蛋白質工程的崛起教案

1、臥円基因也匕刑KA空J具百空間詰構的第門質一*謨達生物待有的航能血性狀蛋白質工程的崛起教學目標1. 舉例說出蛋白質工程崛起的緣由。2. 簡述蛋白質工程的原理。3. 嘗試運用逆向思維分析和解決問題。教學重點和難點1. 教學重點1為什么要開展蛋白質工程的研究？2蛋白質工程的原理。2. 教學難點：蛋白質工程的原理。教學方法：探究法、導讀法、分析交流具體做法：1. 建議采用“問題一探究一新問題一再探究的教學模式。帶著學生回憶原有知識： 要想讓一種生物的性狀在另一種生物中表達，在種內(nèi)可以用常規(guī)雜交育種的方法實現(xiàn)，但要使有生殖隔離的種間生物實現(xiàn)基因交流，就顯得力不從心了?；蚬こ痰恼Q生，為克服這一遠緣雜交

2、的障礙問題， 帶來了新的希望。于是取得了豐碩成果： 大腸桿菌為人類生產(chǎn)出了胰島素，牛的乳腺生物反響器為人類制造出了蛋白質類藥物，煙草植物體內(nèi)含有了某種藥物蛋白至此，人們也只是實現(xiàn)了世界上現(xiàn)有基因在轉基因生物中的表達。但一個新問題出現(xiàn)了， 生物產(chǎn)生的天然蛋白質是在長期進化過程中形成的，它的結構、性能不能完全滿足人類生產(chǎn)和生活的需要。為了加深這一點的認識，可調動學生從書中找實例干擾素例子、工業(yè)用酶的例子加以佐證。于是要對現(xiàn)有蛋白質進行改造，制造出 目前從天然蛋白質中找不到的蛋白質。這樣人們又開始了新一輪的探索，蛋白質工程應運而生了。2. 建議加強與已有知識的聯(lián)系，用逆向思維的方法解決新問題。既然蛋

3、白質的功能是由 DNA決定的，那么要 制造出新的蛋白質，就要改造 DNA所以蛋白質 工程的原理應該是中心法那么的逆推。教學課時：1課時教學過程：復習舊課，導出新課題：學習探究：1、基因工程的實質是什么？2、基因工程的根本操作程序有哪些？3、通過基因工程產(chǎn)生的蛋白質都是屬于自然界的蛋白質，即各種生物經(jīng)過漫長的進化 過程中形成的。隨著人們生活的改變，自然界現(xiàn)在的蛋白質不一定能滿足人類生產(chǎn)和生活的需要,那么，有什么方法可以獲得人類所需的蛋白質呢？4、什么是蛋白質工程？引導學生認真閱讀課文中的材料，引出課題。一、蛋白質工程的概念：根據(jù)蛋白質工程的概念，關注兩方面的內(nèi)容：1、蛋白質工程的根底：基因工程。

4、2、蛋白質工程的實質：按意愿產(chǎn)生人們所需要的蛋白質。學習探究：1、對天然蛋白質進行改造，你認為應該直接對蛋白質分子進行操作，還是通過參基因的 操作來實現(xiàn)呢？2、蛋白質工程是怎樣進行的呢？二、蛋白質工程的根本原理：間鉛構的蛋白質一*衣達生物壞肓的功盥或性狀1、蛋白質工程的目標：按人們對蛋白質功能的特定要求，對蛋白質的結構進行分子改造和設計。2、蛋白質合成的根本方法：通過人工的方法，先確定所需蛋白質的根本功能，再按逆向推出相關基因的根本組成，再進行轉錄和翻譯得到所需蛋白 質。3、蛋白質工程的根本途徑：確定蛋白質功能 t應有的蛋白質高級結構 t應具備的折疊狀態(tài) t推測氨基酸序列 t找 到或合成相應的

5、堿基序列(基因)t改造的蛋白質4、實施蛋白質工程的前提條件：了解蛋白質的結構和功能三、 蛋白質改造的方法：基因定點誘變技術、重組DNA技術1、制造出自然界中不存在的全新蛋白質一一大改根據(jù)氨基酸性質和特點來改造，使之具有特定氨基酸序列、空間結構和預期功能。2、在蛋白質分子中替代一個肽段或一個特定的結構一一中改3、改造蛋白質分子中的幾個氨基酸的殘基小改通過基因工程的定點誘變技術，有目的改造，以改善蛋白質的性質和功能。引導學生閱讀課文材料， 探討蛋白質工程在人類生活中的實際應用及進展情況。最后經(jīng)分析討論，得出相關結論。四、蛋白質質工程的應用：1、提高蛋白質的熱穩(wěn)定性：主要是改造酶的結構，提高酶的熱穩(wěn)

6、定性主要用于工業(yè)化生產(chǎn)(1 )替換酶的局部氨基酸；(2)引入二硫鍵2、改變蛋白質的活性3、合成嵌合抗體，用于臨床治療五、蛋白質工程的進展和前景：課堂小結：蛋白質工程的根本原理課后記：本節(jié)內(nèi)容少，且在已有知識的根底上較易掌握。關鍵在明確所需蛋白質的功能，找出 相關的基因結構即可。輔助材料:(供教師在教學中為學生提供參考)：蛋白質工程的崛起主要是工業(yè)生產(chǎn)和根底理論 研究的需要。而結構生物學對大量蛋白質分子的精確立體結構及其復雜的生物功能的分析結 果，為設計改造天然蛋白質提供了藍圖。分子遺傳學的以定點突變?yōu)橹行牡幕虿僮骷夹g為蛋白質工程提供了手段。在已研究過的幾千種酶中，只有極少數(shù)可以應用于工業(yè)生產(chǎn)

7、，絕大多數(shù)酶都不能應用 于工業(yè)生產(chǎn)，這些酶雖然在自然狀態(tài)下有活性，但在工業(yè)生產(chǎn)中沒有活性或活性很低。這是 因為工業(yè)生產(chǎn)中每一步的反響體系中常常會有酸、 堿或有機溶劑存在， 反響溫度較高， 在這 種條件下， 大多數(shù)酶會很快變性失活。 提高蛋白質的穩(wěn)定性是工業(yè)生產(chǎn)中一個非常重要的課 題。一般來說，提高蛋白質的穩(wěn)定性包括：延長酶的半衰期，提高酶的熱穩(wěn)定性，延長藥用 蛋白的保存期，抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性喪失等。下面舉一個如何通過蛋白質工程來提高重組3-干擾素專一活性和穩(wěn)定性的例子。干擾素是一種抗病毒、抗腫瘤的藥物。將人的干擾素的cDNA在大腸桿菌中進行表達，產(chǎn)生的干擾素的抗病毒活性為 106 U/mg,只相當于天然產(chǎn)品的十分之一，雖然在大腸桿菌中合成 的 3 -干擾素量很多，但多數(shù)是以無活性的二聚體形式存在。為什么會這樣？如何改變這種 狀況？研究發(fā)現(xiàn), 3 -干擾素蛋白質中有 3 個半胱氨酸第 17 位、 31 位和 141 位,推測 可能是有一個或幾個半胱氨酸形成了不正確的二硫鍵。研究人員將第17 位的半胱氨酸,通過基因定點突變改變成絲氨酸,結果使大腸桿菌中生產(chǎn)的3 - 干擾素的抗病性活性提高到108 U/mg ,并且比天然 3 - 干擾素的貯存穩(wěn)定性高