蛋白质工程教学设计

蛋白质工程教学设计

教学内容:蛋白质工程

教学时间:1.5课时

教学对象:小教08数学

讲课者:王约纳29

一、教学目标:

1、掌握蛋白质和蛋白质工程的概念、功能和应用了,解蛋白质工程的原理。

2、尝试运用逆向思维分析和解决问题。

二、教学重难点:

(1)蛋白质工程的原理。

(2)蛋白质工程的应用

三、教学方法

教授法、启发式教学

四、教学过程:

(一)什么是蛋白质

1.蛋白质的概念

蛋白质是对生命至关重要的一类生物大分子,各种生命功能、生命现象、生命活动都和蛋白质有关。在生命有机体催化、运动、结构、识别和调节等许多方面,起着关键的作用。如血浆蛋白质、纤维状蛋白质、酶蛋白质等。

2.生活中的蛋白质

展示各种生活中蛋白质的图片。还有些什么?

3.蛋白质的功能

蛋白质是一类重要而复杂的生物大分子,它广泛地存在于所有生物界的机体之中,具有许多重要的作用:

①酶:构成生物体新陈代谢的几乎全部的化学反应都是在活性蛋白质-酶的催化下进行的;

②抗原抗体:高等动物的免疫反应,也主要是通过蛋白质即抗原和抗体来完成的;,免疫球蛋白

③运动:运动时的肌肉收缩靠的是某些蛋白质的相互作用来完成的;鞭毛、肌肉蛋白

④呼吸:运输氧和二氧化碳的是血红蛋白;

⑤激素:具有代谢和调节功能的是多种蛋白质激素。

蛋白质的应用

①蛋白质是人类赖以维持生命的重要营养来源之一。人们需要从各种肉、蛋、奶、豆类等主要食品中获得所需的蛋白质营养。

②用蛋白质诊断和治疗某些疾病。淀粉酶、脂肪酶、蛋白酶用于帮助消化,治疗某些消化不良性疾病;胰岛素用于治疗严重的糖尿病;转氨酶作为肝病变的指标等。

③食品工业和轻工业中主要应用蛋白质或利用蛋白质的性质制造各种产品。

例如,酿造业要用蛋白酶来增加酱油的鲜味等。用于人类衣着的羊毛、纺织品和皮革主要组成是蛋白质。

4.蛋白质的结构

①氨基酸是蛋白质的基本结构单位,各种氨基酸之间通过肽键彼此按直线

形头尾相连,构成不同长短的肽链。

②肽链又以一定方式折叠盘绕成独特的空间结构,这时才产生具有生物活

性的天然蛋白质。

③多肽链的折叠可分为四种不同层次的结构。

(二)蛋白质工程的崛起

1、蛋白质工程的概念

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”

2、蛋白质工程的历史

1972年,美国斯坦福大学的Berg成功地实现了DNA重组实验,从此揭开了基因工程发展的序幕。

1983年,美国生物学家额尔默首先提出了“蛋白质工程”的概念。蛋白质工程的实践依据DNA指导合成蛋白质,因此,人们可以根据需要对负责编码某种蛋白质的基因进行重新设计,使合成出来的蛋白质的结构变得符合人们的要求。

补充: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?

“人类肝脏蛋白质组计划”是国际上第一个人类组织/器官的蛋白质组计划,由我国贺福初院士牵头,这是中国科学家第一次领衔的重大国际科研协作计划,它的科学目标是揭示并确认肝脏的蛋白质,为重大肝病预防、诊断、治疗和新药研发的突破提供重要的科学基础。

研究的原因:肝病是一种几乎肆虐了大半个地球的人类公敌。目前,全球仍以每年新增肝炎病患者约5000万人的速度递增。我国和大多数亚洲国家一样是个肝脏病多发国,有超过1亿人患肝病,是肝病多发的国家之一,每年死于肝病的人有数十万之多,乙型肝炎病毒携带者占人口的比例相当高。全国一年所花费的防治经费高达1千亿元以上,数额巨大。

人类蛋白质组计划的深入研究将是对蛋白质工程的有力推动和理论支持。

补充:担任复旦大学生物医学研究院院长。他提出的三个条件和他当初接受军事医学科学院副院长的聘任时条件一样,那就是“不陪客,不陪会,不坐班”。

贺福初是地地道道的农家子弟、“土生土长”的中国科学院新一代院士。20世纪80年代初,即将毕业的贺福初,面临着“出国深造”和立足国内成才的两难选择,著名遗传学家、复旦大学盛祖嘉教授语重心长的一席话,使他毅然作出了决断。

盛老说:“出国学习国外的先进技术,开阔眼界是必要的,但认为只有出国才能成才却是一种误解,千万不要迷信。中国人的智商并不低,国内的条件虽没有国外的优越,但只要持之以恒地奋斗下去,一样可以做出世界一流的成绩。”老专家的话促使贺福初立下要在国内造就自己的志向。

3、蛋白质工程的研究方向

①确定蛋白质化学组成、空间结构与生物功能之间的关系;

②根据需要合成具有特定氨基酸序列和空间结构的蛋白质;

③从氨基酸序列预测蛋白质的空间结构和生物功能,设计合成具有特定生物功能的全新蛋白质。

4、蛋白质工程的意义

天然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。

案例:干扰素的保存:延长保存期

玉米中赖氨酸的含量比较低:提高赖氨酸的含量

枯草杆菌蛋白酶:是其可以与漂白剂混合使用。

在已研究过的几千种酶中绝大多数酶都不能应用于工业生产。

因为工业生产中每一步的反应体系中常常会有酸、碱或有机溶剂存在,反应温度较高,在这种条件下,大多数酶会很快变性失活。

一般来说,提高蛋白质的稳定性包括:延长酶的半衰期,提高酶的热稳定性,延

长药用蛋白的保存期,抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性丧失等。