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蛋白質(zhì)工程的崛起 1. 教學(xué)目標(biāo) 知識目標(biāo) 舉例說出蛋白質(zhì)工程崛起的緣由。 能力目標(biāo) 簡述蛋白質(zhì)工程的基本原理及基本途徑。 情感態(tài)度與價值觀 嘗試運用逆向思維分析和解決問題。 2. 教學(xué)重點/難點 教學(xué)重點 ⑴為什么要開展蛋白質(zhì)工程的研究? ⑵蛋白質(zhì)工程的原理。 教學(xué)難點 蛋白質(zhì)工程的原理。 3. 教學(xué)用具 4. 標(biāo)簽 教學(xué)過程 教學(xué)過程 師:根據(jù)前面所學(xué)內(nèi)容,試概括說出基因工程解決了哪些生活、生產(chǎn)中難以解決的問題。 生:基因工程可以生產(chǎn)人類需要的藥物,如胰島素、干擾素等,我們吃的,使某些食品如番茄、土豆等農(nóng)業(yè)中的抗蟲棉、抗病毒煙草等,上述產(chǎn)品有些是常規(guī)方法難以生產(chǎn)或者生產(chǎn)成本過高 。 師:基因工程的實質(zhì)是將一種生物的基因轉(zhuǎn)移到另一種生物體內(nèi),使后者產(chǎn)生它本身不能 產(chǎn)生的蛋白質(zhì),進而表現(xiàn)出新的性狀。但基因工程,人們也只是實現(xiàn)了世界上現(xiàn)有基因在 轉(zhuǎn)基因生物中的表達。即基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)。一個新問題出現(xiàn)了,生物產(chǎn)生的天然蛋白質(zhì)是在長期進化過程中形成的,它的結(jié)構(gòu)、性能不能完全滿足人類生產(chǎn)和生活的需要。我們該怎么辦? 生:對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行定向改造,以滿足人類的生產(chǎn)和生活需要。 師:大家都知道“人類基因組計劃”,那么你們知道國際人類蛋白質(zhì)組計劃嗎?它與蛋白質(zhì)工程有什么關(guān)系? 師:人類蛋白質(zhì)組計劃是繼人類基因組計劃后,生命科學(xué)乃至自然科學(xué)領(lǐng)域一項重大的科學(xué)命題。2001年國際人類蛋白質(zhì)組組織宣告成立。2003年該組織正式提出啟動了兩項重大國際合作行動:一項是由中國科學(xué)家牽頭執(zhí)行的“人類肝臟蛋白質(zhì)組計劃”;另一項是以美國科學(xué)家牽頭執(zhí)行的“人類蛋白質(zhì)組計劃”,由此拉開了蛋白質(zhì)組計劃的帷幕。 師:通過上面的學(xué)習(xí)我們已經(jīng)大概了解了蛋白質(zhì)工程崛起的理由。 生:基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì),這些蛋白質(zhì)卻不一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要。 師:歸納的很好!我們剛才提到的干擾素在體外保存相當(dāng)困難,如果將其分子上的一個半胱氨酸變成絲氨酸,那么在—70度的條件下可以保存半年。 師:對天然蛋白質(zhì)進行改造,你認(rèn)為應(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)? 生:通過對基因的操作來實現(xiàn),因為基因決定蛋白質(zhì)的合成。 師:下面讓我們一起來回憶一下生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)合成的過程。 生:基因 mRNA 形成氨基酸序列的多肽鏈 盤曲折疊成有一定空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì) 行使生物功能 師:同學(xué)們說的對!但蛋白質(zhì)工程卻與之相反,它的基本途徑是什么呢? 生:從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā) 設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) 推測應(yīng)有的氨基酸序列 找到相應(yīng)的脫氧核苷酸序列(基因) 師:下面我們利用蛋白質(zhì)工程原理來解決課本27頁討。論題。 生:—丙氨酸—色氨酸—賴氨酸—甲硫氨酸—苯丙氨酸— mRNA:GCU(或C或A或G)UGGAAA(或G)AUGUUU(或C) DNA的一條鏈:CGA(或G或T或C)ACCTTT(或C)TACAAA(或G) 確定了基因的堿基序列后,就可以根據(jù)人類的需要改造它,通過人工合成的方法或從基因庫中獲取。 師:回答的很好 。通過以上的討論我們來總結(jié)一下什么是蛋白質(zhì)工程。 生:蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(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),通過基因修飾或基因合成,對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行改造,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。 師:基于以上蛋白質(zhì)工程的原理,能不能根據(jù)人類需要的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計相應(yīng)的基因,導(dǎo)入適合的細菌中,讓細菌生產(chǎn)人類需要的蛋白質(zhì)食品呢? 師:蛋白質(zhì)工程取得的進展向人 們展示了誘人的前景。 1、在生物工程制藥領(lǐng)域、蛋白質(zhì)工程有著廣泛的應(yīng)用。例如修改與胰島素分子間整合作用有關(guān)的表面殘基使其更容易解離成有活性的單體分子,從而使這種胰島素成為速效型藥物。制備生長鼠-人嵌合抗體減少因機體高度過敏而引起的副作用。 2、蛋白質(zhì)工程可通過改造酶的結(jié)構(gòu),有目的地提高酶的熱穩(wěn)定性。 3.生物和材料科學(xué)家正積極探索將蛋白質(zhì)工程應(yīng)用于微電子方面。 異想天開 能不能根據(jù)人類需要的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),設(shè)計相應(yīng)的 基因,導(dǎo)入合適的細菌中,讓細菌生產(chǎn)人類所需要的蛋白質(zhì)食品呢? 師:為什么說蛋白質(zhì)工程是一項認(rèn)識科學(xué)探索 難度很大的工程?目前要設(shè)計出之路永無止境更加符合人類需要的蛋白質(zhì)還需經(jīng)過艱辛的探索和努力? 生:主要是蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜,人類對蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)和在生物體內(nèi)如何行使功能知之甚少。很難設(shè)計出一個嶄新而具有生命功能作用的蛋白質(zhì),而且一個嶄新的蛋白質(zhì)會帶來什么危害也是人們所擔(dān)心的。 3