高二生物选修三 1.4蛋白质工程的崛起-教学文档
人教版选修三 1.4 蛋白质工程的崛起 教案
第4节蛋白质工程的崛起【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。
【高考必备】人教版生物选修三教案：1.4蛋白质工程的崛起含答案.doc
1.4蛋白质工程的崛起教学设计山东省沾化县第一中学韩振勇1教材分析《蛋口质工程的崛起》是高中生物人教版选修3专题1基因工程屮第4节内容，是基因工程的延伸和发展。
由于蛋白质工程刚刚起步，学习内容较少。
如何学得充实，又计学生悟岀些终身学习的道理，建议采用“问题一探究一新问题一再探究”的教学模式。
2学情分析学牛经过学习业己掌握基因工程的原理，知道也只是实现了世界上现有基因在转基因生物中的表达。
通过对中心法则的熟练掌握并加以运用，处理好本节内容。
因此在教学过程中，一要启发学牛发挥创新能力，二要锻炼学生利用逆向思维的方法解决新问题的能力。
3教学目标3.1知识目标举例说出蛋口质工程崛起的缘由。
3.2能力目标简述蛋白质工程的基本原理及基本途径。
3.3情感态度与价值观尝试运用逆向思维分析和解决问题。
4教学重点与难点4.1教学重点⑴为什么要开展蛋白质工程的研究？⑵蛋白质工程的原理。
4.2教学难点蛋白质工程的原理。
6教学反思固IU知，练思、维，一石两鸟。
通过回顾已学习过中心法则及蛋匚I质具有复杂的空间结构等知识，我们知道，既然蛋白质的功能是由DNA决定的，那么要制造出新的蛋白质，就要改造DNA。
所以蛋白质工程的原理应该是中心法则的逆推。
天然蛋白质合成的过程是按照屮心法则进行的：基因一表达（转录和翻译）f形成氨基酸序列的多肽链f形成具有高级结构的蛋片质f行使生物功能；而蛋白质工程却和反，它的基本途径是：从预期的蛋白质功能出发一设计预期的蛋白质结构一推测应有的氨基酸序列一找到相对应的脱氧核晋酸序列（基因）。
我们应当敢于“反其道而思之”，自觉地运用逆向思维方法，创造更多的奇迹。
高中生物选修3优质教学设计18：1.4 蛋白质工程的崛起 教案
蛋白质工程的崛起一、教学分析（一）教材分析“蛋白质工程的崛起”是人教版选修三《现代生物科技专题》第一专题“基因工程”第四节的内容。
本专题的前三节内容围绕基因工程，分别介绍了基因工程所需的基本工具、基本操作程序和应用。
本节内容中蛋白质工程是基因工程的延伸，属于第二代基因工程。
其崛起是因为原有的基因工程不能完全满足人们生产或生活的需求，人们呼唤新技术的产生去解决一系列遇到的难题。
同时，科技的发展离不开理论的创新和技术的突破。
因此，本节课中教学情景的设计主线按“问题—探究一新问题一新探究”的线索进行，同时在探究解决新问题的过程中建构蛋白质工程的概念。
本节课通过介绍现代生物科学和技术中一些重要领域的研究热点、发展趋势和应用前景，以开拓学生视野，增强科技意识，激发学生探索生命奥秘和热爱生物科学的情感，同时培养学生的社会责任感和发展学生的探究能力，让学生体会到科学技术的发展离不开基础理论的研究和技术的支持。
（二）学情分析1、知识基础（1）掌握足够的蛋白质相关知识，对基因工程的原理、操作、应用等知识较为熟悉。
（2）以具备一定的获取信息、分析、运用、探究、合作等能力；能够运用学过的知识解释生活现象，基本可以独立完成问题探究过程。
2、能力基础具有一定的搜集、观察、阅读、归纳、表述、分析能力及动手操作、小组合作能力。
3、情感态度与价值观基础有求知欲，有合作、创新意识。
4、实际生活经验对生活中的蛋白质有一定的感性认识，了解过过胰岛素、干扰素等前沿知识，渴望了解有关蛋白质工程的相关知识，愿意用所学知识解决生活中的问题。
（三）教学条件分析1、信息技术资源：有相关的教学课件资源和教学投影设备，微课制作设备。
2、网络资源：蛋白质组计划的新闻报道、微课观看、相关网络信息。
3、实物资源：洗衣粉，自制词条，硬彩纸，卡纸，磁力纸板等。
4、生活中的课程资源：对胰岛素、干扰素、玉米等有了解，对转基因食品等内容较为熟悉。
（四）教学重、难点根据课标内容标准及对教材和学情的分析，确定如下重难点。
高二生物选修三 1.4蛋白质工程的崛起
高二生物选修三 1.4蛋白质工程的崛起(1)对遗传型糖尿病进行基因治疗的方案中，胰岛素基因称为______________，实验室中要先对该基因利用__________技术进行扩增。
将该基因导入正常细胞所用的方法是________。
(2)对遗传型糖尿病患者进行治疗的基因工程步骤中的核心步骤是________________。
(3)科研人员利用蛋白质工程合成速效胰岛素，该技术的实验流程为：其中，流程A是________________，流程B是________________。
