选修三《1.4蛋白质工程的崛起》教学设计彭妙君一、教材分析《蛋白质工程的崛起》是高中生物人教版选修3《现代生物科技专题》专题1《基因工程》的第四节的内容。
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。
本节内容较少，课程标准的要求也不高，对本节知识的处理要从挖掘教材文字上入手，让学生明白蛋白质工程与基因工程的区别与联系、蛋白质工程的操作过程、蛋白质工程目前的现状。
蛋白质工程成功的例子不多，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。
这样的学习，可以使学生认识到科学探索之路的漫长、艰辛和永无止境。
二、学情分析学生在必修一和必修二的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。
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。
结合课本中插图说明蛋白质工程的原理应该是中心法则的逆推。
三、教学目标：（一）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。
3.尝试运用逆向思维分析和解决问题。
（二）过程与方法：1.通过实例了解蛋白质工程崛起的缘由2.利用逆向思维，通过让学生上讲台板书的方法来体现蛋白质工程的过程。
（三）情感态度价值观通过教学激发学生的想象力和创造力，培养学生探究科研的精神。
四、教学重点和难点：蛋白质工程的原理。
五、教学方法：讲授法、谈话法六、教学准备：让学生课前完成导学案七、教学过程：八、教学反思：在教学过程中，给学生自主阅读和思考的时间，指导学生加强与已有知识的联系，用逆向思维的方法解决新问题，把课堂的大部分时间还给学生，让学生通过自主学习、观察、讨论来学习。
区别基因工程和蛋白质工程的不同，认同蛋白质工程是第二代基因工程。
课堂给学生上讲台展示的机会，能够锻炼学生的胆量，提高学生自主学习的兴趣，增强学生信心。
感谢您的阅读，祝您生活愉快。
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【成才之路】2021高中生物专题1 第4节蛋白质工程的崛起同步练习新人教版选修3一、选择题1．蛋白质工程制造的蛋白质是( )A．天然蛋白质B．稀有蛋白质C．自然界中不存在的蛋白质D．血红蛋白质[答案] C2．蛋白质工程中 ,要对蛋白质结构进行设计改造 ,必须通过基因修饰或基因合成来完成 ,而不是直接改造蛋白质的原因是( )A．缺乏改造蛋白质所必需的工具酶B．改造基因易于操作且改造后能够遗传C．人类对大多数蛋白质高级|结构知之甚少D．蛋白质中氨基酸的排列顺序千变万化 ,操作难度大[答案] B[解析] 蛋白质工程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 .蛋白质工程的直接操作对象是基因 ,并且改造后能够遗传；假设直接改造蛋白质 ,其性状不能遗传 .3．蛋白质工程的根本流程是( )①蛋白质分子结构设计②DNA合成③预期蛋白质功能④据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列A．①→②→③→④B．④→②→①→③C．③→①→④→②D．③→④→①→②[答案] C4．蛋白质工程的根底是( )A．基因工程B．细胞工程C．发酵工程D．酶工程[答案] A[解析] 蛋白质工程是基因工程的延续 ,是在基因工程根底上开展起来的 .进行蛋白质分子设计后 ,需要应用高效的基因工程来进行蛋白质的合成 .5．蛋白质工程与基因工程相比 ,其突出特点是( )A．基因工程原那么上能生产任何蛋白质B．蛋白质工程能对现有的蛋白质进行改造 ,那么制造一种新的蛋白质C．蛋白质工程可以不通过转录和翻译来实现D．蛋白质工程是在基因工程的根底上延伸出来的第三代基因工程[答案] B[解析] 蛋白质工程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 ,是延伸出来的第二代基因工程 .6．以下关于蛋白质工程应用的表达不正确的选项是( )A．蛋白质工程可以改造酶的结构 ,提高酶的热稳定性B．通过蛋白质工程可以改变蛋白质的活性C．利用蛋白质工程可以在大肠杆菌细胞中得到人的胰岛素D．蛋白质工程可以对胰岛素进行改造和修饰 ,合成速效型胰岛素制剂[答案] C[解析] 蛋白质工程是依据人们设计的蛋白质分子结构 ,来改造基因 ,进而控制合成新的蛋白质或改变自然界中的蛋白质 ,而在大肠杆菌中生产人胰岛素利用基因工程技术便可到达 .二、非选择题7．