高中生物第一单元生物技术与生物工程第一章基因工程和蛋白质工程1.1.3蛋白质工程规范训练中图选修3

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)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)小范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。

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，最终还必须通过改造基因来完成。

第二节基因工程的应用(时间：30分钟满分：50分)一、选择题(共5小题，每小题4分，共20分)1．人们将苏云金杆菌中的抗虫基因导入棉花细胞中培育成为抗虫棉，这个过程中所利用的主要原理是 ( )。

A．基因突变DNA→RNA→蛋白质B．基因重组DNA→RNA→蛋白质C．基因工程DNA→RNA→蛋白质D．染色体变异DNA→RNA→蛋白质解析将苏云金杆菌的抗虫基因导入棉花细胞中，通过DNA复制、转录、翻译合成特定的蛋白质，表现出特定的性状。

此题易错选C。

基因工程是一种技术手段，而不是生物学原理，抗虫棉的培育利用的是基因工程这一技术手段使基因发生重组。

答案 B2．目前人类利用基因工程的方法成功培育出转基因抗虫棉，以下说法正确的是( )。

A．苏云金芽孢杆菌的毒蛋白基因与质粒结合后直接进入棉花的叶肉细胞表达B．抗虫基因导入棉花叶肉细胞后，可通过传粉、受精的方法，使抗虫性状遗传下去C．标记基因的作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因D．转基因抗虫棉经过种植，棉铃虫不会产生抗性，这样可以有效消灭棉铃虫解析A项错误：目的基因导入植物细胞的方法包括农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法。

质粒不能直接进入植物细胞内起基因表达载体的作用；B项错误：抗虫基因导入棉花叶肉细胞中，并插入到植物细胞中染色体的DNA上，然后以此细胞进行植物组织培养，得到抗虫棉，才能使目的基因的遗传特性得以表达，但通过有性生殖，该性状一般不能稳定遗传；D项错误：棉铃虫抗性的产生与抗虫棉的种植有关；C项正确：标记基因的作用就是鉴别体细胞中是否含有目的基因。

答案 C3．下列关于应用基因工程治疗人类遗传病的叙述，不正确的是 ( )。

A．基因治疗可以有效地改善患者生理状况，其操作对象是基因B．进行基因治疗时，基因的受体细胞都是受精卵C．基因治疗并不是对患者体内细胞的缺陷基因进行改造D．基因治疗时可只对患者部分细胞输入正常基因解析动物基因工程操作的受体细胞一般为受精卵，但基因治疗时，不需对全部体细胞发挥作用，受体细胞不是受精卵，而是部分体细胞。

