程有什么不同

7、？【情景构建】合作探究：1.利用蛋白质工程将干扰素分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸,如何对现有的基因进行改造?2. 某同学认为只要知道了氨基酸的序列就可以利用蛋白质工程制造出各种特定功能的蛋白质,你认为他的说法科学吗?说明你的理由。第三章第四节 蛋白质工程的原理和应用 训练案班级： 小组： 姓名： 小组评价： 教师评价【训练目标】1.能够运用蛋白质工程的原理解决实际问题。4.能够运用蛋白质工程应用的实例解决实际问题。1蛋白质工程中需要直接进行操作的对象是()A氨基酸结构B蛋白质空间结构C肽链结构D基因结构2基因工程与蛋白质工程的区别是()A基因工程需对基因进行分子水平操作，蛋白质工程不对基因进行

8、操作B基因工程合成的是天然存在的蛋白质，蛋白质工程合成的不是天然存在的蛋白质C基因工程是分子水平操作，蛋白质工程是细胞水平(或性状水平)操作D基因工程完全不同于蛋白质工程3蛋白质工程在设计蛋白质结构时依据的是()A基因功能B蛋白质功能C氨基酸序列DmRNA密码子序列4蛋白质工程的基本操作程序正确的是()蛋白质分子结构合成DNA合成mRNA合成蛋白质的预期功能根据氨基酸的序列推出脱氧核苷酸的序列ABCD5葡萄糖异构酶(GI)在工业上应用广泛，为提高其热稳定性，科学家对GI基因进行体外定点诱变，以脯氨酸(Pro138)替代Gly138，含突变体的重组质粒在大肠杆菌中表达，结果最适反应温度提高101

9、2 。这属于生物工程中的()A基因工程 B蛋白质工程C发酵工程 D酶工程6糖尿病是近年来高发的“富贵病”，常见类型有遗传型糖尿病和型糖尿病。遗传型糖尿病的主要病因之一是胰岛受损。科研机构作出如下设计：取糖尿病患者的细胞，将人的正常胰岛素基因导入其中，然后进行细胞培养，诱导产生胰岛组织，重新植入患者的胰岛，使胰岛恢复功能。型糖尿病需要注射胰岛素治疗。目前临床使用的胰岛素制剂注射120 min后才出现高峰，与人体生理状态不符。科研人员通过一定的工程技术手段，将胰岛素B链的28号和29号氨基酸互换，获得了速效胰岛素，速效胰岛素已通过临床试验。(1)对遗传型糖尿病进行基因治疗的方案中，胰岛素基因称为_

10、，实验室中要先对该基因利用_技术进行扩增。将该基因导入正常细胞所用的方法是_。(2)科研人员利用蛋白质工程合成速效胰岛素，该技术的实验流程为：其中，流程A是_，流程B是_。(3)与基因工程相比，蛋白质工程是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_或基因_，对现有蛋白质进行_，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产生活需要。7已知生物体内有一种蛋白质(P)，该蛋白质是一种转运蛋白，由305个氨基酸组成。如果将P分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸，240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸，改变后的蛋白质(P1)不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性。回答下列问题：(1)从上述资料可知，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的_进行改造。(2)以P基因序列为基础，获得P1基因的途径有修饰_基因或合成_基因。所获得的基因表达时是遵循中心法则的，中心法则的全部内容包括_的复制；以及遗传信息在不同分子之间的流动，即：_。(3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程，其基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过_和_，进而确定相对应的脱氧核苷酸序列，据此获得基因，再经表达、纯化获得蛋白质，之后还需要对蛋白质的生物_进行鉴定。7