2015高中生物14蛋白质工程的崛起教学案新人教版选修3

1选修三专题11.4蛋白质工程的崛起一、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。二、教学建议1.课时数：本节教学建议用1课时。2.课时侧重点：（1）为什么要开展蛋白质工程的研究？（2）蛋白质工程的原理。3.教学策略（1）建议采用“问题—探究—新问题—再探究”的教学模式。本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。新课一开始，可以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：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。学生在必修课中已学习过中心法则及蛋白质具有复杂的空间结构等知识。中心法则告诉我们遗传信息的流动方向如图1-4所示。图1-4遗传信息的流动方向这是学习新知识的基础。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。结合课本中插图，可以较明确地说明这一点。还有两点教学建议需要说明。第一，蛋白质工程的诞生是有其理论与技术条件支撑的，正如课本中开头描述的，它是随着分子生物学、晶体学以及计算机技术的迅猛发展而诞生的，也与基因组学、蛋白质组学、生物信息学的发展等因素有关（本书“前沿动态”中有简要介绍）。第二，说明蛋白质工程目前的现状：成功的例子不多，主要是因为蛋白质发挥其功能需要依赖于正确的空间结构，而科学家目前对大多数蛋白质的空间结构了解很少。这样学习，可以使学生认识到科学探索之路的漫长、艰辛和永无止境。2三、达标检测1．玉米是生产赖氨酸的好材料，可是产量较低，可以通过改变什么结构来提高产量()A．天冬氨酸激酶B．二氢吡啶二羧酸合成酶C．肽酶D．A、B两项都是2．下列关于蛋白质工程的说法，正确的是()A．蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作B．蛋白质工程能产生出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子C．对蛋白质的改造是通过直接改造相应的mRNA来实现的D．蛋白质工程的流程和天然蛋白质合成的过程是相同的3．蛋白质工程操作的实质是()A．改造蛋白质B．改造mRNAC．改造基因D．改造氨基酸4．在设计合成自然界中不存在的蛋白质时，首先应该设计()A．基因结构B．mRNA结构C．氨基酸序列D．蛋白质结构5．蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是()A．氨基酸结构B．蛋白质空间结构C．肽链结构D．基因结构6．科学家为提高玉米中赖氨酸含量，计划将天冬氨酸激酶的第352位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中104位的氨基酸由天冬氨酸变成异亮氨酸，就可以使玉米叶片和种子中的游离赖氨酸含量分别提高5倍和2倍。下列对蛋白质的改造，操作正确的是()A．直接通过分子水平改造蛋白质B．直接改造相应的mRNAC．对相应的基因进行操作D．重新合成新的基因7．下列说法正确的是()A．蛋白质工程和基因工程的目的都是获得人类需要的蛋白质，所以二者没有区别B．基因工程是蛋白质工程的关键技术C．通过蛋白质工程改造后的蛋白质，有的仍然是天然的蛋白质D．蛋白质工程是在蛋白质分子水平上直接改造蛋白质的8．用蛋白质工程方法制成的电子元件，具有下列哪些特点()3①体积小②耗电少③效率高④灵活性强A．①②③B．①②④C．②③④D．①③④9．下列关于蛋白质工程应用的叙述，不正确的是()A．蛋白质工程可以改造酶的结构，提高酶的热稳定性B．通过蛋白质工程可以改变蛋白质的活性C．利用蛋白质工程可以从大肠杆菌细胞中得到人的胰岛素D．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10．下列关于蛋白质工程的叙述，错误的是()A．蛋白质工程操作的实质是改造基因B．蛋白质工程在设计蛋白质结构时的依据是现有基因的脱氧核苷酸序列C．蛋白质工程的基础是基因工程D．蛋白质工程遵循的原理包括中心法则11．下列关于基因工程的叙述，不正确的是()A．基因工程的实质是外源基因的导入使生物产生出本身不能产生的蛋白质B．基因工程可使生物产生出自然界中不存在的蛋白质种类C．基因工程使生物产生的变异属于基因重组D．基因工程操作程序遵循的思路是中心法则，从DNA→mRNA→蛋白质→生物功能12．以下蛋白质工程中，目前已成功的是()A．对胰岛素进行改造，生产速效型药品B．蛋白质工程应用于微电子方面C．生产体外耐储存的干扰素D．用蛋白质工程生产血红蛋白13．关于基因工程和蛋白质工程的说法正确的是()A．都是分子水平上的操作B．基因工程就是改造基因的分子结构C．蛋白质工程就是改造蛋白质的分子结构D．基因工程能创造出自然界根本不存在的基因，蛋白质工程能创造出自然界根本不存在的蛋白质14．干扰素是动物体内合成的一种蛋白质，可以用于治疗病毒感染和癌症，但体外保存相当困难，如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，就可在70℃下保存半年，给广大患者带来福音。(1)蛋白质的合成是受基因控制的，因此获得能够控制合成“可以保存的干扰素”的基因是生产的关键，依据蛋白质工程原理，设计实验流程，让动物生产“可以保存的干扰4素”(请填写)。(2)基因工程和蛋白质工程相比较，基因工程在原则上只能生产________________的蛋白质，不一定符合人类生产和生活的需要。而蛋白质工程是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__________或__________，对现有蛋白质进行__________，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活需要。(3)蛋白质工程实施的难度很大，原因是蛋白质具有十分复杂的__________结构。(4)对天然蛋白质进行改造，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？_________________________________________________________________。原因是____________________________________________________________________。15．近期《肝脏学》杂志发表了一篇文章称科学家经研究发现：乙肝病毒HBX蛋白质调控宿主细胞内许多基因的转录，广泛影响宿主细胞的各种生命活动，包括调节细胞凋亡、抑制细胞DNA的修复、干扰细胞有丝分裂和细胞周期进程等，因此可利用该蛋白质治疗乙肝。下图表示利用乳腺反应器生产乙肝病毒HBX蛋白的流程示意图。(1)已知HBX蛋白基因的核苷酸序列，则①可采用__________获得目的基因，并用________技术进行扩增。(2)为获得更高活性的HBX蛋白质，需要对蛋白质结构进行设计改造，但必须通过基因修饰或基因合成来完成，而不直接改造蛋白质的原因是____________________________________________________________________________________________________。(3)图中载体④是__________，⑥为胚胎移植到受体，在该步骤操作前对胚胎进行了检查和筛选，发现有些胚胎因为外源基因的插入而死亡，请你分析外源基因插入导致胚胎死亡的原因：______________________________________________________________。答案1．D2．B3．C4．D5．D6．C7．B8．A9．C10．B11．B12．A13．A14．(1)预期蛋白质的功能蛋白质三维结构应有的氨基酸序列相应的脱氧核苷酸序列(基因)(2)自然界已存在基因修饰基因合成改造(3)空间(或高级)5(4)基因基因控制蛋白质的合成，并且基因能遗传给下一代15．(1)人工合成法PCR(2)改造基因易于操作且改造后能够遗传(3)动物病毒外源基因的插入导致胚胎正常发育所需的基因不能表达