(4)与基因工程相比，蛋白质工程是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________或基因________，对现有蛋白质进行________，制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产生活需要。
5.绿色荧光蛋白(GFP)能在蓝光或紫外光的激发下发出荧光，这样借助GFP发出的荧光就可以跟踪蛋白质在细胞内部的移动情况，帮助推断蛋白质的功能。
下图为我国首例绿色荧光蛋白(GFP)转基因克隆猪的培育过程示意图，据图回答：(1)图中通过过程①、②形成重组质粒，需要限制酶切取目的基因、切割质粒。
限制酶Ⅰ的识别序列和切点是—G↓GATCC—，限制酶Ⅱ的识别序列和切点是—↓GATC—。
在质粒上有酶Ⅰ的一个切点，在目的基因的两侧各有一个酶Ⅱ的切点。
①请画出质粒被限制酶Ⅰ切割后形成黏性末端的过程______________________________________________________________________________________________________________________________________。
②在DNA连接酶的作用下，上述两种不同限制酶切割后形成的黏性末端能否连接起来？________，理由是________________________________________________________________________________________________________________________。
1.4《蛋白质工程的崛起》课件(新人教版-选修3)
基因工程的实质： 基因工程的实质
基因 将一种生物的 转移到 另一种生物体内， 另一种生物体内，后者产生它本不 蛋白质 能产的 ，进而表现 出 。 新的性状
基因工程的局限性： 基因工程的局限性：
基因工程在原则上只能生产 自然界已存在的蛋白质。 自然界已存在的蛋白质。 这些蛋白质的结构和功能 结构和功能符合 这些蛋白质的结构和功能符合 特定物种生存的需要 生存的需要， 特定物种生存的需要，却不一定完 全符合人类生产和生活的需要。 人类生产和生活的需要 全符合人类生产和生活的需要。
异想天开
能不能根据人类需要的蛋白质 的结构，设计相应的基因， 的结构，设计相应的基因，导入合 适的细菌中， 适的细菌中，让细菌生产人类所需 要的蛋白质食品呢？ 要的蛋白质食品呢？ 理论上是可行的， 理论上是可行的，但目前还没 有真正成功的例子。 有真正成功的例子。
三、蛋白质工程的进展和前景
1、蛋白质工程的进展：
o
• 玉米中赖氨酸的含量比较低。 玉米中赖氨酸的含量比较低。
赖氨酸的合成机理： 赖氨酸的合成机理：
天冬氨酸激酶 二氢吡啶二羧酸合成酶
负反馈调节
前体物质
天冬氨酸激酶 （352位的苏氨酸） 位的苏氨酸） 位的苏氨酸 二氢吡啶二羧酸合成酶 （104位的天冬酰胺） 位的天冬酰胺） 位的天冬酰胺
赖氨酸
改造
天冬氨酸激酶 异亮氨酸） （异亮氨酸） 二氢吡啶二羧酸合成酶 异亮氨酸） （异亮氨酸）
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。
1、从预期的蛋白质功能出发 2、设计预期的蛋白质结构 3、推测应有的氨基酸序列 4、找到相应的脱氧核苷酸序列 基因） （基因）
二、蛋白质工程的基本原理
1、基因工程的基本原理
人教版生物选修3：1.4 蛋白质工程的崛起 教案01
《蛋白质工程的崛起》教学设计一、教学分析1.教材分析《蛋白质工程的崛起》是人教版高中生物选修3现代生物科技专题专题1基因工程中第4节的内容，是基因工程的延伸和发展，属于第二代基因工程。
科技的发展离不开理论的创新和技术的突破。
本节课主要包括蛋白质工程崛起的缘由、实例、基本原理、基本途径、概念、进展和前景等六部分，本节课将采用“问题-探究-新问题-再探究”的教学模式。
2.学情分析学生在必修课中已学习过中心法则及蛋白质具有复杂的空间结构等知识，这是学习新知识的基础。
同时，也知道基因工程的原理是基因重组。
通过学生对中心法则的熟练掌握并加以运用，引导学生处理好本节内容。
因此在教学过程中，一要启发学生思考问题，二要培养学生利用逆向思维的方法解决新问题的能力。
3.教学目标知识与技能（1）举例说出蛋白质工程崛起的缘由；（2）简述蛋白质工程的原理。
过程与方法（1）分析有关蛋白质工程方面的资料，进行整理、分析和交流；（2）尝试运用逆向思维分析和解决问题。
情感态度与价值观（1）参与小组合作交流，体验合作学习的乐趣；（2）认同蛋白质工程理论研究与技术开发之间的关系。
