蛋白质工程的崛起导学案

选修三专题一课题四课题蛋白质工程的崛起课型新课流程学习内容学法指导明确目标学习目标1举例说出蛋白质工程的崛起2.简述蛋白质工程的原理。3运用结构与功能相适应的观点，尝试运用逆向思维和解决问题。学习重点、难点蛋白质工程的原理历年热点考查：在本节内容渗透着生物学的原理和思维方式，预计随着科技发展，蛋白质工程的原理以及蛋白质工程和基因工程的关系等将成为高考的热点之一。提出问题通过独学对学群学解决问题一、认真阅读课本26--29，完成《优化探究》新知预习导一、蛋白质工程崛起的缘由1、基因工程的优势（即实质）：将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能产生的，进而表现出。基因工程的不足：基因工程在原则上只能生产的蛋白质。2、蛋白质工程的崛起：天然蛋白质是生物在过程中形成的，它们的符合的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。二、蛋白质工程的基本原理1、关于天然蛋白质⑴合成原理：中心法则。⑵合成过程：⑶蛋白质结构包括：【补充资料：帮你理解】蛋白质分子是由氨基酸首尾相连缩合而成的共价多肽链，但是天然蛋白质分子并不是走向随机的松散多肽链。每一种天然蛋白质都有自己特有的空间结构或称三维结构，这种三维结构通常被称为蛋白质的构象，即蛋白质的结构。一级结构：构成蛋白质的单元氨基酸通过肽键连接形成的线性序列，为多肽链。一级结构稍有变化，就会影响蛋白质的功能。二级结构：一级结构中部分肽链的弯曲或折叠产生二级结构。三级结构：在二级结构基础上进一步折叠成紧密的三维形式。三维形状一般都可以大致说是球状的或是纤维状的。四级结构：由蛋白质亚基结构形成的多于一条多肽链的蛋白质分子的空间排列。2、蛋白质工程（1）目标：根据人们对的特定需求，对进行分子设计。（2）原理：。实质：通过改造，以定向改造蛋白质，甚至创造蛋白质。（3）流程（途径）：①②③④【补充资料：帮你理解】蛋白质是一切生命活动存在的物质基础和唯一形式，同时也是诊断疾病、治疗疾病的物质基础或药物。人类蛋白数量不仅远超过基因数量，而且由于蛋白质的可变性和多样性导致了蛋白质研究技术远比核酸技术要复杂和困难的多。因此人类蛋白质构成了后基因组时代最重要的研究内容，具有无限广阔的前景。蛋白质是生命的体现者，离开了蛋白质生命将不复存在。可是生物体内存在的天然蛋白质，有的往往不尽人意，需要进行改造。由于蛋白质是由许多氨基酸按一定顺序连接而成的，每一种蛋白质有自己独特的氨基酸顺序，所以改变其中关键的氨基酸就能改变蛋白质的性质。而氨基酸是由三联体密码决定的，只要改变构成遗传密码的一个或两个碱基就能达到改造蛋白质的目的。蛋白质工程的一个重要途径就是根据人们的需要，对负责编码某种蛋白质的基因重新进行设计，使合成的蛋白质变得更符合人类的需要。其主要内容有两个方面：根据需要合成具有特定氨基酸序列和空间结构的蛋白质；确定蛋白质化学组成、空间结构与生物功能之间的关系。在此基础之上，实现从氨基酸序列预测蛋白质的空间结构和生物功能，设计合成具有特定生物功能的全新的蛋白质，这也是蛋白质工程最根本的目标之一。蛋白质工程的核心内容之一就是收集大量的蛋白质分子结构的信息，以便建立结构与功能之间关系的数据库，为蛋白质结构与功能之间关系的理论研究奠定基础。根据对天然蛋白质结构与功能分析建立起来的数据库里的数据，可以预测一定氨基酸序列肽链空间结构和生物功能；反之也可以根据特定的生物功能，设计蛋白质的氨基酸序列和空间结构。三维空间结构的测定是验证蛋白质设计的假设即证明是新结构改变了原有生物功能的必需手段。【讨论题】讨论1：怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？请把相应的碱基序列写出来。解析：每种氨基酸都有对应的密码子,只要查一下遗传密码子表，就可以将上述氨基酸序列的编码序列查出来。但是由于上述氨基酸序列中有几个氨基酸是由多个密码子编码,因此其碱基排列组合起来就比较复杂,至少可以排列出种。同学们可以根据学过的排列组合知识自己排列一下。首先应该根据密码子推出mRNA序列为：（或或或）（或）（或），再根据碱基互补配对规律推出脱氧核苷酸序列：。讨论2：确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因（DNA）？。2、蛋白质工程概念要求：根据讨论和其他组的质疑及教师点拨的基础上对本组的实验方案进行修改、完善蛋白质工程是指以蛋白质分子的及其与的关系作为基础，通过，对现有蛋白质进行或，以满足人类的生产和生活的需求。三、蛋白质工程的进展和前景（举例说明）目前成功例子不多，主要是因为蛋白质发挥功能必须依赖于，科学家对大多数蛋白质的的了解还很不够。小结：基因工程和蛋白质工程的比较：完善表格项目基因工程蛋白质工程实质将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能产生的蛋白质，进而表现出新性状。通过改造基因，以定向改造天然蛋白质，甚至创造自然界不存在的蛋白质结果定向改造生物的遗传特性，获得人类所需的生物类型或生物产品定向改造或生产人类所需的蛋白质能否产生新基因不能能联系蛋白质工程是在基因工程的基础上,延伸出来的第二代基因工程。因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因的修饰或基因的合成。