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1.4 蛋白质工程的崛起 教案
【教学目标】
1、知识与技能
（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。
2、过程与方法
（1）分析有关蛋白质工程方面的资料，进行整理、分析和交流；
（2）尝试运用逆向思维分析和解决问题。
3、情感态度与价值观
（1）参与小组合作交流，体验合作学习的乐趣；
（2）认同蛋白质工程理论研究与技术开发之间的关系。
【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。
【教学难点】
蛋白质工程的原理。
【课时安排】
1课时
【教具准备】
教学课件
【教学过程】
1、 新课导入
【情景导入】这是两把尺子，左边的尺子一端 ( http: / / www.21cnjy.com )没有开一个小孔，在户外工作不便携带，一番调研后，技术人员对模具稍加改进，便有了改进后的尺子（右边），方便了人们的使用。基因工程的应用，克服了远缘杂交的障碍，取得了丰硕成果，例如：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……人们实现了世界上现有基因在转基因生物中的表达。但是在生产实践中，人们又发现了新的问题。
二、新课学习
【问题探讨】同学们阅读教材P26内容，思考讨论解决下列问题：
1. 为什么要进行蛋白质工程研究呢 （基因 ( http: / / www.21cnjy.com )工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，这些天然的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。）21cnjy.com
2.科学家如何实现干扰素的体外保存 （将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，那么在—70℃的条件下可以保存半年）www.21-cn-jy.com
3. 如何提高玉米中赖氨酸的含量 （将天冬 ( http: / / www.21cnjy.com )氨酸激酶的第352位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶的第104位天冬酰氨酸变成异亮氨酸，可使玉米叶片和种子中的游离的赖氨酸分别5倍和2倍）21世纪教育网版权所有
4.你知道国际人类蛋白质组 ( http: / / www.21cnjy.com )计划吗？它与蛋白质工程有什么联系？我国科学家承担了什么任务？（人类蛋白质组计划是继人类基因组计划后，生命科学乃至自然科学领域一项重大的科学命题。2001年国际人类蛋白质组组织宣告成立。2003年该组织正式提出启动了两项重大国际合作行动：一项是由中国科学家牵头执行的“人类肝脏蛋白质组计划”；另一项是以美国科学家牵头执行的“人类蛋白质组计划”，由此拉开了蛋白质组计划的帷幕。）
阅读后，总结得出答案进行小组内交流、讨论，由代表与大家分享观点，老师指导同学们相互交流，并点评、补充。2·1·c·n·j·y
【总结】一、蛋白质工程崛起的缘由
1原因：基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，不一定完全符合人类生产和生活的需要。
2.例子：
【过渡】对天然蛋白质进行改造，你觉得应该怎么进行呢？带着问题一起来学习P26-27内容。
【问题导学】
1.蛋白质工程的目标是什么？通过何手段完成？（根据众对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计。需通过基因工程完成。）21·cn·jy·com
2.用你的语言表述天然蛋白质合成的过程 ( http: / / www.21cnjy.com )？ （天然蛋白质合成的过程是按照中心法则进行的：基因→表达（转录和翻译）→形成氨基酸序列的多肽链→形成具有高级结构的蛋白质→行使生物功能） 21*cnjy*com
3.简述蛋白质工程的基本操作过程？（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→找到相应的脱氧核苷酸序列（基因））21教育名师原创作品
分析信息后进行小组内交流、讨论，由代表与大家分享观点，老师指导同学们相互交流，并点评、补充。
【总结】二、蛋白质工程的基本原理
1.目标：根据众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.操作手段：通过基因工程完成
3.操作过程：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→找到相应的脱氧核苷酸序列（基因）21教育网
【过渡】了解了有关蛋白质工程的原理后，我们一起来解决实际的问题，请阅读P27讨论内容。
【讨论】 某多肽链的一段氨基酸序列是：……——丙氨酸——色氨酸——赖氨酸——甲硫氨酸——苯丙氨酸——……www-2-1-cnjy-com