4.重、难点蛋白质工程的原理。
二、教学方法教法：1.多媒体与信息技术融合2.采用“问题-探究-新问题-再探究”的教学模式。
以问题带动学生思考，合作探究，师生共同总结，由此再提出新问题，进一步探究。
3.加强与已有知识的联系，回顾中心法则中遗传信息的流动方向，结合课本中蛋白质工程的流程图，理解蛋白质工程的原理应该是中心法则的逆推，引导学生尝试用逆向思维的方法解决新问题。
学法：探究法、导读法、资料搜集、分析交流三、多媒体信息技术多媒体课件、白板授课助手、智慧课堂“电子书包”四、教学过程(一)新课导入资料展示，感性认知资料分析：资料1：酵母菌的丙糖磷酸异构酶上有两个天冬酰胺，在分别转变为苏氨酸和异亮氨酸后，酶的热稳定性提高了近50%。
此外，在蛋白质分子中引入二硫键也可以显著提高蛋白质的热稳定性。
人教版选修三1.4蛋白质工程的崛起教案(2)
1.4 蛋白质工程的崛起教案【教学目标】1、知识与技能（1）举例说出蛋白质工程崛起的缘由；（2）简述蛋白质工程的原理。
2、过程与方法（1）分析有关蛋白质工程方面的资料，进行整理、分析和交流；（2）尝试运用逆向思维分析和解决问题。
3、情感态度与价值观（1）参与小组合作交流，体验合作学习的乐趣；（2）认同蛋白质工程理论研究与技术开发之间的关系。
【教学重点】1.为什么要开展蛋白质工程的研究；2.蛋白质工程的原理。
【教学难点】蛋白质工程的原理。
【课时安排】1 课时【教具准备】教学课件【教学过程】一、新课导入【情景导入】这是两把尺子，左边的尺子一端没有开一个小孔，在户外工作不便携带，一番调研后，技术人员对模具稍加改进，便有了改进后的尺子（右边），方便了人们的使用。
基因工程的应用，克服了远缘杂交的障碍，取得了丰硕成果，例如：大肠杆菌为人类生产出了胰岛素，牛的乳腺生物反应器为人类制造出了蛋白质类药物,, 人们实现了世界上现有基因在转基因生物中的表达。
但是在生产实践中，人们又发现了新的问题。
二、新课学习【问题探讨】同学们阅读教材P26 内容，思考讨论解决下列问题：1.为什么要进行蛋白质工程研究呢?（基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，这些天然的蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它们的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。
）2.科学家如何实现干扰素的体外保存?（将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，那么在—70 C的条件下可以保存半年）3.如何提高玉米中赖氨酸的含量?（将天冬氨酸激酶的第352 位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶的第104 位天冬酰氨酸变成异亮氨酸，可使玉米叶片和种子中的游离的赖氨酸分别5 倍和2 倍）4.你知道国际人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什么联系？我国科学家承担了什么任务？（人类蛋白质组计划是继人类基因组计划后，生命科学乃至自然科学领域一项重大的科学命题。
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选修三专题1 1.4 蛋白质工程的崛起一、学习目标1.举例说出蛋白质工程崛起的缘由。
2.简述蛋白质工程的原理。
3.尝试运用逆向思维分析和解决问题。
二、教学建议1.课时数：本节教学建议用1课时。
2.课时侧重点：（1）为什么要开展蛋白质工程的研究？（2）蛋白质工程的原理。
3.教学策略（1）建议采用“问题—探究—新问题—再探究”的教学模式。
本节内容是基因工程的延伸和发展。
由于蛋白质工程刚刚起步，学习内容较少。
如何学得充实，又让学生悟出些终身学习的道理，建议采用“问题—探究—新问题—再探究”的教学模式。
新课一开始，可以带领学生回忆原有知识：要想让一种生物的性状在另一种生物中表达，在种内可以用常规杂交育种的办法实现，但要使有生殖隔离的种间生物实现基因交流，就显得力不从心了。
基因工程的诞生，为克服这一远缘杂交的障碍问题，带来了新的希望。
于是取得了丰硕成果：大肠杆菌为人类生产出了胰岛素，牛的乳腺生物反应器为人类制造出了蛋白质类药物，烟草植物体内含有了某种药物蛋白……至此，人们也只是实现了世界上现有基因在转基因生物中的表达。
但一个新问题出现了，生物产生的天然蛋白质是在长期进化过程中形成的，它的结构、性能不能完全满足人类生产和生活的需要。
