蛋白質(zhì)工程的崛起教案

1、臥円基因也匕刑KA空J(rèn)具百空間詰構(gòu)的第門質(zhì)一*謨達(dá)生物待有的航能血性狀蛋白質(zhì)工程的崛起教學(xué)目標(biāo)1. 舉例說(shuō)出蛋白質(zhì)工程崛起的緣由。2. 簡(jiǎn)述蛋白質(zhì)工程的原理。3. 嘗試運(yùn)用逆向思維分析和解決問(wèn)題。教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)1. 教學(xué)重點(diǎn)1為什么要開展蛋白質(zhì)工程的研究？2蛋白質(zhì)工程的原理。2. 教學(xué)難點(diǎn)：蛋白質(zhì)工程的原理。教學(xué)方法：探究法、導(dǎo)讀法、分析交流具體做法：1. 建議采用“問(wèn)題一探究一新問(wèn)題一再探究的教學(xué)模式。帶著學(xué)生回憶原有知識(shí)： 要想讓一種生物的性狀在另一種生物中表達(dá)，在種內(nèi)可以用常規(guī)雜交育種的方法實(shí)現(xiàn)，但要使有生殖隔離的種間生物實(shí)現(xiàn)基因交流，就顯得力不從心了。基因工程的誕生，為克服這一遠(yuǎn)緣雜交

2、的障礙問(wèn)題， 帶來(lái)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(zhì)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(shí)現(xiàn)了世界上現(xiàn)有基因在轉(zhuǎn)基因生物中的表達(dá)。但一個(gè)新問(wèn)題出現(xiàn)了， 生物產(chǎn)生的天然蛋白質(zhì)是在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中形成的，它的結(jié)構(gòu)、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(diǎn)的認(rèn)識(shí)，可調(diào)動(dòng)學(xué)生從書中找實(shí)例干擾素例子、工業(yè)用酶的例子加以佐證。于是要對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，制造出 目前從天然蛋白質(zhì)中找不到的蛋白質(zhì)。這樣人們又開始了新一輪的探索，蛋白質(zhì)工程應(yīng)運(yùn)而生了。2. 建議加強(qiáng)與已有知識(shí)的聯(lián)系，用逆向思維的方法解決新問(wèn)題。既然蛋

3、白質(zhì)的功能是由 DNA決定的，那么要 制造出新的蛋白質(zhì)，就要改造 DNA所以蛋白質(zhì) 工程的原理應(yīng)該是中心法那么的逆推。教學(xué)課時(shí)：1課時(shí)教學(xué)過(guò)程：復(fù)習(xí)舊課，導(dǎo)出新課題：學(xué)習(xí)探究：1、基因工程的實(shí)質(zhì)是什么？2、基因工程的根本操作程序有哪些？3、通過(guò)基因工程產(chǎn)生的蛋白質(zhì)都是屬于自然界的蛋白質(zhì)，即各種生物經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的進(jìn)化 過(guò)程中形成的。隨著人們生活的改變，自然界現(xiàn)在的蛋白質(zhì)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(zhì)呢？4、什么是蛋白質(zhì)工程？引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真閱讀課文中的材料，引出課題。一、蛋白質(zhì)工程的概念：根據(jù)蛋白質(zhì)工程的概念，關(guān)注兩方面的內(nèi)容：1、蛋白質(zhì)工程的根底：基因工程。

4、2、蛋白質(zhì)工程的實(shí)質(zhì)：按意愿產(chǎn)生人們所需要的蛋白質(zhì)。學(xué)習(xí)探究：1、對(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，你認(rèn)為應(yīng)該直接對(duì)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作，還是通過(guò)參基因的 操作來(lái)實(shí)現(xiàn)呢？2、蛋白質(zhì)工程是怎樣進(jìn)行的呢？二、蛋白質(zhì)工程的根本原理：間鉛構(gòu)的蛋白質(zhì)一*衣達(dá)生物壞肓的功盥或性狀1、蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)：按人們對(duì)蛋白質(zhì)功能的特定要求，對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子改造和設(shè)計(jì)。2、蛋白質(zhì)合成的根本方法：通過(guò)人工的方法，先確定所需蛋白質(zhì)的根本功能，再按逆向推出相關(guān)基因的根本組成，再進(jìn)行轉(zhuǎn)錄和翻譯得到所需蛋白 質(zhì)。3、蛋白質(zhì)工程的根本途徑：確定蛋白質(zhì)功能 t應(yīng)有的蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu) t應(yīng)具備的折疊狀態(tài) t推測(cè)氨基酸序列 t找 到或合成相應(yīng)的

