高中生物 1_4 蛋白質(zhì)工程的崛起教案 新人教版選修31

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蛋白質(zhì)工程的崛起 1. 教學(xué)目標(biāo) 知識(shí)目標(biāo) 舉例說(shuō)出蛋白質(zhì)工程崛起的緣由。 能力目標(biāo) 簡(jiǎn)述蛋白質(zhì)工程的基本原理及基本途徑。 情感態(tài)度與價(jià)值觀 嘗試運(yùn)用逆向思維分析和解決問(wèn)題。 2. 教學(xué)重點(diǎn)/難點(diǎn) 教學(xué)重點(diǎn) ⑴為什么要開(kāi)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(diǎn) 蛋白質(zhì)工程的原理。 3. 教學(xué)用具 4. 標(biāo)簽 教學(xué)過(guò)程 教學(xué)過(guò)程 師:根據(jù)前面所學(xué)內(nèi)容,試概括說(shuō)出基因工程解決了哪些生活、生產(chǎn)中難以解決的問(wèn)題。 生:基因工程可以生產(chǎn)人類(lèi)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(chóng)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(guò)高 。 師:基因工程的實(shí)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(jìn)而表現(xiàn)出新的性狀。但基因工程,人們也只是實(shí)現(xiàn)了世界上現(xiàn)有基因在 轉(zhuǎn)基因生物中的表達(dá)。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(gè)新問(wèn)題出現(xiàn)了,生物產(chǎn)生的天然蛋白質(zhì)是在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中形成的,它的結(jié)構(gòu)、性能不能完全滿足人類(lèi)生產(chǎn)和生活的需要。我們?cè)撛趺崔k? 生:對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行定向改造,以滿足人類(lèi)的生產(chǎn)和生活需要。 師:大家都知道“人類(lèi)基因組計(jì)劃”,那么你們知道國(guó)際人類(lèi)蛋白質(zhì)組計(jì)劃嗎?它與蛋白質(zhì)工程有什么關(guān)系? 師:人類(lèi)蛋白質(zhì)組計(jì)劃是繼人類(lèi)基因組計(jì)劃后,生命科學(xué)乃至自然科學(xué)領(lǐng)域一項(xiàng)重大的科學(xué)命題。2001年國(guó)際人類(lèi)蛋白質(zhì)組組織宣告成立。2003年該組織正式提出啟動(dòng)了兩項(xiàng)重大國(guó)際合作行動(dòng):一項(xiàng)是由中國(guó)科學(xué)家牽頭執(zhí)行的“人類(lèi)肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃”;另一項(xiàng)是以美國(guó)科學(xué)家牽頭執(zhí)行的“人類(lèi)蛋白質(zhì)組計(jì)劃”,由此拉開(kāi)了蛋白質(zhì)組計(jì)劃的帷幕。 師:通過(guò)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(lèi)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(gè)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(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造,你認(rèn)為應(yīng)該直接對(duì)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作,還是通過(guò)對(duì)基因的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)? 生:通過(guò)對(duì)基因的操作來(lái)實(shí)現(xiàn),因?yàn)榛驔Q定蛋白質(zhì)的合成。 師:下面讓我們一起來(lái)回憶一下生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)合成的過(guò)程。 生:基因 mRNA 形成氨基酸序列的多肽鏈 盤(pán)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(shuō)的對(duì)!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(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) 推測(cè)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(lái)解決課本27頁(yè)討。論題。 生:—丙氨酸—色氨酸—賴(lài)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(lèi)的需要改造它,通過(guò)人工合成的方法或從基因庫(kù)中獲取。 師:回答的很好 。通過(guò)以上的討論我們來(lái)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(guò)基因修飾或基因合成,對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造,或制造一種新的蛋白質(zhì),以滿足人類(lèi)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(lèi)需要的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相應(yīng)的基因,導(dǎo)入適合的細(xì)菌中,讓細(xì)菌生產(chǎn)人類(lèi)需要的蛋白質(zhì)食品呢? 師:蛋白質(zhì)工程取得的進(jìn)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(zhǎng)鼠-人嵌合抗體減少因機(jī)體高度過(guò)敏而引起的副作用。 2、蛋白質(zhì)工程可通過(guò)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(kāi) 能不能根據(jù)人類(lèi)需要的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)相應(yīng)的 基因,導(dǎo)入合適的細(xì)菌中,讓細(xì)菌生產(chǎn)人類(lèi)所需要的蛋白質(zhì)食品呢? 師:為什么說(shuō)蛋白質(zhì)工程是一項(xiàng)認(rèn)識(shí)科學(xué)探索 難度很大的工程?目前要設(shè)計(jì)出之路永無(wú)止境更加符合人類(lèi)需要的蛋白質(zhì)還需經(jīng)過(guò)艱辛的探索和努力? 生:主要是蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜,人類(lèi)對(duì)蛋白質(zhì)的高級(jí)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(jì)出一個(gè)嶄新而具有生命功能作用的蛋白質(zhì),而且一個(gè)嶄新的蛋白質(zhì)會(huì)帶來(lái)什么危害也是人們所擔(dān)心的。 3