选修三专题一1.-4《蛋白质工程的崛起》教案(共5页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上专题一 1.4蛋白质工程的崛起一、 教案目标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、 教案重点和难点1.教案重点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.教案难点蛋白质工程的原理。三、 教案过程一、蛋白质工程崛起的缘由P26)引言: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
2、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。举例:P26干扰素例子、工业用酶的例子b5E2RGbCAP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。p1EanqFDPw二、蛋白质工程的原理回顾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。DXDiTa9E3d图1-4 遗传信息的流动方向
3、那么,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)RTCrpUDGiT小结:蛋白质工程的概念是研究蛋白质的结构及结构与功能的关系,然后人为地设计一个新蛋白质,并按这个设计的蛋白质结构去改变其基因结构,从而产生新的蛋白质。或者从蛋白质结构与功能的关系出发,定向地改造天然蛋白质的结构,特别是对功能基因的修饰,也可以制造新型的蛋白质。)5PCzVD7HxA思考:蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程有什么不同?答:基因工程是遵循中心法则,从DNAmRNA蛋白质折叠产生功能,基本上是生产出自然界已有的蛋白质。jLB
4、HrnAILg蛋白质工程是按照以下思路进行的:确定蛋白质的功能蛋白质应有的高级结构蛋白质应具备的折叠状态应有的氨基酸序列应有的碱基排列,可以创造自然界不存在的蛋白质。xHAQX74J0X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LDAYtRyKfE2、现状:成功的例子不多,主要是因为蛋白质发挥其功能需要依赖于正确的空间结构,而科学家目前对大多数蛋白质的空间结构了解很少。Zzz6ZB2Ltk科学探索之路的漫长、艰辛和永无止境。四、 答案和提示一)思考与探究1.蛋白
5、质工程是应怎样的需求而崛起的?提示供教师在教案中参考):蛋白质工程的崛起主要是工业生产和基础理论研究的需要。而结构生物学对大量蛋白质分子的精确立体结构及其复杂的生物功能的分析结果,为设计改造天然蛋白质提供了蓝图。分子遗传学的以定点突变为中心的基因操作技术为蛋白质工程提供了手段。dvzfvkwMI1在已研究过的几千种酶中,只有极少数可以应用于工业生产,绝大多数酶都不能应用于工业生产,这些酶虽然在自然状态下有活性,但在工业生产中没有活性或活性很低。这是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。提高蛋白质的稳定性是工业生产中一个
6、非常重要的课题。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。rqyn14ZNXI下面举一个如何通过蛋白质工程来提高重组-干扰素专一活性和稳定性的例子。干扰素是一种抗病毒、抗肿瘤的药物。将人的干扰素的cDNA在大肠杆菌中进行表达,产生的干扰素的抗病毒活性为106 U/mg,只相当于天然产品的十分之一,虽然在大肠杆菌中合成的-干扰素量很多,但多数是以无活性的二聚体形式存在。为什么会这样?如何改变这种状况?研究发现,-干扰素蛋白质中有3个半胱氨酸第17位、31位和141位),推测可能是有一个或几个半胱氨酸形成了不正
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