为了加深这一点的认识，可调动学生从书中找实例（干扰素例子、工业用酶的例子）加以佐证。
于是要对现有蛋白质进行改造，制造出目前从天然蛋白质中找不到的蛋白质。
这样人们又开始了新一轮的探索，蛋白质工程应运而生了。
（2）建议加强与已有知识的联系，用逆向思维的方法解决新问题。
学生在必修课中已学习过中心法则及蛋白质具有复杂的空间结构等知识。
中心法则告诉我们遗传信息的流动方向如图1-4所示。
图1-4 遗传信息的流动方向这是学习新知识的基础。
既然蛋白质的功能是由DNA决定的，那么要制造出新的蛋白质，就要改造DNA。
所以蛋白质工程的原理应该是中心法则的逆推。
结合课本中插图，可以较明确地说明这一点。
还有两点教学建议需要说明。
选修三1.4蛋白质工程的崛起上课课件】
旁栏思考题
你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程 有什么关系？我国科学家承担了什么任务？
mRNA序列
GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C）
脱氧核苷酸 GCT (或C或A或G) TGGAAA (或G)ATGTTT (或C) 序列
CGA (或G或T或C) ACCTTT（或C)TACAAA (或G)
（2）确定目的基因的碱基序列后，怎样才 能合成或改造目的基因（DNA）？
6.苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导入棉花细胞 是否已表达，其检测方法是：（ C ） A．是否有抗生素抗性 B．是否能检测到标记基因 C．是否有相应的性状 D．是否能分离到目的基因
7.如果科学家通过转基因工程，成功地把一 名女性血友病患者的造血干细胞进行改造， 使其凝血功能恢复正常。那么，她后来所生 的儿子中：（ C ） A．全部正常 B．一半正常 C．全部有病 D．不能确定
4.能够使植物体表达动物蛋白的育种方法是 （C ） A．单倍体育种 B．杂交育种 C．基因工程育种 D．多倍体育种
5.科学家用纳米技术制造出一种“生物导弹”，可 以携带DNA分子。把它注射入组织中，可以通过 细胞的内吞作用的方式进入细胞内，DNA被释放 出来，进入到细胞核内，最终整合到细胞染色体 中，成为细胞基因组的一部分，DNA整合到细胞 染色体中的过程，属于( B ) A．基因突变 B．基因重组 C．基因互换 D．染色体变异
C．DNA连接酶 D．解旋酶 2.除下列哪一项外，转基因工程的运载体必 须具备的条件是：（ D ） A．能在宿主细胞中复制并保存 、 B．具有多个限制酶切点，以便与外源基因 连接 C．具有标记基因，便于进行筛选 D．是环状形态的DNA分子
生物：1.4《蛋白质工程的崛起》课件(新选修3)
二、蛋白质工程的基本原理
1、基因工程的基本原理
中心法则告诉我们遗传信息的流动方向如图 ：
结论： 蛋白质的功能是由蛋白质的_结__构__决定的， 蛋白质的结构是由_D__N__A_（__基__因__）_决定的。
二、蛋白质工程的基本原理
1、目标：
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。
2021/10/10
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2021/10/10
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一、蛋白质工程崛起的缘由 二、蛋白质工程的基本原理 三、蛋白质工程的进展和前景
一、蛋白质工程崛起的缘由
思考：如果想让某一个生物的性状 在另外一个生物的身上表达，常用 的方法有哪些？
1、在种内可以用什么方法？
杂交育种
2、在种间可以用什么方法？
基因工程育种
3、蛋白质工程的前景：
蛋白质工程与基因工程的关系：
项目
基因工程
蛋白质工程
操作起点 目的基因
实质 结果
定向改造生物的 遗传特性
生产自然界已有的 蛋白质
基本流程
预期的蛋白质功能
定向改造或生产人 类所需要的蛋白质
生产自然界没有的 蛋白质
联系
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。
1、从预期的蛋白质功能出发 2、设计预期的蛋白质结构 3、推测应有的氨基酸序列 4、找到相应的脱氧核苷酸序列 （基因）
基因工程的实质：
将一种生物的 基因 转移到
另一种生物体内，后者产生它本不
能产的蛋白质 ，进而表现 出 新的性状 。
试回顾总结基因工程的丰硕成果
植物方面
提高植物的抗虫、抗病、抗逆性 改良植物的品质
动物方面
