選修三專題一1.4《蛋白質(zhì)工程的崛起》教案——孫書(shū)明

1、第1頁(yè)共5頁(yè)學(xué)校：臨清一中學(xué)科：生物編寫(xiě)人：孫書(shū)明審稿人：呂瑞專題一專題一1.4蛋白質(zhì)工程的崛起蛋白質(zhì)工程的崛起一、一、教學(xué)目標(biāo)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。二、二、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)（1）為什么要開(kāi)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。三、三、教學(xué)過(guò)程教學(xué)過(guò)程一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由（一、蛋白質(zhì)工程崛起的

2、緣由（P26P26）引言：引言：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)雜交育種的辦法實(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，牛的乳腺生物反應(yīng)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

3、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。舉例：舉例：P26P26干擾素例子、工業(yè)用酶的例子干擾素例子、工業(yè)用酶的例子于是要對(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(kāi)始了新一輪的探索，蛋白質(zhì)工程應(yīng)運(yùn)而生了。二、蛋白質(zhì)工程的原理二、蛋白質(zhì)工程的原理回顧回顧已學(xué)習(xí)過(guò)中心法則及蛋白質(zhì)具有復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)等知識(shí)。中心法則告訴我們遺傳信息的流動(dòng)方向如圖14所示。圖14遺

4、傳信息的流動(dòng)方向第3頁(yè)共5頁(yè)下面舉一個(gè)如何通過(guò)蛋白質(zhì)工程來(lái)提高重組β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106Umg，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β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)，β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

5、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β干擾素的抗病性活性提高到108Umg，并且比天然β干擾素的貯存穩(wěn)定性高很多。在基礎(chǔ)理論研究方面，蛋白質(zhì)工程是研究多種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能、蛋白質(zhì)折疊、蛋白質(zhì)分子設(shè)計(jì)等一系列分子生物學(xué)基本問(wèn)題的一種新型的、強(qiáng)有力的手段。通過(guò)對(duì)蛋白質(zhì)工程的研究，可以深入地揭示生命現(xiàn)象的本質(zhì)和生命活動(dòng)的規(guī)律。2.2.蛋白質(zhì)工程操作程序的基本思路與

6、基因工程有什么不同？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？答：基因工程是遵循中心法則，從DNA→mRNA→蛋白質(zhì)→折疊產(chǎn)生功能，基本上是生產(chǎn)出自然界已有的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)工程是按照以下思路進(jìn)行的：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)→應(yīng)有的氨基酸序列→應(yīng)有的堿基排列，可以創(chuàng)造自然界不存在的蛋白質(zhì)。3.3.你知道酶工程嗎？絕大多數(shù)酶都是蛋白質(zhì)，酶工程與蛋白質(zhì)工程有什么區(qū)別？你知道酶工程嗎？絕大多數(shù)酶都是

7、蛋白質(zhì)，酶工程與蛋白質(zhì)工程有什么區(qū)別？提示：酶工程就是指將酶所具有的生物催化作用，借助工程學(xué)的手段，應(yīng)用于生產(chǎn)、生活、醫(yī)療診斷和環(huán)境保護(hù)等方面的一門(mén)科學(xué)技術(shù)。概括地說(shuō)，酶工程是由酶制劑的生產(chǎn)和應(yīng)用兩方面組成的。酶工程的應(yīng)用主要集中于食品工業(yè)、輕工業(yè)以及醫(yī)藥工業(yè)中。α淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和葡萄糖異構(gòu)酶這三個(gè)酶連續(xù)作用于淀粉，就可以代替蔗糖生產(chǎn)出高果糖漿；蛋白酶用于皮革脫毛膠以及洗滌劑工業(yè)；固定化酶還可以治療先天性缺酶病或是器官缺損引起的某

8、些功能的衰竭等。至于我們?nèi)粘Ｉ钪兴?jiàn)到的加酶洗衣粉、嫩肉粉等，就更是酶工程最直接的體現(xiàn)了。通常所說(shuō)的酶工程是用工程菌生產(chǎn)酶制劑，而沒(méi)有經(jīng)過(guò)由酶的功能來(lái)設(shè)計(jì)酶的分子結(jié)構(gòu)，然后由酶的分子結(jié)構(gòu)來(lái)確定相應(yīng)基因的堿基序列等步驟。因此，酶工程的重點(diǎn)在于對(duì)已存酶的合理充分利用，而蛋白質(zhì)工程的重點(diǎn)則在于對(duì)已存在的蛋白質(zhì)分子的改造。當(dāng)然，隨著蛋白質(zhì)工程的發(fā)展，其成果也會(huì)應(yīng)用到酶工程中，使酶工程成為蛋白質(zhì)工程的一部分。（二）正文中討論題（二）正文中討論題