高中生物选修3优质学案4：1.4 蛋白质工程的崛起.docxVIP

高中生物选修3 PAGE PAGE 1 1.4 蛋白质工程的崛起 【本节重难点】 重点：1.为什么要开展蛋白质工程的研究 2.蛋白质工程的原理 难点：1.蛋白质工程的原理 【知识精讲】 教材梳理 知识点一 蛋白质工程的概念：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。也就是说，蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程，是包含多学科的综合科技工程领域。 说明：对本概念的理解应从以下几个方面理解： 1.蛋白质工程的基础：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系 2.蛋白质工程的改造对象：改造蛋白质的结构，本质上是改造控制该蛋白质合成的基因的结构。 3.蛋白质工程的产物：产生新的蛋白质。 知识点二 蛋白质工程的原理：蛋白质工程的目标——是根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计。其基本途径是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→找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）。其流程图如下： 知识点三 蛋白质工程的实例：①.干扰素是动物体内的一种蛋白质，可治疗病毒的感染和癌症，但在体外保存相当困难，通过蛋白质工程改造蛋白质后可在－70℃条件下，保存半年。②.玉米体内赖氨酸的含量比较低，关键是玉米体内天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶浓度达到一定量时，就会抑制这两种酶的活性，从而影响赖氨酸含量的提高，经过蛋白质工程改造这两种酶后，分别使赖氨酸的含量提高了5倍和2倍。 说明：对该部分知识的学习不能局限于这两个例子，更重要的是从中学习蛋白质工程的原理和蛋白质工程的基本途径。 知识点四 蛋白质工程的进展和前景：蛋白质工程的进展向人们展示出诱人的前景，如：通过对胰岛素的改造，使其成为一种速效性药品，再如：将蛋白质工程应用与微电子方面，制成电子元件，具有体积小、耗电少、效率高等优点。但是由于蛋白质发挥功能必须依赖于它的高级结构（空间结构），这是相当复杂的，所以，目前成功的例子还不多，还需要人们的努力。总之，蛋白质工程的前景是光明的，道路是曲折的。 说明：学习该部分知识时要联系蛋白质的结构，特别要理解蛋白质的空间结构对其功能的影响，如：高温使蛋白质的空间结构发生变化，导致蛋白质变性；同时要根据所学知识，发挥自己的想象能力，解决如何在蛋白质工程操作中不使蛋白质的空间结构改变，而了解能行使正常功能的蛋白质的结构？ 教材拓展 拓展点一 蛋白质工程与基因工程的主要区别：蛋白质工程主要是根据蛋白质精细结构和生物活性的作用机制之间的关系，利用基因工程手段，按人类需要定向改造天然的蛋白质分子，甚至创造新的自然界根本就不存在的、具有优良特性的蛋白质分子。蛋白质工程与基因工程密不可分，基因工程是通过基因操作把外援基因转入适当的生物体内，并在其中进行表达，它的产品还是该基因编码的天然存在的蛋白质，蛋白质工程则更进一步，根据分子设计方案，通过对天然蛋白质的基因进行改造来实现对其编码的蛋白质的改造，它的产品已不再是天然的蛋白质，而是经过改造的具有人类所需优点的蛋白质。天然蛋白质是通过漫长进化过程，由自然选择而来的，而蛋白质工程对天然蛋白质的改造好比在实验室里加快了进化过程，能更快、更有效地为人类需要服务。 拓展点二 蛋白质工程的内容：蛋白质工程的内容主要有两方面：一是根据需要设计具有特定氨基酸序列和空间结构的蛋白质；二是确定蛋白质的化学组成及空间结构与生物功能之间的关系。在此基础上，实现从氨基酸序列预测蛋白质的空间结构和生理功能，设计合成具有特定生理功能的全新蛋白质，而氨基酸排序由基因决定，所以还需要改造控制蛋白质合成的相应基因中脱氧核苷酸序列或人工合成所需要的自然界原本不存在的基因片段，用于蛋白质工程。 总结：学法指导：学习蛋白质工程时，要结合基因控制蛋白质的合成过程、基因工程以及蛋白质的生理功能等知识，只有在这些知识的基础上，才能学好蛋白质工程；同时，要关注当前关于蛋白质工程的发展，以加深对蛋白质工程的理解。 【课堂练习】 1．1982年，美国科学家将人的生长素基因和牛的生长素基因分别注射到小白鼠的受精卵中得到了体型巨大的“超级小鼠”。此项研究遵循的原理是（ ） A DNARNA蛋白质 B RNADNA蛋白质 C DNA蛋白质RNA D RNA蛋白质DNA 2．蛋白质工程中对蛋白质分子进行设计时，主要包括哪几种？（ ） ①进行少数氨基酸的替换②对不同来源的蛋白质的拼接③从氨基酸的排列顺序出发设计全新的蛋白质④直接改变蛋白质的空间结构 A．①② B