高中生物1.1.3 蛋白质工程 教案(1)(中图版选修3)

高中生物第一章基因工程 1.1.3 蛋白质工程导学案苏教版选修3【课标要求】简述蛋白质工程【教学目标】1、简述蛋白质工程的基本原理2、举例说出蛋白质工程的应用和发展【教学过程】知识点一、蛋白质工程的概念和原理1、蛋白质工程是指通过_____________与______________等技术了解蛋白质的_________和__________，并借助计算机辅助设计、_____________和_____________改造_________，以__________改造天然蛋白质，甚至创造自然界中___________________的技术。

2、蛋白质工程一般是先创造出适合人类需求的____________，然后使其表达出具有特定的____________和__________的蛋白质。

3、_____________是蛋白质工程中的关键技术。

因此，蛋白质工程也被称为第二代_________。

4、实施蛋白质工程的前提条件是了解蛋白质的__________和___________的关系。

5、蛋白质的空间结构极其复杂，应用_________________可以测定其三维空间结构，利用________________可以了解其构象。

此外，随着DNA和蛋白质测序技术的自动化，已能快速测定大量蛋白质分子的一级结构（氨基酸序列）。

6、蛋白质工程的目标是根据人们对蛋白质________的特定需求，对蛋白质的________进行分子设计。

7、蛋白质工程的基本途径：预期蛋白质功能→设计出预期的蛋白质结构→推测应用的氨基酸序列→设计DNA的脱氧核苷酸序列（基因）【思考】对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？为什么？【拓展】蛋白质工程应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质改造，主要原因如下：（1）任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且改造过的蛋白质可以遗传下去。

第三节蛋白质工程1．简述蛋白质工程。

2．蛋白质的分子设计。

(难点)3．蛋白质工程的应用。

(重点)蛋白质的分子设计1．蛋白质工程(1)依据：蛋白质的精细结构和生物活性之间的关系。

(2)改造对象：利用生物技术手段对蛋白质的DNA编码序列或直接对蛋白质进行有目的的改造。

(3)产物：创造出自然界本不存在的、具有优良特性的蛋白质分子，也就是产生新的蛋白质。

(4)本质：改造控制该蛋白质合成的基因结构。

2．蛋白质的分子设计(1)小X围改造对已知结构的蛋白质进行少数氨基酸的替换。

(2)蛋白质拼接组装对不同来源的蛋白质进行拼接组装。

(3)蛋白质从头设计从氨基酸的排列顺序出发，设计制造出自然界不存在的全新蛋白质。

3．蛋白质工程的基础蛋白质工程的基础是基因工程。

所以蛋白质工程又叫第二代基因工程。

[合作探讨]蛋白质分子的设计是一项复杂而艰巨的工程，其基本流程可以用下图表示：探讨1：构建新的蛋白质模型是分子设计的关键环节，你认为构建蛋白质模型的依据是什么？提示：构建蛋白质模型的依据是控制这种蛋白质合成的基因以及蛋白质的空间结构。

探讨2：通过DNA合成形成的新基因怎样才能得到准确的表达？提示：通过基因工程技术，将新基因导入大肠杆菌等受体细胞中，新基因在受体细胞中指导合成新的蛋白质。

探讨3：有的学者认为，蛋白质工程本身也是研究蛋白质结构和功能的一种有力工具。

你是怎么看待的？提示：这些学者认识恰当，蛋白质结构直接影响其功能活性，要想研究蛋白质结构与功能的关系，蛋白质工程就是有力工具，利用这种工具可以改变蛋白质的空间结构，探究功能的改变而做出相应的科学结论。

[思维升华]1．蛋白质工程的概念蛋白质工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。

2．蛋白质工程的目标是根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计。

蛋白质工程的原理和应用[学习目标] 1.举例说出蛋白质工程崛起的缘由。

2.简述蛋白质工程的基本原理。

1．蛋白质工程(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：通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质。

(3)目的：获得满足人类生产和生活需求的蛋白质。

(4)困难：蛋白质发挥功能必须依赖正确的高级结构，而蛋白质的高级结构十分复杂。

2．蛋白质工程崛起的缘由(1)崛起缘由①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。

②基因工程的不足：基因工程在原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质。

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。

(2)实例：提高玉米赖氨酸含量天冬氨酸激酶(第352位为苏氨酸)――→改造天冬氨酸激酶(第352位为异亮氨酸)二氢吡啶二羧酸合成酶(第104位为天冬酰胺)――→改造二氢吡啶二羧酸合成酶(第104位为异亮氨酸)改造后玉米叶片和种子中游离赖氨酸含量分别提高5倍和2倍。

