全章复习与测试ppt课件教学实录

1.4

蛋白质工程的崛起

教学设计

1 教材分析

《蛋白质工程的崛起》是高中生物人教版选修3专题1基因工程中第4节内容，是基因工程的延伸和发展。

由于蛋白质工程刚刚起步，学习内容较少。如何学得充实，又让学生悟出些终身学习的道理，建议采用“问题—探究—新问题—再探究”的教学模式。

2 学情分析

学生经过学习业已掌握基因工程的原理，知道也只是实现了世界上现有基因在转基因生物中的表达。通过对中心法则的熟练掌握并加以运用，处理好本节内容。因此在教学过程中，一要启发学生发挥创新能力，二要锻炼学生利用逆向思维的方法解决新问题的能力。

3 教学目标

3.1 知识目标

举例说出蛋白质工程崛起的缘由。

3.2 能力目标

简述蛋白质工程的基本原理及基本途径。

3.3 情感态度与价值观

尝试运用逆向思维分析和解决问题。

4 教学重点与难点

4.1 教学重点

⑴为什么要开展蛋白质工程的研究？

⑵蛋白质工程的原理。

4.2 教学难点

蛋白质工程的原理。

教学方法：探究法、导读法、分析交流

具体做法：

1.建议采用“问题—探究—新问题—再探究”的教学模式。

带领学生回忆原有知识：要想让一种生物的性状在另一种生物中表达，在种内可以用常规杂交育种的办法实现，但要使有生殖隔离的种间生物实现基因交流，就显得力不从心了。基因工程的诞生，为克服这一远缘杂交的障碍问题，带来了新的希望。于是取得了丰硕成果：

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大肠杆菌为人类生产出了胰岛素，牛的乳腺生物反应器为人类制造出了蛋白质类药物，烟草植物体内含有了某种药物蛋白……至此，人们也只是实现了世界上现有基因在转基因生物中的表达。但一个新问题出现了，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。为了加深这一点的认识，可调动学生从书中找实例（干扰素例子、工业用酶的例子）加以佐证。于是要对现有蛋白质进行改造，制造出目前从天然蛋白质中找不到的蛋白质。这样人们又开始了新一轮的探索，蛋白质工程应运而生了。

2.建议加强与已有知识的联系，用逆向思维的方法解决新问题。

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。所以蛋白质

工程的原理应该是中心法则的逆推。

教学课时：1课时

教学过程：

复习旧课，导出新课题：

学习探究：

1、基因工程的实质是什么？

2、基因工程的基本操作程序有哪些？

3、通过基因工程产生的蛋白质都是属于自然界的蛋白质，即各种生物经过漫长的进化过程中形成的。

随着人们生活的改变，自然界现在的蛋白质不一定能满足人

类生产和生活的需要，那么，有什么办法可以获得人类所需的蛋白质呢？

4、什么是蛋白质工程？

引导学生认真阅读课文中的材料，引出课题。

一、蛋白质工程的概念：

根据蛋白质工程的概念，关注两方面的内容：

1、蛋白质工程的基础：基因工程。

2、蛋白质工程的实质：按意愿产生人们所需要的蛋白质。

学习探究：

1、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，还是通过参基因的操作来实现呢？

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2、蛋白质工程是怎样进行的呢？

二、蛋白质工程的基本原理：

1、蛋白质工程的目标：按人们对蛋白质功能的特定要求，对蛋白质的结构进行分子改造和设计。

2、蛋白质合成的基本方法：

通过人工的方法，先确定所需蛋

白质的基本功能，再按逆向推出相关基因的基本组成，再进行转录和翻译得到所需蛋白质。

3、蛋白质工程的基本途径：

确定蛋白质功能→应有的蛋白质高级结构→应具备的折叠状态→推测氨基酸序列→找到或合成相应的碱基序列（基因）→改造的蛋白质

4、实施蛋白质工程的前提条件：了解蛋白质的结构和功能

三、蛋白质改造的方法：基因定点诱变技术、重组DNA技术

1、制造出自然界中不存在的全新蛋白质——大改

根据氨基酸性质和特点来改造，使之具有特定氨基酸序列、空间结构和预期功能。

2、在蛋白质分子中替代一个肽段或一个特定的结构——中改

3、改造蛋白质分子中的几个氨基酸的残基——小改

通过基因工程的定点诱变技术，有目的改造，以改善蛋白质的性质和功能。

引导学生阅读课文材料，探讨蛋白质工程在人类生活中的实际应用及进展情况。最后经分析讨论，得出相关结论。

四、蛋白质质工程的应用：

1、提高蛋白质的热稳定性：主要是改造酶的结构，提高酶的热稳定性

主要用于工业化生产

（1）替换酶的部分氨基酸；

（2）引入二硫键

2、改变蛋白质的活性

3、合成嵌合抗体，用于临床治疗

五、蛋白质工程的进展和前景：

课堂小结：蛋白质工程的基本原理

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课后记：

本节内容少，且在已有知识的基础上较易掌握。关键在明确所需蛋白质的功能，找出相关的基因结构即可。

辅助材料：

（供教师在教学中为学生提供参考）：蛋白质工程的崛起主要是工业生产和基础理论研究的需要。而结构生物学对大量蛋白质分子的精确立体结构及其复杂的生物功能的分析结果，为设计改造天然蛋白质提供了蓝图。分子遗传学的以定点突变为中心的基因操作技术为蛋白质工程提供了手段。

在已研究过的几千种酶中，只有极少数可以应用于工业生产，绝大多数酶都不能应用于工业生产，这些酶虽然在自然状态下有活性，但在工业生产中没有活性或活性很低。这是因为工业生产中每一步的反应体系中常常会有酸、碱或有机溶剂存在，反应温度较高，在这种条件下，大多数酶会很快变性失活。提高蛋白质的稳定性是工业生产中一个非常重要的课题。一般来说，提高蛋白质的稳定性包括：延长酶的半衰期，提高酶的热稳定性，延长药用蛋白的保存期，抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性丧失等。

下面举一个如何通过蛋白质工程来提高重组β-干扰素专一活性和稳定性的例子。干扰素是一种抗病毒、抗肿瘤的药物。将人的干扰素的cDNA在大肠杆菌中进行表达，产生的干扰素的抗病毒活性为106 U/mg，只相当于天然产品的十分之一，虽然在大肠杆菌中合成的β-干扰素量很多，但多数是以无活性的二聚体形式存在。为什么会这样？如何改变这种状况？研究发现，β-干扰素蛋白质中有3个半胱氨酸（第17位、31位和141位），推测可能是有一个或几个半胱氨酸形成了不正确的二硫键。研究人员将第17位的半胱氨酸，通过基因定点突变改变成丝氨酸，结果使大肠杆菌中生产的β-干扰素的抗病性活性提高到108 U/mg，并且比天然β-干扰素的贮存稳定性高很多。

在基础理论研究方面，蛋白质工程是研究多种蛋白质的结构和功能、蛋白质折叠、蛋白质分子设计等一系列分子生物学基本问题的一种新型的、强有力的手段。通过对蛋白质工程的研究，可以深入地揭示生命现象的本质和生命活动的规律。

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