3.4蛋白质工程的原理和应用导学案2025-2026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围绕蛋白质工程的原理和应用展开，通过基因工程的局限性导入，引导学生理解蛋白质工程的概念、操作过程及应用，构建基因碱基排列顺序-蛋白质结构-功能的知识脉络，形成学习支架。 导学案结合速效胰岛素等实例，采用模型与建模、归纳与概括等科学思维方法，设计情境化习题巩固，强化生命观念中的结构与功能观，助力学生提升探究实践能力，适合教师教学与学生自主学习。

3.4蛋白质工程的原理和应用 导学案 班级： 姓名： 【学习目标】 1.明确蛋白质工程设计的原理。 2.基于实例，采用模型与建模、归纳与概括等方法，尝试通过蛋白质工程技术，根据人类需要的蛋白质结构，设计或改造某一蛋白质。 【学习重难点】 重点：基因的碱基排列顺序-蛋白质的结构-蛋白质功能的关系 难点：基因的碱基排列顺序-蛋白质的结构-蛋白质功能的关系 【知识导航】 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。 1.概念理解 (1)基础：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。 (2)操作：　基因修饰　或基因合成。 (3)结果：　改造了　现有蛋白质或制造出　新的蛋白质　。 (4)目的：根据人们对蛋白质功能的特定需求，对　蛋白质结构　进行分子设计。 2.操作过程 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。 一、蛋白质工程崛起的缘由 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.基因工程的局限性：__只能生产自然界中已存在的蛋白质____ 3.蛋白质工程崛起的缘由： (1)基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质 。 (2)天然蛋白质是生物长期进化过程中形成的，它们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。 二、蛋白质工程的基本原理 1.蛋白质工程的目标：根据人们对蛋白质__功能__的特定需求，因此要对蛋白质的__结构_进行设计改造。 2.蛋白质工程的实质：__改造或合成基因 (定向改造现有蛋白质或制造新的蛋白质)。 3.天然蛋白质合成过程：天然蛋白质合成的过程是按照__中心法则__进行的。 基因→ 表达 →形成具有特定氨基酸序列的多肽链→形成具有高级结构的蛋白质→形式生物功能 4.蛋白质工程思路 蛋白质工程与天然蛋白质合成的过程_相反_，而从__预期的蛋白质功能_出发→设计_预期的蛋白质结_→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_或__合成新基因_→获得所需要的蛋白质。 三、蛋白质工程的应用 1.研发速效胰岛素类似物 2.延长干扰素体外保存时间 3.降低人对小鼠单抗了抗体的免疫反应 通过_改造基因__，将小鼠抗体上_结合抗原_的区域(即_可变区__)“嫁接”到_人的抗体_(即_恒定区_)上，经过这样改造的抗体_诱发免疫反应的强度就会降低很多__。 4.其他 (1)改进酶的性能 或开发新的工业用酶。 (2)改造某些参与调控光合作用的酶，以提高植物光合作用的 速率 ，增加粮食的产量 。 (3)改造微生物蛋白质的结构，使它 防治病虫害 的效果增强。 5.蛋白质工程现状 蛋白质工程是一项难度很大的工程；主要原因是__蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构，而这种高级结构往往十分复杂_。 【习题巩固】 1.中华鲟是地球上最古老的脊椎动物,被称为“活化石”。研究者试图通过蛋白质工程改造中华鲟体内的某些蛋白质,使其更加适应现在的水域环境,以下说法错误的是(　　) A.该工程可以定向改变蛋白质分子的结构 B.改造蛋白质是通过改造基因结构而实现的 C.改造后的中华鲟和现有中华鲟仍是同一物种 D.改造后的中华鲟的后代不具有改造的蛋白质 2.(2025河北石家庄一模)研究人员将胰岛素B链的第28位氨基酸替换为天冬氨酸,抑制了胰岛素聚合,从而获得速效胰岛素类似物。下列叙述正确的是(　　) A.该产品是通过直接改造胰岛素来生产的 B.改变氨基酸的种类不会影响胰岛素的空间结构 C.可通过定向诱导胰岛素基因碱基增添达到改造目的 D.胰岛素改造的基本思路与天然蛋白质合成过程相反 3.(2025广西来宾模拟)通过蛋白质工程可以改造蛋白质,或制造一种新的蛋白质,以满足人类生产和生活的需要。下列叙述正确的是(　　) A.蛋白质工程只需要改造蛋白质,基因工程只需要改造基因 B.天然蛋白质的合成过程与蛋白质工程的过程完全相同 C.蛋白质工程要改造蛋白质所有的氨基酸序列 D.蛋白质工程可以通过改造蛋白质,改变酶的催化效率 4.科研人员以β-甘露葡萄糖酶为核心研究材料,在其N端找到了两个关键的氨基酸位点,将这两个位点的组氨酸和脯氨酸分别替换为酪氨酸后,其热稳定性得到了显著提高。下列说法正确的是(　　) A.细胞内合成改造后的高热稳定性蛋白质的过程不遵循中心法则 B.替换蛋白质中的氨基酸实际可通过改造基因中的碱基序列实现 C.在分子水平上,可利用PCR等技术检测细胞内是否合成新的目的蛋白质 D.制备过程中应先获得目标蛋白质的三维结构,再预期其生物学功能 5.(2025江苏徐州期中)枯草杆菌蛋白酶能催化蛋白质水解为氨基酸,在有机溶剂中也能催化多肽的合成。这些碱性蛋白酶具有重要的应用价值,被广泛应用于洗涤剂、制革及丝绸工业。将枯草杆菌蛋白酶分子的Asp(第99位)和Glu(第156位)改成Lys,可使其在pH=6时的活力提高10倍。下列说法正确的是(　　) A.完成氨基酸的替换需要通过改造基因实现 B.该成果体现了蛋白质工程在培育新物种方面具有独特的优势 C.经蛋白质工程改造后的枯草杆菌蛋白酶活性提高这一性状不可遗传 D.蛋白质工程最终要达到的目的是获取编码蛋白质的基因序列信息 12.(2025·江苏武进期末)某网站报道,我国科学家建立了蛋白质从头设计新方法。报道中记述我国科研人员从头设计的9种蛋白质分子的高分辨晶体结构,其中5种蛋白质具有不同于已知天然蛋白的新颖结构。请回答下列相关问题: (1)我国科学家建立的蛋白质从头设计新方法,即从　　　　开始设计全新的蛋白质分子结构,获得不同于已知天然蛋白的新颖结构。通过　　　　工程也可达到此目的,该工程通过　　　　　　,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)若要利用我国科学家建立的蛋白质从头设计的新方法获得全新的氨基酸序列,通过蛋白质工程、基因工程等途径从大肠杆菌中获得蛋白质,其操作的第一步是由此全新的氨基酸序列获得相应的　　　　　　　　,再利用PCR技术扩增;第二步是构建基因表达载体;第三步是将第二步中获得的结构导入大肠杆菌,在操作时一般要用Ca2+处理大肠杆菌,目的是　　　　　　　　 　　　　　　　　。 (3)构建基因表达载体的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。构建的基因表达载体除含目的基因外,还必须有　　　　　　　　　　(至少答出三点)等。 答案 1--5DDDBA 6.　(1)蛋白质三维结构　蛋白质　改造或合成基因　(2)DNA序列　使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态　(3)使目的基因在受体细胞中稳定存在,并且可以遗传至下一代,使目的基因能够表达和发挥作用　复制原点、标记基因、启动子、终止子 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $