生物选修3《现代生物科技专题》1.4 蛋白质工程的崛起教学设计

这是一份生物选修3《现代生物科技专题》1.4 蛋白质工程的崛起教学设计，共3页。

知识目标
举例说出蛋白质工程崛起的缘由。
能力目标
简述蛋白质工程的基本原理及基本途径。
情感态度与价值观
尝试运用逆向思维分析和解决问题。
2. 教学重点/难点
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。
教学难点
蛋白质工程的原理。
3. 教学用具
4. 标签
教学过程
教学过程
师:根据前面所学内容,试概括说出基因工程解决了哪些生活、生产中难以解决的问题。
生:基因工程可以生产人类需要的药物,如胰岛素、干扰素等,我们吃的,使某些食品如番茄、土豆等农业中的抗虫棉、抗病毒烟草等,上述产品有些是常规方法难以生产或者生产成本过高 。
师:基因工程的实质是将一种生物的基因转移到另一种生物体内,使后者产生它本身不能
产生的蛋白质,进而表现出新的性状。但基因工程,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。即基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。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。我们该怎么办?
生:对现有蛋白质进行定向改造,以满足人类的生产和生活需要。
师:大家都知道“人类基因组计划”,那么你们知道国际人类蛋白质组计划吗?它与蛋白质工程有什么关系?
师:人类蛋白质组计划是继人类基因组计划后,生命科学乃至自然科学领域一项重大的科学命题。2001年国际人类蛋白质组组织宣告成立。2003年该组织正式提出启动了两项重大国际合作行动:一项是由中国科学家牵头执行的“人类肝脏蛋白质组计划”;另一项是以美国科学家牵头执行的“人类蛋白质组计划”,由此拉开了蛋白质组计划的帷幕。
师:通过上面的学习我们已经大概了解了蛋白质工程崛起的理由。
生:基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质,这些蛋白质却不一定完全符合人类生产和生活的需要。
师:归纳的很好!我们刚才提到的干扰素在体外保存相当困难,如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸,那么在—70度的条件下可以保存半年。
师: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,还是通过对基因的操作来实现?
生:通过对基因的操作来实现,因为基因决定蛋白质的合成。
师:下面让我们一起来回忆一下生物体内的蛋白质合成的过程。
生:基因 mRNA 形成氨基酸序列的多肽链 盘曲折叠成有一定空间结构的蛋白质 行使生物功能
师:同学们说的对!但蛋白质工程却与之相反,它的基本途径是什么呢?
生: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 找到相应的脱氧核苷酸序列(基因)
师:下面我们利用蛋白质工程原理来解决课本27页讨。论题。
生:—丙氨酸—色氨酸—赖氨酸—甲硫氨酸—苯丙氨酸—
mRNA:GCU(或C或A或G)UGGAAA(或G)AUGUUU(或C)
DNA的一条链:CGA(或G或T或C)ACCTTT(或C)TACAAA(或G)
确定了基因的碱基序列后,就可以根据人类的需要改造它,通过人工合成的方法或从基因库中获取。
师:回答的很好 。通过以上的讨论我们来总结一下什么是蛋白质工程。
生: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,以满足人类的生产和生活的需求。
师:基于以上蛋白质工程的原理,能不能根据人类需要的蛋白质的结构设计相应的基因,导入适合的细菌中,让细菌生产人类需要的蛋白质食品呢?
师:蛋白质工程取得的进展向人
们展示了诱人的前景。
1、在生物工程制药领域、蛋白质工程有着广泛的应用。例如修改与胰岛素分子间整合作用有关的表面残基使其更容易解离成有活性的单体分子,从而使这种胰岛素成为速效型药物。制备生长鼠-人嵌合抗体减少因机体高度过敏而引起的副作用。
2、蛋白质工程可通过改造酶的结构,有目的地提高酶的热稳定性。
3.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。

异想天开
能不能根据人类需要的蛋白质的结构,设计相应的 基因,导入合适的细菌中,让细菌生产人类所需要的蛋白质食品呢?
师:为什么说蛋白质工程是一项认识科学探索
难度很大的工程?目前要设计出之路永无止境更加符合人类需要的蛋白质还需经过艰辛的探索和努力?
生:主要是蛋白质的高级结构非常复杂,人类对蛋白质的高级结构和在生物体内如何行使功能知之甚少。很难设计出一个崭新而具有生命功能作用的蛋白质,而且一个崭新的蛋白质会带来什么危害也是人们所担心的。