《基因工程及其延伸技術(shù)應(yīng)用廣泛》第2課時示范課教學(xué)設(shè)計

第二節(jié)基因工程及其延伸技術(shù)應(yīng)用廣泛（第2課時）?教學(xué)目標.運用結(jié)構(gòu)與功能等觀念，說明蛋白質(zhì)工程設(shè)計的原理。.說明測序技術(shù)的開展對人類生命研究的意義。?教學(xué)重難點【教學(xué)重點】.蛋白質(zhì)工程的基本原理..依據(jù)人類需要對原有蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進行基因改造、生產(chǎn)目標蛋白的過程?！窘虒W(xué)難點】.蛋白質(zhì)工程的基本原理。.依據(jù)人類需要對原有蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進行基因改造、生產(chǎn)目標蛋白的過程。?教學(xué)過程【新課引入】教師展示資料：.某些水母在紫外線的照射下，會呈現(xiàn)明顯的綠色，這種蛋白就是最早被發(fā)現(xiàn)的綠色熒光蛋白（GFP）o.有科學(xué)家將GO基因?qū)胪米芋w內(nèi)，該基因在這些生物中完成了表達。.科學(xué)家通過改造綠色熒光蛋白，獲得了黃色、藍色、青色等熒光蛋白。.以下圖是用發(fā)出不同顏色熒光的細菌“畫”的美妙圖案。這些細菌能夠發(fā)出熒光，是因為它們的體內(nèi)導(dǎo)入了不同顏色的熒光蛋白基因。（1）科學(xué)家利用了什么技術(shù)讓細菌能夠發(fā)出熒光？提示：利用基因工程技術(shù)使細菌表達了熒光蛋白。（2）科學(xué)家如何對天然的綠色熒光蛋白進行改造？【過渡】對天然蛋白質(zhì)的改造，需要用到蛋白質(zhì)工程?！拘轮v解】一、蛋白質(zhì)工程的概念【教師活動】向?qū)W生闡述蛋白質(zhì)工程的概念。.概念以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過改造或合成基因，來改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上，延伸出來的第二代基因工程。【學(xué)生活動】根據(jù)蛋白質(zhì)工程的概念思考以下問題：（1）基礎(chǔ)：蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系。（2）手段：通過基因改造或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行改造，或制造一種新蛋白質(zhì)。（3）改造對象：蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，本質(zhì)上是改造控制該蛋白質(zhì)合成的基因的結(jié)構(gòu)。（4）目的：獲得滿足人類的生產(chǎn)和生活需求的蛋白質(zhì)。.理論和技術(shù)條件：分子生物學(xué)、晶體學(xué)以及計算機技術(shù)的迅猛開展。二、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由【學(xué)生活動】復(fù)習(xí)基因工程的實質(zhì)，思考基因工程有哪些缺乏，以及天然蛋白質(zhì)的存在的問題。.基因工程的實質(zhì)：將一種生物的基因轉(zhuǎn)移到另一種生物體內(nèi)，后者可以產(chǎn)生它本不能產(chǎn)生的蛋白質(zhì)，進而表現(xiàn)出新的性狀。.基因工程的缺乏：基因工程在原那么上只能產(chǎn)生自然界中已存在的蛋白質(zhì)。.天然蛋白質(zhì)的缺乏：天然蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能符合特定物種生存的需要，卻不一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要。.實例：玉米的改造（1）存在問題玉米中賴氨酸的含量較低，原因是賴氨酸合成過程中的兩種關(guān)鍵能一天冬氨酸激隨和二氫毗咤二陵酸合成酶的活性，受細胞內(nèi)賴氨酸濃度的影響較大。

