优秀教案系列
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第4节蛋白质工程的原理和应用
教学分析
教学分析
教学目标
1.举例说出蛋白质工程崛起的缘由。
2.简述蛋白质工程的基本原理。
评价目标
通过学习能够区分蛋白质工程与基因工程的不同,并能够独立设计实验方案。
教学重难点
1.依据人类需求对原有蛋白质结构进行基因改造或合成、生产目标蛋白的过程。
2.蛋白质工程的基本原理。
教学方法
学案导学法、小组讨论、自学释疑。
课时安排
1课时
教学准备
学案,PPT。
教学
教学设计
导入新课
【师】PPT展示教材中用细菌“画”的画,带领学生欣赏。引导学生思考,为什么细菌能够发出荧光?
【生】因为在它们的体内导入了荧光蛋白的基因。
【师】最早被发现的荧光蛋白是绿色荧光蛋白,科学家通过改造它,获得了黄色荧光蛋白等。那么,科学家是利用什么技术对蛋白质分子进行设计和改造的呢?
【生】蛋白质工程。
讲授新课
一、蛋白质工程的概念
【师】蛋白质工程的概念是什么?
【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,通过改造或合成基因,来改造现有蛋白质,或制造一种新的蛋白质,以满足人类生产和生活的需求。
二、蛋白质工程崛起的缘由
【师】基因工程有什么不足之处?
【生】基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质,这些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。
【师】PPT展示“玉米赖氨酸含量低的改进措施”实例。
【师】通过上面的学习我们已经大概了解了蛋白质工程崛起的缘由。
【师】我们刚才提到的玉米中赖氨酸的含量比较低,通过改造,可以明显提高赖氨酸的含量。那么,蛋白质工程是怎样进行的呢?
三、蛋白质工程的基本原理
【师】蛋白质工程的目标、方法分别是什么?
(通过PPT留空,让学生回答)
【师】既然蛋白质工程要对蛋白质的结构进行设计改造,那么蛋白质的高级结构是怎样的呢?PPT展示蛋白质的高级结构。
【师】大家都知道蛋白质的功能是由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。请同学们写出中心法则。
【生】进行书写。
【师】基因→表达(转录和翻译)→形成具有特定氨基酸序列的多肽链→形成具有高级结构的蛋白质→行使生物功能。但蛋白质工程却与之相反,它的基本途径是怎样的呢?
(同桌之间互相讨论,回答)
【师】我们一起来看一下蛋白质工程的基本思路(PPT展示)。
【师】下面我们利用蛋白质工程原理来解决教材P94“思考·讨论”中的问题。
【生】进行小组合作讨论,并展示。
【生】……—丙氨酸—色氨酸—赖氨酸—谷氨酸—苯丙氨酸—……
mRNA:……—GCU(或C或A或G)—UGG—AAA(或G)—GAA(或G)—UUU(或C)—……
DNA的一条链:……—CGA(或G或T或C)—ACC—TTT(或C)—CTT(或C)—AAA(或G)—……
确定了目的基因的碱基序列后,就可以根据人类的需要改造它,通过人工合成的方法获取目的基因。
【师】学习到这里,我们就明确了蛋白质工程的概念和原理,现在我们来比较一下蛋白质工程和基因工程。
1.蛋白质工程与基因工程的比较
项目
蛋白质工程
基因工程
区
别
起点
过程
实质
通过改造相应的达到对进行改造的目的
结果
可以创造出的蛋白质
生产自然界的蛋白质
应用及现状
①主要集中在对进行改造,如干扰素、天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶等;
②对于创造新的蛋白质,还有许多技术难题未突破,因为蛋白质的高级结构非常复杂,人们对此知之甚少
在农牧业、医药卫生和食品工业等方面,展示出广阔的应用前景
联系
①蛋白质工程在获得后,需要通过基因工程获得预期蛋白质;
②蛋白质工程是在基因工程的基础上,延伸出来的第二代
答案:预期的蛋白质功能目的基因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→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因→获得所需要的蛋白质目的基因的筛选与获取→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定基因蛋白质的结构基因重组自然界不存在已存在现有蛋白质目的基因基因工程
2.为什么蛋白质工程不直接改造蛋白质而是通过改造或合成基因来改造蛋白质或制造新的蛋白质?
【生】①任何一种天然蛋白质都是由基因编码的,改造了基因即对蛋白质进行了改造,