(2021·德州检测)以下图为蛋白质工程操作的根本思路 ,请据图答复以下问题：(1)代表蛋白质工程操作思路的过程是__________________ ,代表中|心法那么内容的是__________ .(填写数字)(2)写出图中各数字代表的生物学过程的名称或内容：①____________ ,②__________ ,③__________ ,④____________ ,⑤____________ .(3)蛋白质工程的目的是________________ ,通过___________________________实现 .(4)从图中可以看出蛋白质工程的根本途径与中|心法那么是____________的 .[答案] (1)④⑤①②③(2)转录翻译折叠分子设计DNA合成(3)对蛋白质的结构进行分子设计基因合成或改造(4)相反8．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________ .(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 ,提高了蛋白质的______性 ,埃斯特尔所做的工作是对蛋白质进行_________________________________________________________________ .[答案] (1)蛋白质工程(2)1(3)稳定少数氨基酸的替换[解析] 此题考查蛋白质工程的有关问题 .基因中的3个碱基对决定mRNA上3个碱基 ,mRNA上3个相邻碱基决定一个氨基酸 .利用生物技术改造蛋白质能够提高蛋白质的稳定性 .一、选择题1．科学家为提高玉米中赖氨酸含量 ,方案将天冬氨酸激酶的第352位苏氨酸变成异亮氨酸 ,将二氢吡啶二羧酸合成酶中第104位的氨基酸由天冬氨酸变成异亮氨酸 ,这样就可以使玉米叶片和种子中的游离赖氨酸含量分别提高5倍和2倍 .以下对蛋白质的改造 ,操作正确的选项是( )A．直接通过分子水平改造蛋白质B．直接改造相应的mRNAC．对相应的基因进行操作D．重新合成新的基因[答案] C[解析] 蛋白质工程的目的是对蛋白质进行改造 ,从而使蛋白质的功能满足人们的需要 .而蛋白质功能与其高级|结构密切相关 ,蛋白质高级|结构又非常复杂 ,所以直接对蛋白质进行改造非常困难 .而蛋白质是由基因控制合成的 ,对基因进行操作却容易得多 .另外 ,改造后的基因可以遗传 ,如对蛋白质直接改造 ,即使成功也不能遗传 .2．当前医学上 ,蛋白质工程药物正逐步取代第|一代基因工程多肽蛋白质类替代治疗剂 ,那么基因工程药物与蛋白质工程药物的区别是( )A．都与天然产物完全相同B．都与天然产物不相同C．基因工程药物与天然产物相同 ,蛋白质工程药物与天然产物不相同D．基因工程药物与天然产物不相同 ,蛋白质工程药物与天然产物完全相同[答案] C3．(2021·潍坊检测)以下关于蛋白质工程和基因工程的比拟 ,不合理的是( )A．基因工程原那么上只能生产自然界已存在的蛋白质 ,而蛋白质工程可以对现有蛋白质进行改造 ,从而制造一种新的蛋白质B．蛋白质工程是在基因工程的根底上开展起来的 ,蛋白质工程最|终还是要通过基因修饰或基因合成来完成C．当得到可以在－70℃条件下保存半年的干扰素后 ,在相关酶、氨基酸和适宜的温度、pH条件下 ,干扰素可以大量自我合成D．基因工程和蛋白质工程产生的变异都是可遗传的[答案] C[解析] 基因工程原那么上只能生产自然界已存在的蛋白质 ,而蛋白质工程可以对现有蛋白质进行改造 ,从而制造一种新的蛋白质；蛋白质工程是在基因工程的根底上开展起来的 ,蛋白质工程最|终还是要通过基因修饰或基因合成来完成 ,这样产生的改变才能遗传下去；蛋白质不是遗传物质 ,不可能自我合成；由于基因工程和蛋白质工程都是对基因进行操作 ,因此 ,基因工程和蛋白质工程产生的变异都是可遗传的 .4．蛋白质工程中对蛋白质分子进行设计时 ,主要包括哪几种( )①进行少数氨基酸的替换②对不同来源的蛋白质的拼接③从氨基酸的排列顺序出发设计全新的蛋白质④直接改变蛋白质的空间结构A．①②B．①②③C．②③④D．①②④[答案] B[解析] 蛋白质工程中对蛋白质分子进行设计时 ,不能直接改变蛋白质的空间结构 .但是能进行少数和氨基酸的替换 ,能对不同来源的蛋白质进行拼接 ,能够从氨基酸的排列顺序出发设计全新的蛋白质 .故此题的正确的答案为B .5．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|适反响温度提高10～12℃ .这属于( )A．基因工程B．蛋白质工程C．发酵工程D．酶工程[答案] B[解析] 酶工程的重点在对于已存在的酶合理充分利用(如加酶洗衣粉、嫩肉粉等) ,而蛋白质工程的重点那么在于对已存在的蛋白质分子的改造 .