（2）解決方法天冬氨酸激酶（2）解決方法（352位的蘇氨酸）（異亮『酸）二氫哦唉二按酸合成酶謖］二氫唯唳二按酸合

（104位的天冬酰胺），■■成酶（異亮氨酸）（3）效果玉米葉片和種子中游離賴氨酸含量分別提高了5倍和2倍。拓展I玉米中賴氨酸代謝途徑的調(diào)節(jié)玉米細胞內(nèi)生成賴氨酸的代謝途徑的調(diào)節(jié)實質(zhì)上是一種酹活性的調(diào)節(jié)，賴氨酸含量高時會抑制天冬氨酸激酶和二氫毗咤二撥酸合成酶的活性，賴氨酸合成減少；賴氨酸含量低時會解除抑制，加速賴氨酸的合成。這對于提高賴氨酸是不利的，但對植物本身來說卻是有利的，防止了物質(zhì)和能量的浪費。思考賴氨酸這種調(diào)節(jié)方式屬于哪種類型？提示：負反應(yīng)調(diào)節(jié)。三、蛋白質(zhì)工程的原理.目標：根據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的特定需求，對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計改造?！緦W(xué)生活動】（1）在筆記本上畫出中心法那么的具體過程？提示：折疊等、具有空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)復(fù)制竺邑前嶼肽鏈逆轉(zhuǎn)錄折疊等、具有空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)（2）思考對天然的蛋白質(zhì)進行改造，應(yīng)該直接對蛋白質(zhì)分子進行操作，還是通過對基因的操作來實現(xiàn)？提示：基因決定蛋白質(zhì)的合成，改造基因即為改造蛋白質(zhì)；改造基因可以遺傳，改造蛋白質(zhì)無法遺傳。因此通過對基因的操作實現(xiàn)。.蛋白質(zhì)工程的實質(zhì)：改造基因或合成基因。.流程:預(yù)期蛋白質(zhì)功能f設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)一推測應(yīng)有的氨基酸序列f找到相對應(yīng)的脫氧核尸酸序列（基因）或合成新的基因一獲得所需要的蛋白質(zhì)?！緦W(xué)生活動】某多肽鏈的一段氨基酸序列是：.怎樣得出決定這?段肽鏈的脫氧核甘酸序列？請把相應(yīng)的堿基序列寫出來。提示：每種氨基酸都有對應(yīng)的密碼子，需要杳密碼子表，將題中的氨基酸序列的編碼序列查出來。由于氨基酸序列中有幾個氨基酸是由多個密碼子編碼，因此堿基排列組合比擬復(fù)雜?？梢悦總€學(xué)生任選一種密碼子排列，比照全班同學(xué)的序列，共有多少種。.確定目的基因的堿基序列后，怎樣合成或改造目的基因？提示：人工合成，或從基因文庫中獲取目的基因。對基因的改造經(jīng)常會用到基因定點突變技術(shù)來進行堿基的替換、增添等。拓展2基因定點突變技術(shù)科學(xué)家通過在蛋白質(zhì)分子中導(dǎo)入二硫鍵，提高蛋白酶的熱穩(wěn)定性。用定點突變的方法,改變DNA上的脫氧核糖核甘酸，從而改變了mRNA,使編碼第3個氨基酸的核甘酸序列由AUU變?yōu)閁GU,氨基酸由異光氨酸變成了半胱氨酸。該半胱氨酸可以與第97位的半胱氨酸形成二硫鍵，增強熱穩(wěn)定性。四、蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用.在醫(yī)藥工業(yè)方面的應(yīng)用（1）研發(fā)速效胰島素類似物：體外很難保存-70?C條件下可以保存半年（3）改造抗體：將小鼠單克隆抗體上結(jié)合抗原的區(qū)域“嫁接”到人的抗體上，形成人-鼠嵌合抗體，即抗體的可變區(qū)來自小鼠，而恒定區(qū)那么來自人的抗體。這樣的抗體既保持了原來的特異性和親和力，又大大減少了在人體內(nèi)的免疫原性。.在其他工業(yè)和農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用（1）改進酶的性能或開發(fā)新的工業(yè)用酶：利用蛋白質(zhì)工程獲得蛋白酶的多種突變體。（2）改造某些重要的酷：利用蛋白質(zhì)工程改造參與調(diào)控光合作用的酸，以提高植物光合作用的效率。.蛋白質(zhì)工程存在問題蛋白質(zhì)工程難度大，原因是蛋白質(zhì)發(fā)揮功能必須依賴于正確的高級結(jié)構(gòu)。這種高級結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，目前對其了解還很不夠，還需探索。族島素鋅六聚體干擾素血紅蛋白【易錯辨析】（1）為什么蛋白質(zhì)工程不是直接改造蛋白質(zhì)而是通過基因改造和基因合成來完成？提示：①任何一種天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的，改造了基因即對蛋白質(zhì)進行了改造,而且改造過的蛋白質(zhì)可以遺傳下去。如果對蛋白質(zhì)直接改造，即使改造成功，被改造的蛋白