提高动物生长速度 改善畜产品的品质 用转基因动物生产药物 用转基因动物作器官移植的供体
教学设计10：1.4 蛋白质工程的崛起
1.4 蛋白质工程的崛起一、设计理念本节课是选修3现代生物科技专题，专题1基因工程的第四节，由于本专题的内容都是当前发展非常迅速的领域，所以本节课的设计理念定位在开拓学生视野，培养并树立与时俱进的观念，培养学生现代信息素养，进一步提高学生的生物学素养四个方面，切实落实主体性教学，提高学生的学习能力，训练学生科学的思维方法，同时悟出终身学习的道理。
二、教材分析1.地位和作用“蛋白质工程的崛起”一节是新课程标准教材人教版生物选修3专题1基因工程第4节的内容，本节内容是基因工程的延伸和发展，是在前面学习了DNA重组技术的基本工具、基因工程的基本操作程序和基因工程的应用基础上学习的。
学生在充分了解基因工程应用累累硕果的基础之上，认识到社会的更高需求召唤着科学、技术的再创新——第二代基因工程的崛起。
本节内容培养并树立与时俱进观念，提高学生现代信息素养，感悟终身学习道理的极佳素材。
在教学中，通过发挥学生的主体作用，优化课堂结构，把知识的传授过程优化成一个科学的探究过程，能力提升的过程。
2.重点和难点教学重点（1）为什么要开展蛋白质工程的研究？（2）蛋白质工程的原理。
教学难点蛋白质工程的原理。
三、学情分析学生在必修1中学习了生命活动的承担者—蛋白质一节内容，由于时间间隔长，有一些知识点存在遗忘的情况，所以本课中设计了旧知识回顾的环节，在日常学习过程中学生已养成了课前预习的学习习惯，高二（1）班作为理科班学生学习生物学的兴趣十分浓厚，能够积极参与资料收集等学习活动。
四、教学目标1.知识方面（1）举例说出蛋白质工程崛起的缘由（2）简述蛋白质工程的原理。
2．能力方面（1）尝试运用逆向思维分析和解决问题。
（2）通过进展追踪活动，提高收集资料、处理资料、撰写专题综述报告的能力。
3．情感态度与价值观方面关注蛋白质工程的进展。
五、教学模式根据主体性教学目标，以“自主性、探究性、合作性”为学生学习的三个基本维度，以培养学生的科学素质为指导，以侧重培养学生收集整理信息为归宿，本节课采用“问题—探究—新问题—再探究”的教学模式，融合讨论法、归纳法，并配以多媒体辅助教学，引导学生进行学习。
高中生物选修3优质教学设计12：1.4 蛋白质工程的崛起 教案
1.4 蛋白质工程的崛起【教学目标】1、知识与技能（1）举例说出蛋白质工程崛起的缘由；（2）简述蛋白质工程的原理。
2、过程与方法（1）分析有关蛋白质工程方面的资料，进行整理、分析和交流；（2）尝试运用逆向思维分析和解决问题。
3、情感态度与价值观（1）参与小组合作交流，体验合作学习的乐趣；（2）认同蛋白质工程理论研究与技术开发之间的关系。
【教学重点】1.为什么要开展蛋白质工程的研究；2.蛋白质工程的原理。
【教学难点】蛋白质工程的原理。
【课时安排】1课时【教具准备】教学课件【教学过程】一、新课导入【情景导入】这是两把尺子，左边的尺子一端没有开一个小孔，在户外工作不便携带，一番调研后，技术人员对模具稍加改进，便有了改进后的尺子（右边），方便了人们的使用。
基因工程的应用，克服了远缘杂交的障碍，取得了丰硕成果，例如：大肠杆菌为人类生产出了胰岛素，牛的乳腺生物反应器为人类制造出了蛋白质类药物……人们实现了世界上现有基因在转基因生物中的表达。
但是在生产实践中，人们又发现了新的问题。
二、新课学习【问题探讨】同学们阅读教材P26内容，思考讨论解决下列问题：1. 为什么要进行蛋白质工程研究呢?（基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，这些天然的蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它们的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。
）2.科学家如何实现干扰素的体外保存?（将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，那么在—70℃的条件下可以保存半年）3. 如何提高玉米中赖氨酸的含量?（将天冬氨酸激酶的第352位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶的第104位天冬酰氨酸变成异亮氨酸，可使玉米叶片和种子中的游离的赖氨酸分别5倍和2倍）4.你知道国际人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什么联系？我国科学家承担了什么任务？（人类蛋白质组计划是继人类基因组计划后，生命科学乃至自然科学领域一项重大的科学命题。
