3.4蛋白质工程的原理和应用 学案 2024—2025学年高二下学期生物人教版选择性必修3

该高中生物学导学案聚焦蛋白质工程的原理与应用，通过胰岛素改造等实例导入，承接基因工程只能生产天然蛋白质的不足，构建从预期蛋白质功能到基因改造的学习支架，明晰其与基因工程的区别联系。 资料以对比表格深化结构与功能观（生命观念），任务中探究问题（如碱基序列多样性分析）培养科学思维，结合医药、农业应用实例驱动探究实践，助力学生理解核心知识，提升解决实际问题的能力。

班级： 姓名：____________ 【章节】第三章 基因工程 第4节 蛋白质工程的原理和应用 【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； 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、生产目标蛋白过程。 【重点】蛋白质工程与基因工程的区别与联系 【难点】蛋白质工程与基因工程的区别与联系 【课时】第1课时（共1课时） 1．蛋白质工程 (1)基础：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。 (2)手段：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。 (3)目的：获得满足人类生产和生活需求的蛋白质。 (4)困难：蛋白质发挥功能必须依赖正确的高级结构，而蛋白质的高级结构十分复杂。 2．蛋白质工程崛起的缘由 (1)崛起缘由 ①基因工程的实质：将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状。 ②基因工程的不足：基因工程在原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质。 ③天然蛋白质的不足：天然蛋白质的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。 (2)实例：提高玉米赖氨酸含量 改造后玉米叶片和种子中游离赖氨酸含量分别提高5倍和2倍。 3．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：从预期的蛋白质功能出发→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。 4．蛋白质工程的应用 (1)医药工业方面 ①科学家通过对胰岛素基因的改造，研发出速效胰岛素类似物产品。 ② 　　　　　　　　　　　 ↓ ③人－鼠嵌合抗体：降低免疫反应强度。 (2)其他工业方面 用于改进酶的性能或开发新的工业用酶，如利用蛋白质工程获得枯草杆菌蛋白酶的突变体，筛选出符合工业化生产需求的突变体，提高该酶的使用价值。 (3)农业方面 ①科学家尝试改造某些参与调控光合作用的酶，以提高植物光合作用的效率，增加粮食的产量。 ②科学家利用蛋白质工程的思路设计优良微生物农药，通过改造微生物蛋白质的结构，增强微生物防治病虫害的效果。 任务：基因工程和蛋白质工程 1．研究人员试图将人胰岛素的B链的第28位氨基酸由脯氨酸替换为天冬氨酸，从而有效抑制胰岛素的聚合，获得速效胰岛素类似物，应该如何操作？ 提示　应将基因相应位置上的碱基进行替换，从而使其指导合成的胰岛素相应位置上的氨基酸发生改变。 2．如果已经推测出多肽中的氨基酸序列，那么推测出的基因中的碱基序列是否唯一呢？并说明理由。 提示　不唯一；因为一个氨基酸是由一个或多个密码子决定的，因此获得的基因总的碱基序列有多种。 3．确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因？ 提示　可以人工合成目的基因，或应用基因定点突变技术来进行碱基的替换、增添等进而改造基因。 4．蛋白质工程需直接改造基因，而不直接改造蛋白质的原因：(1)任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且可以遗传下去。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造的蛋白质也是无法遗传的。(2)对基因进行改造比对蛋白质直接改造更容易操作，难度要小得多。 　蛋白质工程与基因工程的区别与联系 比较项目 蛋白质工程 基因工程 区别 起点 预期的蛋白质功能 目的基因 过程 从预期的蛋白质功能出发→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 目的基因的筛选与获取→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定 目标 定向改造或生产人类所需的蛋白质 定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需要的新的生物类型和生物产品 结果 生产非天然的蛋白质 生产自然界已存在的蛋白质 联系 ①都在生物体外对基因进行操作；②蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程 学科网（北京）股份有限公司 $