3.4 蛋白质工程的原理和应用（学案） - 【新课程学案】新教材2022-2023学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程（人教版2019）

生物学选择性必修3 XINKECHENG XUEAN 第4节 ⊙学习目标 1.说出蛋白质工程崛起的缘由。 2.概述蛋白质工程的基本原理 蛋白质工程的原理和应用 3.举例说明依据人类需要对原有蛋白质结构进行基 因改造、生产目标蛋白的过程 [四层]学习内容 落实必备知识 开卷预习一刻钟 (二)蛋白质工程的基本原理 一、主干知识镇一填 1.目标 根据人们对 功能的特定需求，对 (一)蛋白质工程 蛋白质的结构进行设计改造。 1.蛋白质工程的概念 2.改造方法及原因 蛋白质分子的结 基础 改造现有 构规律及其与 概念 目的，或制造一种新的 基因决定蛋白质，要对蛋白质的结构进行 的关系 蛋白质，以满足人 设计改造，最终还必须通过 类生产和生活的 战造或 手段 需求 来完成。 3.蛋白质工程的基本思路 2.蛋白质工程崛起的缘由 从预期的蛋白 设计颅期的 推测应行的 (1)基因工程的实质：将一种生物的 质功能出发 转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不 获得所需要 找到并改变相对应的 能产生的蛋白质，进而表现出 的雀白质 (基因)或合成新的基因 (2)基因工程的不足：基因工程原则上只能 (三)蛋白质工程的应用 生产自然界中 的蛋白质。 1.在医药工业方面的应用 (3)天然蛋白质的不足：天然蛋白质的结构 (1)研发速效胰岛素类似物：科学家通过改 和功能符合 生存的需要，却不一定 造 使B28位脯氨酸替换为天冬氨 完全符合 的需要。 酸或者将它与B29位的赖氨酸交换位置，从而 有效抑制了 ,由此研发出速效胰 3.实例一改造天冬氨酸激酶和二氢吡啶 岛素类似物。 二羧酸合成酶 (2)提高干扰素的保存期：将干扰素分子上 这两种酶是玉米细胞中合成 的关键 的一个 变成 ,提高了干扰 蛋白质酶，其活性受细胞内 的影响较 缺陷 大。赖氨酸达到一定浓度就会 这两种 素的保存时间。 酶的活性，所以玉米中赖氨酸含量很难提高 (3)改造抗体：将小鼠单克隆抗体上 改造 将天冬氨酸激酶中第352位的苏氨酸变成 “嫁接”到人的抗体上，降低了诱发 将二氢吡啶二羧酸合成酶中 措施 人体免疫反应的强度。 第104位的天冬酰胺变成 2.在其他工业和农业方面的应用 改造后 玉米叶片和种子中游离赖氨酸的含量分别提 (1)改进酶的性能或开发新的工业用酶：利 效果 高5倍和2倍 用蛋白质工程获得蛋白酶的多种 88 XINKECHENG XUEAN第3章基因工程 (2)改造某些重要的酶：科学家尝试利用蛋！2.（教材第94页“学科交叉”思维训练）蛋白质工程要 白质工程改造参与 的酶，以提 对控制蛋白质合成的基因进行改造，通常采用的技 高植物光合作用的效率，增加粮食的产量。 术手段是什么？ (3)设计优良微生物农药：通过改造微生物 蛋白质的结构，来增强其防治病虫害的效果。 掩卷归拢5分钟 二、重要图示品一品 一、知识脉络/理一理 (教材第94页图3-17)蛋白质工程的目标是生产出符 预期的蛋 设计顿期的 推测应有的 合人类生产和生活需要的蛋白质，甚至是自然界不 白质功能 蛋白质结构 氨基酸序列 存在的蛋白质。结合图示回答有关问题： 获得所需 找到并改变相对应的脱氧核苷 蛋白质 酸序列（基因)或合成新基因 A 设计 蛋白质 推测 B C 基本过程 基因 基因改造 合成人类所需 生物功能行使《三维结构)折叠多肽链EmNA DDNA 或基因合成 蛋白质工程的 的新雀白质 应用 (1)写出流程图中字母代表的含义： 在农业、T业、医药等方向的应用实例 A. :B. :C. D. :E. (2)上图字母中属于中心法则的过程有 ,属于 二、结论语句/记一记 蛋白质工程的过程有 1.基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质。 2.蛋白质工程并不是直接改造蛋白质分子的结构，而是 三、边角知识展一展 通过基因操作来实现对天然蛋白质的改造。 1.(教材第93页“旁栏思考”)什么是人类蛋白质组计：3.蛋白质工程的基本思路：从预期的蛋白质功能出发→ 划？它与蛋白质工程有什么关系？ 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。 [四层]并习内容∠ 融通关键能力 提能点（一）蛋白质工程崛起的缘由及基本原理 [发展认知] 续表 1.蛋白质工程与基因工程的区别和联系 分类 蛋白质工程 基因工程 分类 蛋白质工程 基因工程 定向改造生物的遗传特 定向改造或生产人类所 从预期的蛋白质功能 实质 性，以获得人类所需的 需的蛋白质 出发→设计预期的蛋 目的基因的筛选与 生物类型和生物产品 白质结构→推测应有 获取→基因表达载 可生产自然界没有的蛋 只能生产自然界已有 的氨基酸序列→找到 体的构建→将目的 结果 过程 白质 的蛋白质 并改变相对应的脱