學(xué)案蛋白質(zhì)工程的崛起

楠桿高中生物選修三學(xué)案五專題1基因工程蛋白質(zhì)工程的崛起編制人：江和平【學(xué)習(xí)目標(biāo)】舉例說出蛋白質(zhì)工程崛起的緣由簡述蛋白質(zhì)工程的基本原理及基本途徑【重難點(diǎn)】重點(diǎn)開展蛋白質(zhì)工程研究的意義蛋白質(zhì)工程的原理難點(diǎn)蛋白質(zhì)工程的原理1．蛋白質(zhì)工程崛起的緣由(1)基因工程的實(shí)質(zhì)：將一種生物的_____轉(zhuǎn)移到另一種生物體內(nèi)，后者可以產(chǎn)生它本不能產(chǎn)生的_______，進(jìn)而表現(xiàn)出_________。(2)緣由：①基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界______的蛋白質(zhì)。②天然蛋白質(zhì)的__________符合特定_________的需要，卻不一定完全符合_______________的需要。(3)實(shí)例：①延長干擾素保存時(shí)間：eq\x(干擾素半胱氨酸)eq\o(→,\s\up15(改造),\s\do5())eq\x(干擾素_______)體外很難保存體外可以保存半年②提高玉米賴氨酸含量：eq\x(天冬氨酸激酶352位的______)eq\o(→,\s\up15(改造),\s\do5())eq\x(天冬氨酸激酶352位的異亮氨酸)eq\x(二氫吡啶二羧酸合成酶104位的_________)eq\o(→,\s\up15(改造),\s\do5())eq\x(二氫吡啶二羧酸合成酶104位的異亮氨酸)結(jié)果：改造后玉米葉片和種子中的游離賴氨酸分別提高5倍和2倍。2．蛋白質(zhì)工程的基本原理概念基礎(chǔ)蛋白質(zhì)分子的_________及其與________的關(guān)系手段通過_________或_________，對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)目的獲得________________________的蛋白質(zhì)原理由預(yù)期的蛋白質(zhì)找到相對(duì)應(yīng)的____________________流程預(yù)期蛋白質(zhì)功能→設(shè)計(jì)預(yù)期的___________→推測應(yīng)有的___________→找到相對(duì)應(yīng)的_____________________3、蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展和前景進(jìn)展：(1)科學(xué)家通過對(duì)______的改造，已使其成為速效型藥品。(2)生物和材料科學(xué)家正積極探索將蛋白質(zhì)工程應(yīng)用于微電子方面，用蛋白質(zhì)工程方法制成的電子元件，具有______________________的特點(diǎn)。前景：蛋白質(zhì)工程前景是誘人的，但難度卻很大，尤其是目前科學(xué)家對(duì)大多數(shù)_________________的了解還很不夠。蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)是什么？那么對(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造是不是就是直接對(duì)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作呢？如果不是，應(yīng)該對(duì)什么進(jìn)行操作？為什么？考點(diǎn)一蛋白質(zhì)工程的基本途徑基因工程有什么不足之處？天然蛋白質(zhì)一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要嗎？請(qǐng)舉例說明。蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)是什么？那么對(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造是不是就是直接對(duì)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作呢？如果不是，應(yīng)該對(duì)什么進(jìn)行操作？為什么？【回顧】中心法則【思考】怎么從氨基酸序列推測堿基序列【拓展】推測基因序列后，改造過程示意圖【思考】蛋白質(zhì)工程操作程序思路與基因工程有什么不同？總結(jié)比較項(xiàng)目基因工程蛋白質(zhì)工程操作對(duì)象操作水平基本過程實(shí)質(zhì)結(jié)果聯(lián)系例1、下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說法，正確的是 ()A．蛋白質(zhì)工程是在分子水平上對(duì)蛋白質(zhì)分子直接進(jìn)行操作B．蛋白質(zhì)工程能產(chǎn)生出自然界中不曾存在過的新型蛋白質(zhì)分子C．對(duì)蛋白質(zhì)的改造是通過直接改造相應(yīng)的mRNA來實(shí)現(xiàn)的D．蛋白質(zhì)工程的流程和天然蛋白質(zhì)合成的過程是相同的例2、下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程和基因工程的比較，不合理的是()A．基因工程原則上只能生產(chǎn)自然界中已存在的蛋白質(zhì)，而蛋白質(zhì)工程可以對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，從而制造一種新的蛋白質(zhì)B．蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，蛋白質(zhì)工程最終還是要通過基因修飾或基因合成來完成C．當(dāng)?shù)玫娇梢栽冢?0℃條件下保存半年的干擾素后，在相關(guān)酶、氨基酸和適宜的溫度、pH條件下，干擾素可以大量自我合成D．基因工程和蛋白質(zhì)工程產(chǎn)生的變異都是可遺傳的考點(diǎn)二蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展和前景1．舉例說明蛋白質(zhì)工程取得的誘人前景。2．蛋白質(zhì)一程目前存在的問題是什么？例3、用蛋白質(zhì)工程方法制成的電子元件，具有下列哪些特點(diǎn) ()①體積?、诤碾娚佗坌矢撷莒`活性強(qiáng)A．①②③ B．①②④C．②③④ D．①③④1．下列說法正確的是 ()A．蛋白質(zhì)工程和基因工程的目的都是獲得人類需要的蛋白質(zhì)，所以二者沒有區(qū)別B．基因工程是蛋白質(zhì)工程的關(guān)鍵技術(shù)C．通過蛋白質(zhì)工程改造后的蛋白質(zhì)，有的仍然是天然的蛋白質(zhì)D．蛋白質(zhì)工程是在蛋白質(zhì)分子水平上直接改造蛋白質(zhì)的2．下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程應(yīng)用的敘述，不正確的是()A．蛋白質(zhì)工程可以改造酶的結(jié)構(gòu)，提高酶的熱穩(wěn)定性B．通過蛋白質(zhì)工程可以改變蛋白質(zhì)的活性C．利用蛋白質(zhì)工程可以從大腸桿菌細(xì)胞中得到人的胰島素D．蛋白質(zhì)工程可以對(duì)胰島素進(jìn)行改造和修飾，合成速效型胰島素制劑3.以下蛋白質(zhì)工程中，目前已成功的是 ()A．對(duì)胰島素進(jìn)行改造，生產(chǎn)速效型藥品B．蛋白質(zhì)工程應(yīng)用于微電子方面C．生產(chǎn)體外耐儲(chǔ)存的干擾素D．用蛋白質(zhì)工程生產(chǎn)血紅蛋白比較項(xiàng)目基因工程蛋白質(zhì)工程操作對(duì)象基因基因操作水平DNA分子水平DNA分子水平基本過程目的基因的獲取→基因表達(dá)載體的構(gòu)建→將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞→目的基因的檢測與鑒定確定蛋白質(zhì)的功能→蛋白質(zhì)應(yīng)有的高級(jí)結(jié)構(gòu)→蛋白質(zhì)應(yīng)具備的折疊狀態(tài)→蛋白質(zhì)應(yīng)有的氨基酸序列→應(yīng)有的堿基序列→合成DNA→表達(dá)出蛋白質(zhì)實(shí)質(zhì)定向改造生物的遺傳特性，以獲得人類需要的生物類型或生物產(chǎn)品定向改造或生產(chǎn)人類所需的蛋白質(zhì)結(jié)果生產(chǎn)人類需要的基因產(chǎn)物(自然界已有的蛋白質(zhì))可以創(chuàng)造出自然界不存在的新蛋白質(zhì)聯(lián)系蛋白質(zhì)工程是以基因工程為基礎(chǔ)的1．對(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，是通過直接對(duì)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作來實(shí)現(xiàn)的嗎？提示：不是，由于基因決定蛋白質(zhì)，因此要對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，最終必須通過基因改造來完成。2．蛋白質(zhì)工程操作程序的基本思路與基因工程有什么不同？提示：基因工程是按照中心法則進(jìn)行的：基因→表達(dá)(轉(zhuǎn)錄和翻譯)→形成氨基酸序列的多肽鏈→形成具有高級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)→行使生物功能，基本上是生產(chǎn)出自然界已有的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)工程卻與之相反：從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)→設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應(yīng)有的氨基酸序列→找出相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列(基因)，可以創(chuàng)造出自然界不存在的蛋白質(zhì)。3．假如某科學(xué)家設(shè)計(jì)出某種蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，你能否設(shè)計(jì)出利用大腸桿菌生產(chǎn)該蛋白質(zhì)的流程？提示：蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)→氨基酸序列→合成目的基因→構(gòu)建基因表達(dá)載體→導(dǎo)入大腸桿菌→產(chǎn)生相應(yīng)蛋白質(zhì)。1．蛋白質(zhì)工程的操作步驟(1)從生物體中分離純化目的蛋白。(2)測定其氨基酸序列。(3)借助核磁共振和X射線晶體衍射等手段，盡可能地了解蛋白質(zhì)的二維重組和三維晶體結(jié)構(gòu)。(4)設(shè)計(jì)各種處理?xiàng)l件，了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化，包括折疊與去折疊等對(duì)其活性與功能的影響。(5)設(shè)計(jì)編碼該蛋白質(zhì)的基因改造方案，如定點(diǎn)突變。(6)分離、純化新蛋白，功能檢測后投入實(shí)際使用。[特別提