5、堿基序列(基因)t改造的蛋白質(zhì)4、實(shí)施蛋白質(zhì)工程的前提條件：了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能三、 蛋白質(zhì)改造的方法：基因定點(diǎn)誘變技術(shù)、重組DNA技術(shù)1、制造出自然界中不存在的全新蛋白質(zhì)一一大改根據(jù)氨基酸性質(zhì)和特點(diǎn)來(lái)改造，使之具有特定氨基酸序列、空間結(jié)構(gòu)和預(yù)期功能。2、在蛋白質(zhì)分子中替代一個(gè)肽段或一個(gè)特定的結(jié)構(gòu)一一中改3、改造蛋白質(zhì)分子中的幾個(gè)氨基酸的殘基小改通過(guò)基因工程的定點(diǎn)誘變技術(shù)，有目的改造，以改善蛋白質(zhì)的性質(zhì)和功能。引導(dǎo)學(xué)生閱讀課文材料， 探討蛋白質(zhì)工程在人類生活中的實(shí)際應(yīng)用及進(jìn)展情況。最后經(jīng)分析討論，得出相關(guān)結(jié)論。四、蛋白質(zhì)質(zhì)工程的應(yīng)用：1、提高蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性：主要是改造酶的結(jié)構(gòu)，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(zhì)的活性3、合成嵌合抗體，用于臨床治療五、蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展和前景：課堂小結(jié)：蛋白質(zhì)工程的根本原理課后記：本節(jié)內(nèi)容少，且在已有知識(shí)的根底上較易掌握。關(guān)鍵在明確所需蛋白質(zhì)的功能，找出 相關(guān)的基因結(jié)構(gòu)即可。輔助材料:(供教師在教學(xué)中為學(xué)生提供參考)：蛋白質(zhì)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(jié)構(gòu)生物學(xué)對(duì)大量蛋白質(zhì)分子的精確立體結(jié)構(gòu)及其復(fù)雜的生物功能的分析結(jié) 果，為設(shè)計(jì)改造天然蛋白質(zhì)提供了藍(lán)圖。分子遺傳學(xué)的以定點(diǎn)突變?yōu)橹行牡幕虿僮骷夹g(shù)為蛋白質(zhì)工程提供了手段。在已研究過(guò)的幾千種酶中，只有極少數(shù)可以應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)

7、，絕大多數(shù)酶都不能應(yīng)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(méi)有活性或活性很低。這是 因?yàn)楣I(yè)生產(chǎn)中每一步的反響體系中常常會(huì)有酸、 堿或有機(jī)溶劑存在， 反響溫度較高， 在這 種條件下， 大多數(shù)酶會(huì)很快變性失活。 提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性是工業(yè)生產(chǎn)中一個(gè)非常重要的課 題。一般來(lái)說(shuō)，提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性包括：延長(zhǎng)酶的半衰期，提高酶的熱穩(wěn)定性，延長(zhǎng)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(gè)如何通過(guò)蛋白質(zhì)工程來(lái)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(jìn)行表達(dá)，產(chǎn)生的干擾素的抗病毒活性為 106 U/mg,只相當(dāng)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(wú)活性的二聚體形式存在。為什么會(huì)這樣？如何改變這種 狀況？研究發(fā)現(xiàn), 3 -干擾素蛋白質(zhì)中有 3 個(gè)半胱氨酸第 17 位、 31 位和 141 位,推測(cè) 可能是有一個(gè)或幾個(gè)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(guò)基因定點(diǎn)突變改變成絲氨酸,結(jié)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