3．蛋白质工程的基本原理(1)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。

(2)方法：改造或合成基因。

(3)基本思路：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→找到并改变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。

4．蛋白质工程的应用(1)医药工业方面①科学家通过对胰岛素基因的改造，研发出速效胰岛素类似物产品。

改造干扰素(丝氨酸)②干扰素(半胱氨酸)――→↓在一定条件下，可以延长保存时间③人－鼠嵌合抗体：降低免疫反应强度。

(2)其他工业方面用于改进酶的性能或开发新的工业用酶，如利用蛋白质工程获得枯草杆菌蛋白酶的突变体，筛选出符合工业化生产需求的突变体，提高该酶的使用价值。

(3)农业方面①科学家尝试改造某些参与调控光合作用的酶，以提高植物光合作用的效率，增加粮食的产量。

第三节蛋白质工程1.蛋白质工程是指通过物理化学与生物化学等技术了解蛋白质的结构与功能，并借助计算机辅助设计、基因定点诱变和重组DNA技术改造基因，以定向改造蛋白质，甚至创造出自然界不存在的蛋白质的技术。

2．蛋白质工程的关键技术是基因工程。

3．蛋白质工程的一般过程是：预期蛋白质功能→分子设计蛋白质→合成相应基因→基因指导新蛋白质合成。

4．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。

5．根据蛋白质被改动部位的多少，可将蛋白质改造类型分为“大改”、“中改”和“小改”。

6．通过蛋白质工程，可获得热稳定性高的酶和新型药物。

对应学生用书P16蛋白质工程概述1．蛋白质工程的概念(1)手段：①通过物理化学和生物化学等技术了解蛋白质的结构和功能。

②借助计算机辅助设计、基因定点诱变和重组DNA技术改造基因。

(2)目的：定向改造天然蛋白质，甚至创造自然界不存在的蛋白质。

(3)关键技术：基因工程。

蛋白质工程又称第二代基因工程。

2．蛋白质工程的一般过程先根据新蛋白质预期功能设计相关蛋白质结构，进而设计对应的氨基酸序列，在此基础上合成可产生新蛋白质的相关脱氧核苷酸序列(基因)，再利用基因工程技术合成新的蛋白质。

3．改造蛋白质的方式改造方式相关操作大改根据氨基酸的性质和特点，设计并制造出自然界中不存在的全新蛋白质，使之具有特定的氨基酸序列、空间结构和预期功能中改改变蛋白质分子中某一个多肽片段或一个特定的结构小改通过基因工程中的定点诱变技术，有目的地改造蛋白质分子中某活性部位的一个或几个氨基酸残基，以改善蛋白质的性质和功能1．对天然蛋白质进行改造，是通过直接对蛋白质分子进行操作来实现的吗？提示：不是，由于基因决定蛋白质，因此要对蛋白质的结构进行设计改造，最终必须通过改造基因来完成。

2．蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程有什么不同？提示：基因工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，基本上是生产出自然界已有的蛋白质。

高二年级第二学期生物学科总第 4 课时导学案课题第一章基因工程第三节蛋白质工程使用时间：主备人：方娟一、学习目标：1.举例说出蛋白质工程崛起的缘由。

2.简述蛋白质工程的基本原理。

3.举例说出蛋白质工程的应用和发展。

4. 尝试运用逆向思维分析和解决问题。

二、知识构成：1.蛋白质工程的概念是什么？2.为什么说蛋白质工程是第二代基因工程？3.蛋白质工程的基本原理是什么？4.实施蛋白质工程的前提条件是什么？5.如何测定蛋白质的三维空间结构和构想？6.在基因水平上如何实施对蛋白质的改造？7.什么叫做“大改”“中改”“小改”？8.改变蛋白质结构的核心技术是什么？9.蛋白质工程的目的是什么？10.蛋白质工程中改造酶结构的目的是什么？11.在提高酶的稳定性时是如何操作的？12.蛋白质工程在生物制药方面也有广泛的应用，可以通过改造什么来提高对肿瘤细胞的杀伤力？13.什么叫做蛋白质组学？它包括哪些步骤？14.蛋白质芯片上什么？它有什么作用？三、学法和自检：1. 蛋白质工程的基本流程正确的是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课题第一章基因工程第三节蛋白质工程四、达标检测1.蛋白质工程的操作是在下列哪种水平对蛋白质的改造（）A 细胞水平B DNA分子水平C 核酸水平D 蛋白质水平2.蛋白质工程又称为第二代基因工程。