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。

高中生物第一单元生物技术与生物工程第一章基因工程和蛋白质工程第2节基因工程的应用学案中图版选修31、举例说出基因工程的应用及取得的丰硕成果。

(重点)2、了解基因工程在农业和医学等方面的应用。

(难点)基因工程在农业上的应用1、抗虫棉(1)目的基因：苏云金杆菌的毒蛋白基因。

(2)培育过程：通过基因工程的四步操作将毒蛋白基因导入棉花细胞并且在棉花细胞内成功表达出毒蛋白。

(3)意义：抗虫作物的培育和种植，不但降低了作物的生产成本，使作物能稳产、高产，还降低了农药的使用，减少对环境的污染。

2、金米(1)目的基因：有关胡萝卜素合成的酶的基因。

(2)培育过程：通过基因工程的四步操作将有关胡萝卜素合成的酶的基因导入水稻细胞中，并诱导它们在水稻细胞内得以表达，使水稻中的双香叶素二磷酸转化成β胡萝卜素。

(3)作用：人们食用“金米”后，其中的β胡萝卜素在人体内转化成维生素A，为深受维生素A缺乏症之苦的人们带来了“金色希望”。

科学家通过基因工程的方法，将苏云金杆菌的Bt毒蛋白基因转入普通棉株细胞内，并成功实现了表达，从而培育出了能抗棉铃虫的棉花植株抗虫棉。

其过程大致如下图所示。

探讨：Ti质粒是农杆菌中的一种质粒，其上有TDNA中是利用TDNA可转移至受体细胞，并且整合到受体细胞染色体DNA上。

探讨：Bt毒蛋白基因转入普通棉株细胞内并成功实现表达的过程，在基因工程中称为什么？提示：转化。

探讨：将目的基因导入受体细胞的方法有很多种，该题中涉及的方法是什么？提示：农杆菌转化法。

探讨：目的基因能否在棉株体内稳定遗传的关键是什么？提示：目的基因是否插入到受体细胞染色体DNA上。

1、抗虫转基因植物(1)方法：将从某些生物中分离出的具有杀虫活性的基因导入农作物中，使其具有抗虫性。

(2)杀虫基因种类：Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等。

(3)成果：抗虫棉、抗虫水稻等。

(4)意义：减少化学农药的使用，降低生产成本，减少环境污染，降低了对人类健康的损害。

《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。

第三节蛋白质工程1．理解蛋白质工程的概念和原理。

(重、难点)2．掌握基因工程和蛋白质工程的区别和联系。

（重点)3．了解蛋白质工程的应用和发展。

蛋白质工程的概念和原理1．概念(1)基础:蛋白质的结构和功能的关系。

(2)手段：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。

（3）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。

2．原理(1)结构分析①前提条件：了解蛋白质的结构和功能的关系。

错误!错误!（2)结构预测与设计：构建蛋白质空间结构模型。

(3）基因工程：对基因进行改造，是蛋白质工程的关键技术.改造类型操作程序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在蛋白质分子中替代某一个多肽链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）蛋白质纯化：纯化蛋白质，测定和分析其结构和功能。

（5)功能分析：分析蛋白质的生物学和化学特性.错误!科学家将β。

干扰素基因进行定点突变导入大肠杆菌中表达，使干扰素第十七位的半胱氨酸改变成丝氨酸，结果大大提高了β。

干扰素的抗病活性，并且提高了储存稳定性。

探讨错误!：上述材料中的技术属于什么工程?提示：蛋白质工程。

探讨错误!：蛋白质工程为什么需要直接改造基因，而不直接改造蛋白质?提示: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,而且可以遗传下去.如果对蛋白质直接改造，即使改造成功,被改造的蛋白质也是无法遗传的.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.探讨错误!:蛋白质工程操作的基本思路是什么？提示:蛋白质工程是按照以下思路进行的：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→找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）,可以创造出自然界不存在的蛋白质.［思维升华]1．对概念的理解（1)首先了解蛋白质的结构和功能.(2)其次是设计蛋白质.(3)实质是改造基因.（4）最后合成出自然界不存在的蛋白质。

基因工程与蛋白质工程知识点总结一、基因工程基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外DNA重组和转基因技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。

基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，又叫做DNA重组技术。

(一)基因工程的基本工具：1.“分子手术刀”——限制性核酸内切酶(限制酶)(1)来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。

(2)功能：能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开，因此具有专一性。

(3)结果：经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式：黏性末端和平末端。

2.“分子缝合针”——DNA连接酶(1)两种DNA连接酶(E•coliDNA连接酶和T4-DNA连接酶)的比较：①相同点：都缝合磷酸二酯键。

②区别：E•coliDNA连接酶来源于T4噬菌体，只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间的磷酸二酯键连接起来;而T4DNA连接酶能缝合两种末端，但连接平末端的之间的效率较低。

(2)与DNA聚合酶作用的异同: DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯键。

DNA连接酶是连接两个DNA片段的末端，形成磷酸二酯键。

3.“分子运输车”——载体(1)载体具备的条件：①能在受体细胞中复制并稳定保存。

②具有一至多个限制酶切点，供外源DNA片段插入。

③具有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。

(2)最常用的载体是--质粒,它是一种裸露的、结构简单的、独立于细菌染色体之外，并具有自我复制能力的双链环状DNA分子。

(3)其它载体：噬菌体的衍生物、动植物病毒(二)基因工程的基本操作程序第一步：目的基因的获取1.目的基因是指：编码蛋白质的结构基因。

2.原核基因采取直接分离获得，真核基因是人工合成。

人工合成目的基因的常用方法有反转录法和化学合成法。

3.PCR技术扩增目的基因(1)原理：DNA双链复制(2)过程：第一步：加热至90～95 ℃DNA解链;第二步：冷却到55～60 ℃，引物结合到互补DNA链;第三步：加热至70～75 ℃，热稳定DNA聚合酶从引物起始互补链的合成。