高中生物人教版选修3教案-1.4_蛋白质工程的崛起_教学设计_教案_3
教学准备1. 教学目标一知识与技能:1、举例说出蛋白质工程崛起的缘由2、简述蛋白质工程的原理3、尝试运用逆向思维分析和解决问题。
二过程与方法:1、通过实例了解蛋白质工程崛起的缘由2、利用逆向思维,通过举例的方法来体现蛋白质工程的过程三情感态度与价值观:通过教学让学生展开思维的翅膀,大胆想象,激发起学生的想象力与创造力,培养学生的吃苦耐劳和坚忍不拔的科研精神。
2. 教学重点/难点(1)蛋白质工程的原理。
(2)蛋白质工程的应用3. 教学用具4. 标签教学过程【导入】设问展示蛋白质的有关图片并设问:什么是蛋白质?蛋白质的结构和功能有哪些?学生回答,老师纠正讲解。
【讲授】过程1.天然蛋白质的优缺点2.蛋白质工程的崛起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一种新的蛋白质,以满足人类的生产和生活的需求这是一门从改变基因入手,定做新的蛋白质的技术。
故有人将其称为“第二代基因工程”3.蛋白质工程的历史4.蛋白质工程的研究方向简单介绍蛋白质组计划与基因组计划(三) 蛋白质工程的原理①目标: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。
②演示天然蛋白质的合成过程想一想:对天然蛋白质进行改造,你认为应该直接对蛋白质分子进行操作,还是通过对基因的操作来实现? (基因)③基本途径: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)④基本步骤:分离纯化目的蛋白,使之结晶并作X晶体衍射分析,结合核磁共振等其他方法的分析结果,得到其空间结构的尽可能多的信息。
对目的蛋白的功能作详尽的研究,确定它的功能域。
通过对蛋白质的一级结构、空间结构和功能之间的相互关系的分析,找出关键的基团和结构。
在蛋白质结构与功能研究的基础上,借助于计算机图像显示和分子辅助设计,提出对目的蛋白分子的改建或构建方案,并用基因工程的方法去实施。
生物选修三第一章1.4 蛋白质工程的崛起
选修三 1.4 蛋白质工程的崛起
一、蛋白质工程崛起的缘由。
基因工程在原则上只能生产，而其不能满足人的需要。
二、蛋白质工程的基本原理。
1、目标：根据人们对蛋白质功能的特殊需求，对蛋白质结构进行。
2、操作流程：
①从出发
②设计
③推测
④找到
3、基础：蛋白质工程是指以及其
关系。
4、手段：通过，对现有蛋白质进行改造，创新蛋白质
5、目的：满足
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。
三、蛋白质工程的进展和前景。
1、进展：改造胰岛素速效型药品
2、前景诱人：电子元件
3、困难：探索蛋白质的高级结构很浅
三、比较基因工程和蛋白质工程：。
人教版生物选修3：1.4 蛋白质工程的崛起 教案
生：—丙氨酸—色氨酸—赖氨酸—甲硫氨酸—苯丙氨酸—
mRNA：GCU(或C或A或G)UGGAAA（或G）AUGUUU（或C）
DNA的一条链：CGA（或G或T或C）ACCTTT（或C）TACAAA（或G）
确定了基因的碱基序列后，就可以根据人类的需要改造它，通过人工合成的方法或从基因库中获取。
学生讨论。
让文字与插图结合，使抽象的文字在直观的插图中得以体现。
培养学生的逆向思维能力
在解决问题中加强对基础知识的深层次理解。
解决本节课的难点
培养学生的归纳能力。
培养学生的创新思维能力。
4．学习“蛋白质工程的进展和前景”
师：蛋白质工程取得的进展向人
们展示了诱人的前景。
1、在生物工程制药领域、蛋白质工程有着广泛的应用。例如修改与胰岛素分子间整合作用有关的表面残基使其更容易解离成有活性的单体分子，从而使这种胰岛素成为速效型药物。制备生长鼠－人嵌合抗体减少因机体高度过敏而引起的副作用。
师：回答的很好 。通过以上的讨论我们来总结一下什么是蛋白质工程。
生：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。
师：基于以上蛋白质工程的原理，能不能根据人类需要的蛋白质的结构设计相应的基因，导入适合的细菌中，让细菌生产人类需要的蛋白质食品呢？
人类生产和生活的需要。我们该怎么办？
生：对现有蛋白质进行定向改造，以满足人类
的生产和生活需要。
学生讨论
赞扬也是教育的一种方式。
举例
联系旧知识使学生回忆基因工程的有关内容。
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1.4蛋白质工程的崛起1.请回答下列关于基因工程和蛋白质工程的问题：(1) 获取真核细胞内目的基因的途径主要有________________________________，目的基因进入受体细胞需要__________的协助。
