高中生物技术与生物工程基因工程和蛋白质工程第3节蛋白质工程学案3

第三节蛋白质工程●课标要求简述蛋白质工程。

●课标解读1．简述蛋白质工程的概念和原理。

2．说明蛋白质工程和基因工程的区别与联系。

3．举例说明蛋白质工程的应用和发展。

●教学地位蛋白质工程是基因工程的延伸，又称为第二代基因工程，是按照人们的需要，利用基因工程的原理对蛋白质进行改造。

目前蛋白质工程还有许多理论和技术问题等待解决，成功的实例还不多，但发展前景广阔。

在高考中考到的次数还不多，常在考查基因工程的非选择题中有一问涉及蛋白质工程。

●教法指导1．结合过程图，让学生理解蛋白质工程的基本原理。

2．结合具体的应用实例，让学生理解蛋白质工程的应用。

●新课导入建议玉米的营养价值不如小麦，原因是玉米中必需氨基酸赖氨酸的含量比较低。

玉米中赖氨酸含量低的原因是赖氨酸合成过程中的两种关键酶——天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的活性受到赖氨酸浓度的影响较大，当赖氨酸浓度达到一定量时，会抑制两种酶的活性。

所以玉米中赖氨酸的含量很难提高，如果我们将天冬氨酸激酶第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位的天冬酰胺变成异亮氨酸，就可以使玉米种子中的赖氨酸含量提高2倍，那么怎样对这两种酶进行改造呢？这就要依靠蛋白质工程。

●教学流程设计课前自主探究：阅读教材P30～35有关知识，填充【课前自主导学】空白，完成思考交流1、2。

⇒步骤1：课程导入：建议用【新课导入建议】方法导入课题。

⇒步骤2：尝试作答【课前自主导学】部分的【正误判断】，检查自学效果。

⇒步骤3：教师结合教材P30图1－17和教材P31图1－18让学生理解蛋白质工程的原理，通过【课堂互动探究】探究1归纳总结，通过例1强化。

⇓步骤6：诵读【结论语句】，尝试构建最优知识网络图解，互评后参看【本课知识小结】的网络构建。

课下完成【当堂双基达标】。

⇐步骤5：通过教材中的实例让学生认识蛋白质工程的应用，认识蛋白质工程的意义。

⇐步骤4：引导学生讨论蛋白质工程和基因工程的区别与联系，通过【课堂互动探究】探究2的表格进行比较。

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5课时蛋白质工程[学习目标] 1.简述蛋白质工程的概念和基本原理。

2.举例说出蛋白质工程的基本过程。

3.举例说出蛋白质工程的应用和发展。

一、蛋白质工程概述1．基因工程的基本操作程序主要包括哪几个步骤？答案包括四个步骤：获取目的基因、构建基因表达载体、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测和鉴定。

2．获取目的基因的常用方法有哪些？答案(1)从基因文库中获取；(2)利用PCR技术扩增目的基因；(3)人工合成法。

3．请写出中心法则，并判断蛋白质工程中获取目的基因的方法。

答案(1)中心法则如下：(2)获取目的基因的方法是人工合成法。

4．基因工程合成的蛋白质有哪些不足？答案在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。

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。

5．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？答案应该通过对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造，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。

如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，但被改造过的蛋白质分子也是无法遗传的。

(2)对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作，难度要小得多。

6．根据蛋白质被改造部位的多少，可将蛋白质改造分为大改、中改和小改三种，试区别这三种改造的异同。

答案大改是指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。

中改是指改变蛋白质分子中某一个多肽链片段或一个特定的结构。

小改是指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。

7．如何利用PCR技术进行基因定点诱变？答案一般先通过PCR技术扩增获得定点突变的基因，再通过基因工程的方法，将突变基因导入受体细胞，经过转录和翻译就可合成所需的蛋白质。

8．对空间结构不清楚的蛋白质的改造，可采用非定点诱变技术来进行改造。

第三节蛋白质工程学习导航明目标、知重点难点简述蛋白质工程的概念及基本原理。

(重点)举例说出蛋白质工程的应用和发展。

鼠—人嵌合抗体。

(难点)蛋白质的定点诱变过程。

(难点)一、阅读教材P35～37概述蛋白质工程1．概念：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，以定向改造天然蛋白质，甚至创造自然界不存在的蛋白质的技术。

