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3.4 蛋白质工程的原理与应用 教案
一、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。
二、教学重难点
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。
三、教学过程
【导入新课】
PPT展示：从社会中来。
你见过用细菌画画吗？下图是用发出不同颜色荧光的细菌“画"的美妙图案。
这些细菌能够发出荧光，是因为在它们的体内导入了荧光蛋白的基因。
最早被发现的荧光蛋白是绿色荧光蛋白，科学家通过改造它，获得了黄色荧光蛋白等。这些荧光蛋白在细胞内生命活动的检测、肿瘤的示踪研究等领域有着重要应用。
思考：那么，科学家是怎样对蛋白质分子进行设计和改造的呢？
学生：课前查阅资料，欣赏细菌画画，了解细菌“画”的效果，分析相关原因。
提示：科学家解析了多管水母绿色荧光蛋白的晶体结构，并利用计算机进行辅助设计，在此基础上再采用定点突变的技术将绿色荧光蛋白发光基团正下方的第203位的苏氨酸替换为酪氨酸，从而获得了一种新的绿色荧光蛋白的衍生物——黄色荧光蛋白。
进而引出本节课题——蛋白质工程的原理和应用
温故知新：
1.基因工程的工具。
2.基因工程的操作过程。
【讲授新课】
教师：组织学生阅读教材，简述蛋白质工程的概念。
学生：归纳概括蛋白质工程的概念。
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，以满足人类生产和生活的需求。
1.概念理解
（1）基础：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。
（2）操作：_____基因修饰_____或基因合成。
（3）操作对象：基因。
（4）目的：改造现有蛋白质或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求。
（5）地位：在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程。
（6）理论和技术：分子生物学、晶体学和计算机技术
2.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。
（一）蛋白质工程崛起的缘由
蛋白质工程崛起的缘由：
1.基因工程在原则上只能产生自然界已存在的蛋白质（天然蛋白）。
2.天然蛋白有时不完全符合人类生产和生活需要。
3.需要对天然蛋白进行改造产生更符合人类需要的蛋白质。
例如，玉米中赖氨酸的含量比较低，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吧啉二義酸合成酶的活性，受细胞内赖月满西楼：氨酸浓度的影响较大。赖氨酸达到一定浓度就会抑制这两种酶的活性，所以赖氨酸含量很难提高。如果我们将天冬氨酸激酶中第352位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中第104位的天冬酰胺变成异亮氨酸，就可以使玉米叶片和种子中游离赖氨酸的含量分别提高5倍和2倍。
展示图片
（二）蛋白质工程的基本原理
教师：组织学生阅读课本P94，通过阅读，借助教材中的图解，联系实际，分析蛋白质工程的基本原理。
学生：自主学习，在教师引导下分析蛋白质工程的基本原理相关内容。
1.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。
图片展示蛋白质的基本思路：
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）→形成具有特定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。蛋白质工程的基本思路：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。
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。
（2）实质：通过改造或合成基因，定向改造现有蛋白质，或制造新的蛋白质。
（3）结果：生产出自然界没有的蛋白质。
思考讨论：蛋白质工程基本思路的应用
某多肽链的一段氨基酸序列是：
思考：
1.怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列
每种氨基酸都有对应的密码子，只要査一下密码子表,就可以将题中的氨基酸序列的编码序列査出来。
但是由于题中的氨基酸序列中有几个氨基酸是由多个密码子编码的，因此其碱基排列组合起来就比较复杂。
首先应该根据密码子推出mRNA序列，再根据碱基互补配对原则推出脱氧核苷酸序列。
2.确定目的基因的碱基序列后，怎样合成或改造目的基因？
确定目的基因的碱基序列后，可以人工合成目的基因或从基因文库中获取目的基因。对基因的改造经常会用到基因定点突变技术来进行碱基的替换、增添等。
（三）蛋白质工程的应用
教师：组织学生阅读教材P95页，联系实际，阐述蛋白质工程的应用。
学生：阅读教材，小组合作，分组概括蛋白质工程的应用，进行展示。
知识梳理：
1.在医药工业方面的应用
（1）研发速效胰岛素类似物：科学家通过改造胰岛素基因使B链28位脯氨酸替换为天冬氨酸或者将它与29位的赖氨酸交换位置，从而有效抑制了胰岛素的聚合，研发出速效胰岛素类似物。
（2）提高干扰素的保存期：将干扰素分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，提高了干扰素的保存时间。
（3）改造抗体：将小鼠单克隆抗体上结合抗原的区域“嫁接”到人的抗体上，降低了诱发人体免疫反应的强度。
2.在其他工业和农业方面的应用
（1）改进酶的性能或开发新的工业用酶：利用蛋白质工程获得蛋白酶的多种突变体。
（2）改造某些重要的酶：利用蛋白质工程改造参与调控光合作用的酶，以提高植物光合作用的效率。
四、板书设计
3.4 蛋白质工程的原理和应用
一、蛋白质工程的崛起缘由
二、蛋白质工程的基本原理
三、蛋白质工程的应用
医药工业、其他工业和农业

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