質(zhì)也是無法遺傳下去的。②對基因進行改造比對蛋白質(zhì)進行直接改造容易操作，難度小得多。（2）蛋白質(zhì)工程的操作程序的基本思路與基因工程有什么不同？提示：基因工程操作程序的基本思路遵守中心法那么，從DNA-mRNA-多肽一折置產(chǎn)生蛋白質(zhì)，基本上是生產(chǎn)出自然界中已有的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)工程是按照相反的思路進行的,確定蛋白質(zhì)的功能一蛋白質(zhì)應(yīng)用的高級結(jié)構(gòu)一蛋白質(zhì)具備的折疊狀態(tài)一應(yīng)有的氨基酸序列一基因中的堿基序列，可以創(chuàng)造自然界不存在的蛋白質(zhì)。五、以測序為基礎(chǔ)建立的基因數(shù)據(jù)庫是人類共同的財富.基因數(shù)據(jù)庫的建立：2003年人類基因組計劃測序完成。.意義：測序技術(shù)的開展使得人類獲得了海量的生物數(shù)據(jù)?！菊n堂小結(jié)】【教師活動】根據(jù)流程圖復(fù)習(xí)蛋白質(zhì)工程的基本原理并向?qū)W生強調(diào)這是本節(jié)課的重點和難點。蛋白質(zhì)工

程的實質(zhì)基因1改造或合成I轉(zhuǎn)錄氨基酸序列多肽鏈蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)生物預(yù)期

基因1改造或合成I轉(zhuǎn)錄氨基酸序列多肽鏈蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)【學(xué)生活動】比擬蛋白質(zhì)工程和基因工程的區(qū)別。工程蛋白質(zhì)工程基因工程區(qū)別起點預(yù)期蛋白質(zhì)功能目的基因過程預(yù)期蛋白質(zhì)功能一設(shè)計蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)一推測氨基酸序列一推測脫氧核甘酸序列一合成DNAr表達出蛋白質(zhì)獲取目的基因-構(gòu)建基因表達載體一導(dǎo)入受體細胞一目的基因的檢測與鑒定實質(zhì)通過改造相應(yīng)的基因到達對蛋白質(zhì)進行改造的目的基因重組結(jié)果可以創(chuàng)造出自然界不存在的蛋白質(zhì)生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)聯(lián)系①蛋白質(zhì)工程獲得目的基因后，需要通過第②蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上，延佃E因工程獲得預(yù)期蛋白質(zhì)4出來的第二代基因工程【課堂檢測】1.蛋白質(zhì)工程的基本操作程序正確的選項是（C）①蛋白質(zhì)分了-結(jié)構(gòu)合成②DNA合成③mRNA合成④蛋白質(zhì)的預(yù)期功能⑤根據(jù)氨基酸的序列推出脫氧核甘酸的序列A.①一②一③一④一⑤一①B.⑤一④一③f②一①一②C.④一①⑤一②③一①D.②一③-*⑤f①一②一④.科研人員利用相關(guān)技術(shù)改變「胰島素B鏈的第9位氨基酸，從而防止門質(zhì)島素結(jié)合成無活性的二聚體形式。以下相關(guān)表達中，不正確的選項是（D）A.胰島素的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，不宜口服使用B.可通過測定DNA的序列確定突變是否成功C.對胰島素結(jié)構(gòu)的改造屬于蛋白質(zhì)工程D.該過程的操作對象是胰島素分子.以下關(guān)于蛋白質(zhì)工程和基因工程的比擬，不合理的是（C）A.蛋白質(zhì)工程的操作起點是從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)，設(shè)計出相應(yīng)的基因，并借助基因工程實現(xiàn)B.蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上開展起來的，蛋白質(zhì)工程最終還是要通過基因改造或基因合成來完成c.當?shù)玫娇梢栽?7（rc條件下保存半年的干擾素后，在相關(guān)酶