基因工程是蛋白质工程中的关键技术，因此，蛋白质工程又被称为第二代基因工程。

2．基本途径：新蛋白质预期功能―→设计相关蛋白质结构―→设计对应的氨基酸序列―→合成相关脱氧核苷酸序列(基因)→合成新的蛋白质。

3．根据蛋白质被改造部位的多少，可以将对蛋白质的改造分成大改、中改、小改。

基因的定点诱变技术是改变蛋白质结构的核心技术之一。

二、阅读P38～39完成蛋白质工程的应用1．蛋白质工程可通过改造酶的结构，有目的地提高酶的热稳定性，如在蛋白质分子中引入二硫键可以显著提高蛋白质的热稳定性。

2．科学家发明的利用鼠源杂交瘤抗体来处理癌细胞的方法，对癌细胞有一定的杀伤力，但也有导致机体高度过敏的副作用。

为了解决这一问题，科学家又对该抗体进行了改造，生产出效果良好的鼠—人嵌合抗体。

3．蛋白质工程不仅能更充分地利用自然界存在的蛋白质，而且能在分子水平上对蛋白质进行再设计和改造，进而创造出自然界中不存在的蛋白质。

判一判(1)对蛋白质的改造是通过直接改造相应的mRNA来实现的。

(×)(2)由于蛋白质中氨基酸的排列顺序千变万化，空间结构千差万别，蛋白质工程操作难度很大。

(√)(3)蛋白质工程不能改变蛋白质的活性。

(×)(4)利用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。

(√)连一连蛋白质工程的概念和原理[学生用书P18]结合教材P35～37内容完成以下探究。

探究1 完善下面的内容，理解蛋白质工程的内涵(1)据图回答各序号代表的过程：①转录、②翻译、③折叠、④分子设计、⑤DNA合成。

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。

《基因工程和蛋白质工程》高中生物教案一、教学目标1.知识与技能：o理解基因工程和蛋白质工程的基本概念、原理和应用。

o掌握基因工程的基本操作技术，包括基因克隆、基因表达和基因编辑。

o了解蛋白质工程的设计原理和方法，以及其在医药、工业等领域的应用。

2.过程与方法：o通过观察、分析和讨论，培养学生的观察力和分析能力。

o通过案例分析和模拟实验，让学生深入理解基因工程和蛋白质工程的过程和机制。

3.情感态度与价值观：o激发学生对基因工程和蛋白质工程的兴趣和好奇心。

o培养学生的科学探究精神和创新意识，认识到基因工程和蛋白质工程在生命科学和生物技术领域的重要性。

二、教学重难点•重点：基因工程和蛋白质工程的基本原理和操作技术。

•难点：理解基因工程和蛋白质工程在分子水平上的复杂性和精准性。

三、教学准备•基因工程和蛋白质工程的多媒体课件，包括基本原理、技术操作和应用案例等。

•模拟实验材料，如质粒DNA、PCR试剂、蛋白质表达载体等。

•小组讨论指导问题。

四、教学过程1.导入新课o通过展示基因工程和蛋白质工程在医药、农业、工业等领域的应用案例，引出基因工程和蛋白质工程的概念和重要性。

o提问学生：你们知道基因工程和蛋白质工程是什么吗？它们在我们的生活中有哪些应用？2.新课讲解o介绍基因工程的基本概念，包括基因克隆、基因表达和基因编辑的原理和技术。

o讲解蛋白质工程的设计原理和方法，包括蛋白质结构分析、功能预测和优化等。

o展示基因工程和蛋白质工程在医药、农业、工业等领域的应用案例，让学生了解其实际价值和意义。

3.模拟实验与探究o利用模拟实验材料，让学生亲自操作基因克隆和基因表达的实验，感受基因工程的实际操作过程。

o教师演示多媒体课件中的基因编辑和蛋白质工程的设计过程，让学生观察并理解其分子机制。

4.小组讨论o学生分组讨论基因工程和蛋白质工程在生命科学和生物技术领域的发展趋势和前景。

o教师提供指导问题，引导学生深入思考并分享讨论结果。

教学设计课程基本信息学科高中生物年级高二学期秋季课题蛋白质工程的原理和应用教学目标1.说出蛋白质工程崛起的缘由；2.概述蛋白质工程的基本原理；3.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。