下列所列举的酶，在蛋白质工程操作中被使用而在基因工程操作中没有被使用的是（）A 限制性内切酶B DNA连接酶C DNA多聚酶D DNA解旋酶3.蛋白质工程的核心技术是（）A 基因工程B 基因的定点诱变C 蛋白质的结构预测与设计D 蛋白质的纯化4.蛋白质工程操作程序的基本思路是（）A DNA→mRNA→蛋白质→折叠产生功能B 确定蛋白质的功能→蛋白质应用的高级结构→蛋白质应具备的折叠状态→蛋白质应有的氨基酸序列→蛋白质应有的碱基排列→蛋白质C mRNA→蛋白质→折叠产生功能D mRNA→DNA→mRNA→蛋白质→折叠产生功能5.蛋白质工程在治疗肿瘤方面起着重要作用。

1.3 蛋白质工程学案苏教版选修三
一、蛋白质工程崛起的缘由
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。

二、蛋白质工程的概念与原理
1．概念：又被称为，即
2．蛋白质工程的基本原理：
天然蛋白质合成的过程都是按照中心法则进行的：即基因→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。

蛋白质工程却与之相反，它的基本途径是：从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质→推测应有的序列→找到相对应的序列（基因）→具有预期功能的蛋白质（如图所示）。

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？
三、蛋白质工程的进展和前景
1．蛋白质工程可通过改造，有目的地提高酶的热稳定性。

2、合成抗体。

3、改变蛋白质的活性。

思考：蛋白质工程是一项非常成熟的技术吗？。

可编辑修改精选全文完整版选修3 1.1.3 蛋白质工程教学设计一、本节教学设计理念在新课程理念的指导下，我们要注重对学生能力的培养，不断提高学生的科学素养。

在教学中一方面要注重对学生进行探究性学习的培养，引导学生积极思考、主动探究，引导学习尝试通过所学知识来解决生产生活中的实际问题，使学生学得充实，并在学习中领悟终身学习的道理。

二、教材分析《蛋白质工程》是中图版普通高中课程标准实验教科书生物选修3《现代生物科技专题》中第一章基因工程和蛋白质第3节的内容。

蛋白质工程与基因工程联系密切，被称为第二代基因工程，同时又与必修教材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密不可分。

由于蛋白质工程是基因工程的延伸和发展，因此我采用“问题—探究—新问题—再探过程结果联系目标操作核心操作起点蛋白质工程基因工程项目目的基因预期的蛋白质功能基因表达载体基因获取目的基因→构建表达载体→导入受体细胞→目的基因的检测与表达预期蛋白质功能→设计蛋白质结构→推测氨基酸序列→推测核苷酸序列→合成DNA →表达出蛋白质定向改造生物的遗传特性，获得人类所需的生物类型或生物产品定向改造或生产人类所需的蛋白质生产自然界中已有的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。

因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因的修饰或基因的合成。

生产自然界没有的蛋白质四、基因工程的应用1. 蛋白质工程可通过改造酶的结构，有目的地提高（蛋白质）酶的热稳定性。

（T4溶菌酶改造）2．改变蛋白质的活性。

如教材中的组织纤溶性酶原激活物（t-PA ）的改造等；3． 在生物工程制药领域、蛋白质工程有着广泛的应用。

如：制备鼠－人嵌合抗体减少因机体高度过敏而引起的副作用。

让学生认识到科学探究之路的漫长、艰辛和永无止境。

五、蛋白质工程的进展和前景蛋白质工程汇集了当代分子生物学等学科的最新成就，将蛋白质与酶的研究推进到崭新的时代，为蛋白质和酶在工业、农业和医药方面的应用开拓了诱人的前景！作业与练习1.蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程有什么不同？解决本课的难点课内与。