1. 怎样取出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？请把相应的碱基序列写出来。（
mRNA：GCU(或C或A或G)UGGAAA（或G）AUGUUU（或C）
DNA的一条链：CGA（或G或T或C）ACCTTT（或C）TACAAA（或G）
2 .确定目的基因的碱基序列后，怎 ( http: / / www.21cnjy.com )样才能合成或改造目的基因（DNA）？（确定目的基因的碱基序列后，就可以根据人类的需要改造它，通过人工合成的方法或从基因库中获取）
3.什么是蛋白质工程呢？（蛋白质工 ( http: / / www.21cnjy.com )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。）21*cnjy*com
分析信息后进行小组内交流、讨论，由代表与大家分享观点，老师指导同学们相互交流，并点评、补充。师生最后再总结出蛋白质工程的概念。
【总结】
4. 蛋白质工程：指以蛋白质分子的结构规律及 ( http: / / www.21cnjy.com )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【来源：21cnj*y.co*m】
【异想天开】了解了蛋白质工 ( http: / / www.21cnjy.com )程，能不能人类需要的蛋白质的结构，设计相应的基因，导入适合的细菌中，让细菌生产人类所需要的蛋白质食品呢？（理论上可以，但目前没胡真正成功的例子。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。）
引导同学大胆想象，并与大家分享观点，老师指导同学们相互交流，并点评、补充。
【过渡】蛋白质工程取得的进展向人们展示出诱人的前景。请大家阅读P28回答以下问题：
1. 蛋白质工程取得的成就有哪些？(科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效型药品)
2.发展过程中遇到哪些问题？（成功例子不多）
分析信息后进行小组内交流、讨论，由代表与大家分享观点，老师指导同学们相互交流，并点评、补充。
老师总结：蛋白质工程是一项难度很大的工程，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音。
三、课堂小结
通过对蛋白质工程的学习， ( http: / / www.21cnjy.com )我们要能举例说出蛋白质工程崛起的缘由，并能简述蛋白质工程的原理，学会运用逆向思维分析和解决问题，掌握前沿的科学知识，将知识应用于生产实践。21cnj*y.co*m】【版权所有：21教育】
四、课堂练习
枯草杆菌产生的蛋白酶具有催化分解蛋白质 ( http: / / www.21cnjy.com )的特性，但极易被氧化而失效。1985年，美国的埃斯特尔将枯草杆菌蛋白酶分子中的第222位氨基酸替换后，虽然其水解活性有所下降，但抗氧化能力大大提高。用这种水解酶作为洗涤剂的添加剂，可以有效地除去血渍、奶渍等蛋白质污渍。2-1-c-n-j-y
（1）改造枯草杆菌蛋白酶的生物技术是 。
（2）改造后的枯草杆菌中的控制合成蛋白酶的基因与原来相比，至少有 个碱基对发生变化。
（3）利用生物技术改造蛋白质，是提高了 ( http: / / www.21cnjy.com )蛋白质的 性，埃斯特尔所作的工作是对已知蛋白质进行 。【出处：21教育名师】
参考答案：（1）蛋白质工程 （2）1 （3）稳定 少数氨基酸的替换
【板书设计】
一、蛋白质工程崛起的缘由
1原因：基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，不一定完全符合人类生产和生活的需要。
2.例子：
二、蛋白质工程的基本原理
1.目标：根据众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.操作手段：通过基因工程完成
3.操作过程：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→找到相应的脱氧核苷酸序列（基因）【来源：21·世纪·教育·网】
4. 蛋白质工程：指以蛋白质分子的 ( http: / / www.21cnjy.com )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21·世纪*教育网
三、蛋白质工程的进展和前景
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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蛋白质工程的崛起
选修3《现代生物科技专题》第1章第4节
情景导入
尺子（无小圆孔）
尺子（有小圆孔）
对模具进行了适当的改进
新课导入
1. 为什么要进行蛋白质工程研究呢
2.科学家如何实现干扰素的体外保存