教学内容教学重点：1.蛋白质工程的基本原理；2.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。

教学难点：1.蛋白质工程的基本原理；2.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。

教学过程一、教材分析本节内容分为三个部分。

首先阐述蛋白质工程崛起的缘由，教材在这部分引导学生分析了进行蛋白质工程研究的原因，并且通过实例说明了开展蛋白质工程研究的意义。

“蛋白质工程的基本原理”部分，需要学生结合在必修2课程中学过的中心法则知识，以及刚学过的基因工程知识来进行学习。

并进一步通过“思考·讨论”活动，让学生思考、分析，加深对原理的理解。

旁栏中的资料内容体现了蛋白质工程的发展除了需要基础理论的支撑，还需要多种技术的支持，其中不仅有生物技术，还有其他学科领域的技术，这可以让学生认识到多学科相互渗透、融合是现代科技发展的总趋势。

关于蛋白质工程的应用，教材首先创设了科学家改造胰岛素的情境来说明依据人类需要对蛋白质进行改造、获得目标蛋白的过程，并列举了蛋白质工程在工农业生产中应用的实例。

二、学情分析本节课是这个单元的最后一节，内容建立在重组DNA技术的基本工具、基因工程的基本操作程序、以及基因工程的应用的基础之上。

学生已经懂得如何利用重组DNA技术的基本工具，通过基因工程的基本操作程序生产所需蛋白质。

三、教学目标（1）运用结构与功能观等观点，结合中心法则有关知识，说明蛋白质工程的基本原理（生命观念）。

（2）基于蛋白质工程的实例，采用模型与建模、归纳与概括等方法，用文字图示或模型的形式表示蛋白质工程的基本思路（科学思维）。

（3）尝试通过蛋白质工程技术，根据人类需要的蛋白质结构，运用逆向思维设计或改造某一蛋白质的设计流程（科学探究）。

导学案课题：编制人：张传龙审核人：领导签字：【学习目标】1.举例说出蛋白质工程崛起的缘由。

2.简述蛋白质工程的原理。

3．尝试运用逆向思维分析和解决问题。

【学习重点】1.为什么要开展蛋白质工程的研究。

2.蛋白质工程的原理。

【学习难点】蛋白质工程的原理。

【教学建议】先研读教材，并从教材中勾画出要点，然后根据学案助读中的问题提示，思考并回答，遇有疑难，再查阅教材，加深理解，最后完成自测题。

课前预习案：【问题导学】中心法则告诉我们遗传信息的流动方向如下：蛋白质具有复杂的空间结构，不同种类的蛋白质具有不同的___________和___________。

蛋白质结构的多样性是由构成蛋白质的________、__________、__________和_________和___________来决定的，而其结构多样性的根本原因则是由于控制蛋白质合成的_______的多样性。

【预习自测】1.下图为蛋白质工程操作的基本思路，请据图回答下列问题：(1)代表蛋白质工程操作思路的过程是_________；代表中心法则内容的是______。

（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基本途径与中心法则是_____________的。

2．蛋白质工程的流程是（）A. 基因→表达（转录和翻译）→形成氨基酸序列的多肤链→形成具有高级结构的蛋白质→行使生物功能B．对蛋白质进行分子设计→改造蛋白质分子→行使功能C．蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相应的脱氧核昔酸序列D. 蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→合成相应mRNA3.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，蛋白质工程合成的可以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）的操作D. 基因工程完全不同于蛋白质工程【我的疑惑】【课内探究案】探究点一蛋白质工程峨起的缘由和原理基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，这些天然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。

