3.4蛋白质工程的原理和应用的学案-2023-2024学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

3.4蛋白质工程的原理和应用的学案 【学习目标】 1.举例说明基因工程在农业、食品及医药等行业的广泛应用改善了人类的生活品质。 2.举例说出植物基因工程、动物基因工程成果及其给人类带来的影响。 3.展开想象的翅膀，用图画或文字创造等，畅想基因工程的未来。 【学习重难点】 教学重点 基因工程在农牧业、食品、环保以及医药领域的应用 教学难点 1.理解CAR-T、CRISPR/Cas等前沿科技的基本原理 2.体会基因工程在各领域的改造思路。 【预习新知】 蛋白质工程崛起的缘由 1.基因工程的实质和不足: (1)实质:将一种生物的基因转移到 ,后者可以产生它本不能产生的 ,进而表现出 。 (2)基因工程存在的不足:原则上只能生产自然界 的蛋白质。 2.蛋白质工程的崛起: (1)理论和技术条件: 、晶体学以及计算机技术的迅猛发展。 (2)天然蛋白质存在不足:天然蛋白质的 符合特定物种生存的需要,却不一定完全符合 的需要。 (3)实例: 蛋白质缺陷 改造措施 改造后效果 玉米中赖氨酸含量低 赖氨酸合成中两种酶的氨基酸被替换 玉米叶片和种子中游离赖氨酸分别提高5倍和2倍 蛋白质工程的基本原理 1.目标:根据人们对蛋白质功能的特定需求,对蛋白质的结构进行设计改造。 2.方法:改造或合成基因。 3.基本思路: 填一填:基于蛋白质的合成过程和蛋白质工程的基本思路,完成下列填空。 ①蛋白质　②多肽链　③mRNA　④目的基因 A推测应有的氨基酸序列 B找到并改变基因或合成新的基因 C转录　D翻译 蛋白质工程的应用 1.医药工业方面: (1)速效胰岛素类似物:改变氨基酸序列, 胰岛素的聚合。 (2)干扰素:一个半胱氨酸替换为丝氨酸, 保存时间。 (3)单克隆抗体:将小鼠抗体上 的区域“嫁接”到人的抗体上,降低诱发免疫反应的强度。 2.其他工业方面:广泛用于 或开发新的工业用酶。如枯草杆菌蛋白酶。 3.农业方面: (1)改造某些 的酶,提高植物光合作用的效率。 (2)改造 的结构,增强防治病虫害的效果。 知识点　基因工程与蛋白质工程的比较 比较 项目 基因工程 蛋白质工程 原理 基因重组 中心法则的逆转 区 别 过 程 获取目的基因→构建表达载体→导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定 预期蛋白质功能→设计预期蛋白质结构→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 实 质 定向改造生物的遗传特性,以获得人类所需要的生物类型或生物产品 改造或制造人类所需要的蛋白质 结 果 生产自然界中已经有的蛋白质 生产自然界中没有的蛋白质 联系 ①蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程,对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质必须通过基因修饰或基因合成来实现,蛋白质工程离不开基因工程 ②基因工程中所用的某些酶也需要通过蛋白质工程进行修饰或改造,以提高其功能 【易错提示】 1．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。 2．蛋白质工程直接操作的对象是基因，而不是蛋白质。 3．基因工程只能生产自然界已存在的蛋白质。 4．基因工程和蛋白质工程都是在分子水平上操作，目的都是合成相应的蛋白质。 【深化探究】 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 预期蛋白质功能 目的基因 过程 预期蛋白质功能→设计蛋白质结构→推测氨基酸序列→推测脱氧核苷酸序列→合成DNA→表达出蛋白质 获取目的基因→构建基因表达载体→导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定 实质 通过改造相应的基因达到对蛋白质进行改造的目的 基因重组 结果 可以创造出自然界不存在的蛋白质 生产自然界已存在的蛋白质 应用及现状 ①主要集中在对现有蛋白质进行改造，如干扰素、天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶等 ②对创造新的蛋白质还有许多技术难题未突破，因为蛋白质高级结构非常复杂，人们对此知之甚少 ①已被广泛应用，如转基因植物、动物、药品生产等已商业化 ②基因治疗仅处于初期的临床试验阶段 联系 ①蛋白质工程获得目的基因后，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，延伸出来的第二代基因工程 合作探究：(1)为什么蛋白质工程不是直接改造蛋白质