【小组合作】P27讨论p28思考与探究【补充资料1】基因定点突变法基因会发生突变，突变可以自发，也可以诱发，这是每个稍有生物学知识的人都知道的常识。但在加拿大生物化学家M·史密斯（1932－2000）发明定点突变法之前，突变株的产生必须经由自然界或用化学等方法诱使基因体突变。这类方法属于随机突变，突变株必须在生物性状上有所改变，才能确定有突变发生，但除非用分子生物方法或遗传方法找到此突变处，否则无法确定突变位置。也就是说，这种突变是盲目的。而史密斯发明的定点突变法却是有目的的，该法可经由设计好的寡核苷酸，在任何一个基因片段上进行随意或设计好的突变，也就是说，这种突变是预先设定好的，所以也有人将该法称为“反遗传法”。有意思的是这一给生命科学研究及应用领域带来革命性突破的方法竟然是史密斯和其同事在喝咖啡时闲聊出来的。现在，几乎每个生物实验室都会用定点突变法来研究基因或蛋白质的功能。【补充资料2】胰岛素改造天然胰岛素制剂在储存中易形成二聚体和六聚体，延缓胰岛素从注射部位进入血液，从而延缓了其降血糖作用，这是胰岛素B23-B28氨基酸残基结构所致。利用蛋白质工程技术改变这些残基，则可降低其聚合作用，使胰岛素快速起作用。该速效胰岛素已通过临床实验。自学互动要求：1、在独学基础上进行对、群学，认真思考、讨论。2、用“双色笔”将疑难问题做记号，并和组内同学交流、讨论，仍有疑问在大展示中提出。我的疑问：（组内讨论后仍有疑问的问题请写在此处）精讲点拨1、展示要体现小组最高水平，其他小组成员认真倾听，在对方展示完后可进行质疑补充2、精讲内容：练习互查练习反馈：【针对训练】1.、蛋白质工程的实质是（）A、改变氨基酸结构B、改造蛋白质结构C、改变肽链结构D、改造基因结构2.蛋白质工程的基础是（）A、基因工程B、细胞工程C、酶工程D、发酵工程3.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4.下列关于蛋白质工程的说法错误的是（）A．蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构，使之更加符合人类的需要B．蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结构C．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D．蛋白质工程与基因工程密不可分，又被称为第二代基因工程5.T4溶菌酶的稳定性大大提高的根本原因是（）A．控制T4溶菌酶合成的基因的一个位点发生突变B．控制T4溶菌酶合成的mRNA上的密码子发生变化C．T4溶菌酶中一个氨基酸发生了替换D．T4溶菌酶中的第3位氨基酸由异亮氨酸变为半胱氨酸6.蛋白质工程中对蛋白质分子进行设计时，主要包括哪几种？（）①进行少数氨基酸的替换②对不同来源的蛋白质的拼接③从氨基酸的排列顺序出发设计全新的蛋白质④直接改变蛋白质的空间结构A、①②B、①②③C、②③④D、①②④7.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基因工程能产生自然界根本不存在的基因，蛋白质工程能产生自然界根本不存在的蛋白质8.以下关于蛋白质工程的说法正确的是（）A、蛋白质工程以基因工程为基础B、蛋白质工程就是酶工程的延伸C、蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造D、蛋白质工程只能生产天然的蛋白质9.关于蛋白质工程的进展和应用，下列说法不正确的是（）A．科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效药品B．生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工程应用于微电子方面C．蛋白质工程技术已经非常成熟，目前正被大力推广应用D．蛋白质工程是一项难度很大的工程，目前成功的例子不多10.下列是基因工程和蛋白质工程的主要区别的是（）A合成符合人类需要的蛋白质B将目的基因导入受体细胞C基因的复制与表达D产品符合人类需要11.当前医学上，蛋白质工程药物正逐步取代第一代基因工程多肽蛋白质类替代治疗剂，则基因工程药物与蛋白质工程药物的区别是（）A、都与天然产物完全相同B、都与天然产物不相同C、基因工程药物与天然产物完全相同，蛋白质工程药物与天然产物不相同D、基因工程药物与天然产物不相同，蛋白质工程药物与天然产物完全相同12、【实验班】人类的正常血红蛋白（HbA）β链第63位氨基酸是组氨酸，其密码子为CAU或CAC。当β链第63位组氨酸被酪氨酸（UAU或UAC）替代后，出现异常血红蛋白（HbM），导致一种贫血症；β链第63位组氨酸被精氨酸（CGU或CGC）所替代而产生的异常血红蛋白（HbZ）将引起另一种贫血症。（1）写出正常血红蛋白基因中，决定β链第63位组氨酸密码子的碱基对组成。（2）在决定β链第63位组氨酸密码子的DNA三个碱基对中，任意一个碱基对发生变化都将产生异常的血红蛋白吗？为什么？（3）若将正常的基因片段导入贫血症患者骨髓造血干细胞，则可以达到治疗的目的。请问：此操作属于蛋白质工程吗？为什么？总结提升1、我的收获（整理到笔记本或课本上，并与其他同学交换学习）：2、进一步思考、探究我的反思