1.3-1.4 基因工程的应用、蛋白质工程的崛起一、学习目标1.举例说出基因工程应用及取得的丰硕成果。

2.关注基因工程的进展。

3.认同基因工程的应用促进生产力的提高。

4.举例说出蛋白质工程崛起的缘由。

5.简述蛋白质工程的原理。

6.尝试运用逆向思维分析和解决问题。

二、相关知识连接1 转基因生物2 器官移植3 基因芯片4 血红蛋白的结构三、知识体系1、植物基因工程技术主要用于提高农作物的（如、、、和等），以及和利用植物生产等方面。

2、目前防治作物虫害的发展趋势是从某些生物中分离出，将其导入中，使其具有。

用于杀虫的基因主要是、、、等。

3、引起植物生病的微生物称为，主要有、和等。

抗病转基因植物所采用的基因，使用最多的是和；抗真菌转基因植物中可使用的基因有和。

4、目前科学家利用一些可以调节的基因，来提高农作物的抗盐碱和能力；将鱼的导入烟草和番茄，提高其耐寒能力；将导入作物，使作物抗除草剂。

5、利用转基因技术可以提高生物中的的含量、延长贮存时间、改变花色等，从而提高作物品质。

6、动物基因工程可用于，，，。

7、基因工程药物包括、、、、等。

8、治疗遗传病的最有效手段是，这种方法是把导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到的目的，可分为和两条途径。

9、基因工程的实质是将一种生物的转移到另一种生物体内，使后者产生本不能产生的，进而表现出。

其缺点是在原则上只能生产，而天然蛋白质的符合的需要，却不一定完全符合的需要。

10、蛋白质工程是指以蛋白质分子的及其与的关系作为基础，通过或，对进行改造，或制造，以满足的需求。

11、蛋白质工程的途径是：预测蛋白质功能→设计预期的→推测应有的→找到相对应的。

12、蛋白质工程具有的前景，但。

四、知识探究干扰素是治疗癌症的重要物质，人血液中每升只能提取0．05 mg干扰素，因而其价格昂贵，平民百姓用不起。

但美国有一家公司用遗传工程方法合成了价格低廉、药性一样的干扰素，其具体做法是：（1）从人的淋巴细胞中提取能指导干扰素合成的，并使之与一种叫质粒的DNA 结合，然后移植到酵母菌内，从而让酵母素来。

蛋白质工程【教学目标】1．描述蛋白质工程的含义。

2．举例说出速效胰岛素制剂的生产过程。

3．简述蛋白质工程的应用。

【教学重点】蛋白质工程的应用。

【教学难点】蛋白质分子的设计。

【教学方法】探究法、讨论法、举例法。

【课时安排】1课时【教学过程】一、导入我们知道，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，这就是基因工程的实质。

基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。

这些天然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。

人们希望能够按照要求对蛋白质进行改造，于是1983年，美国一位科学家提出了蛋白质工程。

二、新授（一）蛋白质工程的概念（第二代基因工程）蛋白质工程就是根据蛋白质的精细结构和生物活性之间的关系，按照人类自身的需要，利用生物技术手段对蛋白质的DNA编码序列进行有目的的改造，从而创造出自然界本不存在的、具有优良特性的蛋白质分子。

蛋白质的改造是通过对相应基因的改造而实现的，所以蛋白质工程也被称为“第二代基因工程”。

注意：蛋白质工程与基因工程的重要区别就是基因工程生产的是自然界已有的蛋白质，蛋白质工程是对已有蛋白质进行改造，得到的是自然界没有的新型蛋白质。

（二）蛋白质的分子设计阅读探究活动，回答下列问题1．为什么要改造胰岛素分子？在正常人体内，血液中胰岛素的含量通常在进食后30~60min就达到高峰。

而目前使用的胰岛素制剂，注射120min后才出现高峰。

为生产速效型胰岛素制剂。

2．在速效型药物的生产过程中，科学家为什么必须大量收集胰岛素分子结构方面的信息？3．为什么胰岛素制剂发挥效应比血液中的胰岛素发挥效力要慢？通过实验证明，胰岛素在低浓度（小于10-19mol/l）时主要以单体形式存在，在高浓度（大于10-5mol/l）时则以二聚体的形式存在，从而延长了胰岛素从注射部位进入血液所需的时间。