(2) 基因工程的核心步骤是________________，此过程用到的工具酶是____________。
(3)为获得能大量产生人干扰素的转基因牛，经常采用的受体细胞是________，将目的基因导入此受体细胞常用的方法是________________。
(4) 蛋白质工程是指以分子生物学相关理论为基础，通过基因修饰或基因合成，对________进行改造，或制造一种________的技术。
在该工程中，引起蛋白质空间结构改变的原因是组成该蛋白质肽链的________序列发生了改变。
2.胰岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射入人体后，会堆积在皮下，要经过较长的时间才能进入血液，而进入血液的胰岛素又容易分解，因此治疗效果受到影响。
下面是用蛋白质工程设计的速效胰岛素的生产过程，请据图回答下面有关问题：(1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是________。
(2)通过人工合成DNA形成的新基因应与________结合后转移到________________中才能得到准确表达。
(3)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素，需用到的生物工程有________、________和发酵工程。
(4)图解中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是什么？________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
3.科学家将动物体内的能够合成胰岛素的基因与大肠杆菌的DNA分子重组，并且在大肠杆菌体内表达成功。
请据图回答问题：(1)图中①DNA是以________________为模板，________形成单链DNA，在酶的作用下合成双链DNA，从而获得了所需要的基因。
(2)图中②代表的是________________________________，在它的作用下将质粒(________DNA)切出________末端。
(3)图中④表示将________________________。
⑤表示________DNA随大肠杆菌的繁殖而进行________。
(4)采用蛋白质工程可以对胰岛素进行改造，使之起效时间缩短，保证餐后血糖高峰和血液中胰岛素高峰一致。
如果你是科研工作者，请写出研制速效胰岛素的思路。
______________________________________________________________________________________________________。
(5)下列关于蛋白质工程的说法不正确的是()A．蛋白质工程能将人抗体某些区段替代鼠单克隆抗体的区段，降低鼠单克隆抗体免疫原性B．蛋白质工程可对酶的催化活性、底物专一性、抗氧化性、热变性、碱变性等加以改变C．理论上通过对关键氨基酸的转换与增删是进行蛋白质工程的唯一方法D．蛋白质工程的崛起主要是工业生产和基础理论研究的需要4.糖尿病是近年来高发的“富贵病”，常见类型有遗传型糖尿病和Ⅱ型糖尿病。
遗传型糖尿病的主要病因之一是胰岛受损。
科研机构作出如下设计：取糖尿病患者的细胞，将人的正常胰岛素基因导入其中，然后做细胞培养，诱导产生胰岛组织，重新植入患者的胰岛，使胰岛恢复功能。
Ⅱ型糖尿病需要注射胰岛素治疗。
目前临床使用的胰岛素制剂注射后120 min后才出现高峰，与人体生理状态不符。
科研人员通过一定的工程技术手段，将胰岛素B链的28号和29号氨基酸互换，获得了速效胰岛素，已通过临床试验。
回答下列问题：(1)对遗传型糖尿病进行基因治疗的方案中，胰岛素基因称为______________，实验室中要先对该基因利用__________技术进行扩增。
将该基因导入正常细胞所用的方法是________。
(2)对遗传型糖尿病患者进行治疗的基因工程步骤中的核心步骤是________________。
(3)科研人员利用蛋白质工程合成速效胰岛素，该技术的实验流程为：其中，流程A是________________，流程B是________________。
(4)与基因工程相比，蛋白质工程是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________或基因________，对现有蛋白质进行________，制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产生活需要。
