資源簡介

生物技術與工程 第3章 基因工程
3.4蛋白質工程的原理和應用 教學設計
一、教學目標的確定
1、說出蛋白質工程崛起的緣由。
2、概述蛋白質工程的原理。
3、舉例說明對現有蛋白質的編碼基因進行改造，獲得人類所需要的蛋白質的過程。
二、教學重難點
1、教學重點
（1）蛋白質工程的基本原理。
（2）依據人類需要對原有蛋白質結構進行基因改造，生產目標蛋白的過程。
2、教學難點
（1）蛋白質工程的基本原理。
（2）依據人類需要對原有蛋白質結構進行基因改造、生產目標蛋白的過程。
三、教學設計思路
通過“從社會中來”用細菌“畫畫”的情境激發學生的興趣，讓學生了解到，要想做到用細菌“畫畫”，需要對原有的綠色熒光蛋白進行設計和改造。
展示“人重組干擾素”藥品的包裝盒圖片，解釋之所以稱作重組干擾素是由于天然干擾素很難體外保存，人類通過改變干擾素的某一氨基酸分子改變了干擾素的特性。像這樣對蛋白質分子進行設計和改造的操作屬于蛋白質工程的范疇。
四、教學步驟
1、新課導入
課件展示細菌“畫畫”作品。
教師：畫畫很常見，但是用細菌創作色彩斑斕的“畫”，很多學生可能是第一次見到。這樣的作品是通過什么方法完成的呢？
學生：這些細菌能夠發出熒光。
教師：最早被發現的熒光蛋白是綠色熒光蛋白，科學家通過改造它，并導入到細菌體內，使細菌能夠發出各種顏色的熒光。這些熒光蛋白在細胞內生命活動的檢測、腫瘤的示蹤研究等領域有著重要的應用。
提問：在上一節課基因工程的應用的學習中，我們已經了解過“人重組干擾素”生產方法，課件展示“人重組干擾素”的藥品包裝盒圖片。重組干擾素與天然干擾素有什么不同，為什么要對其進行“重組”呢？
學生：天然干擾素無法體外保存（預習得知）
教師：科學家將干擾素分子上的一個半胱氨酸變成絲氨酸，就使其在-70℃的條件下可以保存半年。
提問：這種對天然蛋白質進行設計和改造的操作技術屬于什么工程呢？
學生：蛋白質工程。
教師：下面我們一起來了解一下蛋白質工程的概念。
2、新課講授
概念
（1）基礎：蛋白質分子的結構規律及其與生物功能的關系。
（2）手段：通過基因改造或基因合成，對現有蛋白質進行改造，或制造一種新的蛋白質。
（3）目的：獲得滿足人類的生產和生活需求的蛋白質。
理論和技術條件：分子生物學、晶體學以及計算機技術的迅猛發展。
蛋白質工程崛起的緣由
基因工程的實質：將一種生物的基因轉移到另一種生物體內，后者可以產生它本不能產生的蛋白質，進而表現出新的性狀。
基因工程的不足：基因工程在原則上只能產生自然界中已存在的蛋白質。
天然蛋白質的不足：天然蛋白質的結構和功能符合特定物種生存的需要，卻不一定完全符合人類生產和生活的需要。
實例：玉米中賴氨酸的含量比較低，賴氨酸合成中兩種酶的氨基酸被替換，就可以使玉米葉片和種子中游離賴氨酸分別提高5倍和2倍。
（二）蛋白質工程的基本原理
目標：根據人們對蛋白質功能的特定需求，對蛋白質的結構進行設計改造。
方法：改造基因或合成基因。
流程：預期蛋白質功能→設計預期的蛋白質結構→推測應有的氨基酸序列→找到相對應的脫氧核苷酸序列（基因）或合成新的基因→獲得所需要的蛋白質。
課件展示基因工程和蛋白質工程的比較。
（三）蛋白質工程的應用
在醫藥工業方面的應用
（1）研發速效胰島素類似物：科學家通過改造胰島素基因使B鏈28位脯氨酸替換為天冬氨酸或者將它與29位的賴氨酸交換位置，從而有效抑制了胰島素的聚合，研發出速效胰島素類似物。
（2）提高干擾素的保存期：將干擾素分子上的一個半胱氨酸變成絲氨酸，提高了干擾素的保存時間。
（3）改造抗體：將小鼠單克隆抗體上結合抗原的區域“嫁接”到人的抗體上，降低了誘發人體免疫反應的強度。
在其他工業和農業方面的應用
（1）改進酶的性能或開發新的工業用酶：利用蛋白質工程獲得蛋白酶的多種突變體。
（2）改造某些重要的酶：利用蛋白質工程改造參與調控光合作用的酶，以提高植物光合作用的效率。
課件展示“到社會中去”。
3、課堂小結
基因蛋白質工程是一項難度很大的工程，主要是因為蛋白質發揮功能必須依賴于正確的高級結構，而這種高級結構往往十分復雜。科學家要設計出更加符合人類需要的蛋白質，還需要不斷地攻堅克難，我們相信，隨著科學技術的深入發展，蛋白質工程將會給人類帶來更多的福祉。
六、板書設計

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