3. 如何提高玉米中赖氨酸的含量
4.你知道国际人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什么联系？我国科学家承担了什么任务？
【问题探讨】
实例1：干扰素的保存
天然的干扰素在体外保存相当困难。
如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，那么在—70℃的条件下，可以保存半年。
玉米中赖氨酸含量比较低，原因是赖氨酸浓度达到一定时会抑制赖氨酸合成过程中的两个关键酶—天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的活性，所以赖氨酸含量很难提高。如果将天冬氨酸激酶的第352位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中104位的天冬氨酰变成异亮氨酸，可使玉米叶片和种子中游离的赖氨酸含量分别提高5倍和2倍。
实例2:提高玉米赖氨酸含量
一、蛋白质工程崛起的缘由
1原因：基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，不一定完全符合人类生产和生活的需要。
2.例子：
1.蛋白质工程的目标是什么？通过何手段完成
2.用你的语言表述天然蛋白质合成的过程？
3.简述蛋白质工程的基本操作过程？
【问题导学】
DNA
RNA
蛋白质
转录
翻译
逆转录
复制
中心法则
预期蛋白质功能→
设计 →
推测应有的 序列→
找到对应的 序列。
根据人们对蛋白质 的特定需求，对蛋白质的 进行分子设计。
二、蛋白质工程的基本原理
结构
预期的蛋白质
氨基酸
脱氧核苷酸
功能
改造基因(基因 或基因 )。
操作手段
目标
操作过程
修饰
合成
.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，DNA→mRNA→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。
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
蛋白质的一级结构
蛋白质的二级结构
胰岛素的三级结构
血红蛋白质的四级结构
血红蛋白分子就是由二个由141个氨基酸残基组成的α亚基和二个由146个氨基酸残基组成的β亚基按特定的接触和排列组成的一个球状蛋白质分子，每个亚基中各有一个含亚铁离子的血红素辅基。
某多肽链的一段氨基酸序列是：……——丙氨酸——色氨酸——赖氨酸——甲硫氨酸——苯丙氨酸——……
1.怎样取出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？请把相应的碱基序列写出来。
2. 确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因（DNA）？
3.什么是蛋白质工程呢？
【讨论】
密码子表
三、蛋白质工程的概念
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，以满足人类对生产和生活的需求。
蛋白质工程的实质：
是对编码蛋白质的基因进行改造
了解了蛋白质工程，能不能人类需要的蛋白质的结构，设计相应的基因，导入适合的细菌中，让细菌生产人类所需要的蛋白质食品呢？
【异想天开】
1. 蛋白质工程取得的成就有哪些？
2.发展过程中遇到哪些问题
【问题思考】
四、蛋白质工程的进展和前景
进展
胰岛素速效型药品
前景
制作电子元件
现状
蛋白质的功能主要依赖于其正确而又极其复杂的高级结构，目前科学家对大多数蛋白质的高级结构了解还不够，要设计出更加符合人类需求的蛋白质换需经过艰辛的探索。
课堂小结
通过对蛋白质工程的学习，我们要能举例说出蛋白质工程崛起的缘由，并能简述蛋白质工程的原理，学会运用逆向思维分析和解决问题，掌握前沿的科学知识，将知识应用于生产实践。
枯草杆菌产生的蛋白酶具有催化分解蛋白质的特性，但极易被氧化而失效。1985年，美国的埃斯特尔将枯草杆菌蛋白酶分子中的第222位氨基酸替换后，虽然其水解活性有所下降，但抗氧化能力大大提高。用这种水解酶作为洗涤剂的添加剂，可以有效地除去血渍、奶渍等蛋白质污渍。
（1）改造枯草杆菌蛋白酶的生物技术是 。
课堂练习
枯草杆菌产生的蛋白酶具有催化分解蛋白质的特性，但极易被氧化而失效。1985年，美国的埃斯特尔将枯草杆菌蛋白酶分子中的第222位氨基酸替换后，虽然其水解活性有所下降，但抗氧化能力大大提高。用这种水解酶作为洗涤剂的添加剂，可以有效地除去血渍、奶渍等蛋白质污渍。
（2）改造后的枯草杆菌中的控制合成蛋白酶的基因与原来相比，至少有 个碱基对发生变化。
（3）利用生物技术改造蛋白质，是提高了蛋白质的 性，埃斯特尔所作的工作是对已知蛋白质进行 。
参考答案：
（1）蛋白质工程
（2）1
（3）稳定 少数氨基酸的替换
★ 板书设计
一、蛋白质工程崛起的缘由
二、蛋白质工程的基本原理
三、蛋白质工程的进展和前景
1原因：
2.例子：
1.目标：
2.操作手段：
3.操作过程：
4. 概念：
