2017-2018学年高二生物人教版选修三教学案：1.4+蛋白质工程的崛起+Word版含答案.docVIP

一、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，但这些天然蛋白质不一定符合人类生产和生活的需要。 二、蛋白质工程的基本原理 1．概念：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，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。 2．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分子设计。 3．手段：通过基因修饰或基因合成，进而指导合成所需蛋白质。 4．途径：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→找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)。 5．蛋白质工程流程图 三、蛋白质工程的进展和前景 1．前景诱人：用蛋白质工程方法制成的电子元件，具有体积小、耗电少和效率高的特点。 2．难度很大：主要是因为蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构，这种高级结构十分复杂，而目前科学家对大多数蛋白质高级结构的了解还很不够。 [共研探究] 基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，这些天然蛋白质是生物在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。蛋白质工程的目标是生产出符合人类生产和生活需要的蛋白质，甚至是自然界不存在的蛋白质。结合图示回答有关问题： 1．基因工程的不足 (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，进而表现出新性状。 (2)不足：在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。 2．天然蛋白质的不足 (1)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)对天然蛋白质进行改造，应该从对基因的操作来实现，主要原因如下： 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，而且改造过的基因可以遗传下去。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造过的蛋白质分子还是无法遗传。 ②对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易，难度要小得多。 3．蛋白质工程的基本原理 (1)理解蛋白质工程概念的3个角度 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：通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行“改造”，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新的蛋白质。 (2)原理：从预期的蛋白质功能出发，到找到相对应的基因，即中心法则的逆推。 (3)途径：预期的蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)→合成DNA→表达出蛋白质。 (4)最终结果：生产出自然界从来没有过的蛋白质。 [总结升华] 1．尽管蛋白质工程是从预期的蛋白质功能入手改造蛋白质结构，但不能直接改造蛋白质，而应从改造基因入手，因为蛋白质的合成由基因控制。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，所以其本质和基础应为基因工程。 2．判断蛋白质工程的关键：通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质。 3．基因工程中的基因一般为自然存在的基因，而蛋白质工程中的目的基因不是自然存在的。 【易错易混】 (1)蛋白质工程的目的基因只能用人工合成的方法获得。 (2)设计中的困难：如何推测非编码区以及内含子的脱氧核苷酸序列。 [对点演练] 1．下列关于蛋白质工程的说法，正确的是(　　) A．蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作 B．蛋白质工程能生产出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子 C．对蛋白质的改造是通过直接改造相应的mRNA来实现的 D．蛋白质工程的流程和天然蛋白质合成的过程是相同的 解析：选B　蛋白质工程利用基因工程手段，包括基因的定点突变和基因表达对蛋白质进行改造，以获得性质和功能更加完善的蛋白质分子。蛋白质工程能生产出自然界中不曾存 [共研探究] 1．蛋白质工程的进展和前景 (1)前景诱人：采用蛋白质工程方法制成的电子元件，具有体积小、耗电少和效率高的特点；通过对胰岛素的改造，使其成为速效型药品。 (2)难度很大：主要是目前科学家对大多数蛋白质高级结构的了解还很不够。 2．如图是用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过程，请据图回答有关问题： (1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是蛋白质的预期功能。 (2)通过人工合成DNA形成的新基因应与载体结合后转移到大肠杆菌等受体细胞中才能得到准确表达。 (3)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素，需用到的生物工程有蛋白质工程、基因工程和发酵工程。 (4)根据图解，从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是根据新的胰岛素模型中氨基酸的序列，推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，然后利用DNA合成仪来合成出新的胰岛素基因。 [总结升华] 基因工程与