通常所说的酶工程是用工程菌生产酶制剂 ,而没有经过由酶的功能来设计酶的分子结构 ,然后由酶的分子结构来确定相应基因的碱基序列等步骤 .因此 ,答案选B .6．猪的胰岛素用于人体降低血糖浓度效果不明显 ,原因是猪胰岛素分子中有一个氨基酸与人的胰岛素不同 .为了使猪胰岛素临床用于人治疗糖尿病 ,用蛋白质工程的蛋白质分子设计的最|正确方案是( )A．将猪胰岛素进行一个不同氨基酸的替换B．将猪胰岛素和人胰岛素进行拼接组成新的胰岛素C．将猪胰岛素和人的胰岛素混合在一起治疗糖尿病D．根据人的胰岛素设计制造一种全新的胰岛素[答案] A[解析] 猪胰岛素同人胰岛素只有一个氨基酸不同 ,只要替换掉这个氨基酸就可以了 ,制造一种全新的胰岛素非常困难 ,而且一个崭新的蛋白质会带来什么危害也是人们所担忧的 .二、非选择题7．绿色荧光蛋白(GFP)能在蓝光或紫外光的激发下发出荧光 ,这样借助GFP发出的荧光就可以跟踪蛋白质在细胞内部的移动情况 ,帮助推断蛋白质的功能 .如图为我国首|例绿色荧光蛋白(GFP)转基因克隆猪的培育过程示意图 ,据图答复：(1)图中通过过程①、②形成重组质粒 ,需要限制酶切取目的基因、切割质粒 .限制酶Ⅰ的识别序列和切点是 -G↓GATCC - ,限制酶Ⅱ的识别序列和切点是 -↓GATC - .在质粒上有酶I的一个切点 ,在目的基因的两侧各有1个酶Ⅱ的切点 .在DNA连接酶的作用下 ,上述两种不同限制酶切割后形成的黏性末端能否连接起来 ?________ ,理由是_________________________________________________________ .(2)过程③将重组质粒导入猪胎儿成纤维细胞时 ,采用最|多也最|有效的方法是________________________________________________________________________ .(3)如果将切取的GFP基因与抑制小猪抗原表达的基因一起构建到载体上 ,GFP基因可以作为基因表达载体上的标记基因,其作用是______________________________________ .获得的转基因克隆猪 ,可以解决的医学难题是________________________________ .(4)目前科学家们通过蛋白质工程制造出了蓝色荧光蛋白、黄色荧光蛋白等 ,采用蛋白质工程技术制造出蓝色荧光蛋白过程的正确顺序是：________(用序号表示) .①推测蓝色荧光蛋白的氨基酸序列和基因的核苷酸序列②蓝色荧光蛋白的功能分析和结构设计③蓝色荧光蛋白基因的修饰(合成)④表达出蓝色荧光蛋白[答案] (1)可以连接由两种不同限制酶切割后形成的黏性末端是相同的(或是可以互补的)(2)显微注射技术(3)鉴定受体细胞中是否含有目的基因供体器官缺乏和免疫排斥(4)②①③④[解析] 此题考查基因程和蛋白质工程的相关知识 .(1)由于两种限制酶切割形成的黏性末端是相同的 ,可以互补配对 ,因此可用DNA连接酶进行相互 "缝合〞 .(2)基因工程中目的基因导入动物细胞的方法是显微注射法 .(3)基因表达载体上标记基因的作用是为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因；获得转基因猪 ,可以解决医学上供体器官缺乏和免疫排斥问题 .(4)蛋白质下程操作流程的正确顺序是②、①、③、④ .8．以下图表示形成鼠 -人嵌合抗体的过程 .请据图答复：(1)改造鼠源抗体 ,生产鼠 -人嵌合抗体 ,属于________(生物工程)的范畴 .图示该过程中 ,根据预期的嵌合抗体功能 ,设计嵌合抗体的结构 ,最|终必须对________进行操作 .(2)从鼠杂交瘤细胞中获得可变区的特定基因 ,然后与人的抗体恒定区基因连接 ,需要的工具酶是________ .重组基因是否翻译成蛋白质 ,需要从转基因鼠中别离、提取________ ,利用相应的抗体进行抗原 -抗体杂交 .(3)在鼠 -人嵌合抗体进入人体内后 ,识别抗原的区域是________区 ,引起人体免疫反响的主要是________区；经过改造的鼠 -人嵌合抗体 ,与鼠源杂交瘤抗体相比拟 ,突出的优点是________ .[答案] (1)蛋白质工程基因(2)限制性核酸内切酶和DNA连接酶蛋白质(3)可变恒定对人体的不良反响(或过敏反响等副作用)减少[解析] 根据题目的图示 ,可以看到是对蛋白质进行了改造 ,将鼠抗体的可变区与人抗体的恒定区进行了组合 ,这种操作属于蛋白质工程 .蛋白质工程最|终要通过对基因的改造、合成来对蛋白质进行改造 .抗原具有特异性 ,不同的抗原需要不同的抗体来特异性地识别 ,所以识别不同抗原的区域应该是可变的 .。