5.绿色荧光蛋白(GFP)能在蓝光或紫外光的激发下发出荧光，这样借助GFP发出的荧光就可以跟踪蛋白质在细胞内部的移动情况，帮助推断蛋白质的功能。
下图为我国首例绿色荧光蛋白(GFP)转基因克隆猪的培育过程示意图，据图回答：(1)图中通过过程①、②形成重组质粒，需要限制酶切取目的基因、切割质粒。
限制酶Ⅰ的识别序列和切点是—G↓GATCC—，限制酶Ⅱ的识别序列和切点是—↓GATC—。
在质粒上有酶Ⅰ的一个切点，在目的基因的两侧各有一个酶Ⅱ的切点。
①请画出质粒被限制酶Ⅰ切割后形成黏性末端的过程______________________________________________________________________________________________________________________________________。
②在DNA连接酶的作用下，上述两种不同限制酶切割后形成的黏性末端能否连接起来？________，理由是________________________________________________________________________________________________________________________。
(2)过程③将重组质粒导入猪胎儿成纤维细胞时，采用最多也最有效的方法是________。
(3)如果将切取的GFP基因与抑制小猪抗原表达的基因一起构建到载体上，GFP基因可以作为基因表达载体上的标记基因，其作用是_____ ___________________________。
获得的转基因克隆猪，可以解决的医学难题是_____________________________。
(4)目前科学家们通过蛋白质工程制造出了蓝色荧光蛋白、黄色荧光蛋白等，采用蛋白质工程技术制造出蓝色荧光蛋白过程的正确顺序是__ ______(用序号表示)。
①推测蓝色荧光蛋白的氨基酸序列和基因的核苷酸序列②蓝色荧光蛋白的功能分析和结构设计③蓝色荧光蛋白基因的修饰(合成)④表达出蓝色荧光蛋白6.下图是从酵母菌中获取棉株需要的某种酶基因的流程，结合所学知识及相关信息回答下列问题：(1)图中cDNA文库________(填“大于”“等于”或者“小于”)基因组文库。
(2)①过程提取的DNA需要________的切割，B是________过程。
(3)为在短时间内大量获得目的基因，可用________扩增的方法，其原理是________。
(4)农杆菌中的Ti质粒上的TDNA具有_____________________________________________的特点。
目的基因能否在棉株体内稳定遗传的关键是_________________________________，可以用________________________________技术进行检测。
(5)如果要想使该酶活性更高或具有更强的耐受性，需要对现有蛋白质进行改造，这要利用基因工程的延伸——蛋白质工程。
首先要设计预期的________，再推测应有的氨基酸序列，找到相对应的________。
答案：1.(1)从细胞中分离和化学方法人工合成载体(2) 构建基因表达载体限制酶和DNA连接酶(3) 受精卵显微注射技术(4) 现有蛋白质新蛋白质氨基酸2.(1)蛋白质的预期功能(2)载体大肠杆菌等受体细胞(3)蛋白质工程基因工程(4)根据新的胰岛素中氨基酸的序列，推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，然后利用DNA合成仪来合成出新的胰岛素基因。
3.(1)原胰岛素mRNA 反转录(2)特定的限制性核酸内切酶环状黏性(3)目的基因导入受体细胞重组扩增(4)确定蛋白质的功能→蛋白质应有的高级结构→蛋白质应具备的折叠状态→应有的氨基酸序列→应有的碱基序列(5)C4.(1)目的基因PCR 显微注射法(2)基因表达载体构建(目的基因与载体结合)(3)预期蛋白质的功能相应的氨基酸序列(4)修饰合成改造5.(1)①(只写出切割后形成的部分即可)②可以连接因为由两种不同限制酶切割后形成的黏性末端是相同的(或是可以互补的)(2)显微注射技术(3)鉴定受体细胞中是否含有目的基因供体器官不足和免疫排斥(4)②①③④6.(1)小于(2)限制酶反转录(3)PCR技术DNA复制(4)可转移至受体细胞并且整合到受体细胞染色体的DNA上目的基因是否整合到植物细胞染色体的DNA上DNA分子杂交(5)蛋白质结构脱氧核苷酸序列。