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2019-2020年高中生物 1.4蛋白質工程的崛起教案 新人教版選修3 教學建議 1.建議采用“問題—探究—新問題—再探究”的教學模式。 本節(jié)內容是基因工程的延伸和發(fā)展。由于蛋白質工程剛剛起步,學習內容較少。如何學得充實,又讓學生悟出些終身學習的道理,建議采用“問題—探究—新問題—再探究”的教學模式。 新課一開始,可以帶領學生回憶原有知識:要想讓一種生物的性狀在另一種生物中表達,在種內可以用常規(guī)雜交育種的辦法實現,但要使有生殖隔離的種間生物實現基因交流,就顯得力不從心了?；蚬こ痰恼Q生,為克服這一遠緣雜交的障礙問題,帶來了新的希望。于是取得了豐碩成果:大腸桿菌為人類生產出了胰島素,牛的乳腺生物反應器為人類制造出了蛋白質類藥物,煙草植物體內含有了某種藥物蛋白……至此,人們也只是實現了世界上現有基因在轉基因生物中的表達。但一個新問題出現了,生物產生的天然蛋白質是在長期進化過程中形成的,它的結構、性能不能完全滿足人類生產和生活的需要。為了加深這一點的認識,可調動學生從書中找實例(干擾素例子、工業(yè)用酶的例子)加以佐證。于是要對現有蛋白質進行改造,制造出目前從天然蛋白質中找不到的蛋白質。這樣人們又開始了新一輪的探索,蛋白質工程應運而生了。 2.建議加強與已有知識的聯系,用逆向思維的方法解決新問題。 學生在必修課中已學習過中心法則及蛋白質具有復雜的空間結構等知識。中心法則告訴我們遺傳信息的流動方向如下圖所示。 遺傳信息的流動方向 這是學習新知識的基礎。既然蛋白質的功能是由DNA決定的,那么要制造出新的蛋白質,就要改造DNA,所以蛋白質工程的原理應該是中心法則的逆推。結合課本中蛋白質工程流程圖,可以較明確地說明這一點。 3.建議以與基因工程比較的方式進行課堂小結。 從操作場所、操作起點、操作對象、基本過程、目的、實質等幾個方面對蛋白質工程和基因工程的異同進行掃描式梳理,既鞏固了學生對蛋白質工程的理解,又促進了新舊知識間的融會貫通。 參考資料 蛋白質工程研究的核心內容 1.結構分析 蛋白質工程的核心內容之一就是收集大量的蛋白質分子結構的信息,以便建立結構與功能之間關系的數據庫,為蛋白質結構與功能之間關系的理論研究奠定基礎。三維空間結構的測定是驗證蛋白質設計的假設即證明是新結構改變了原有生物功能的必需手段。晶體學的技術在確定蛋白質結構方面有了很大發(fā)展,最明顯的不足是需要分離出足夠量的純蛋白質(幾毫克至幾十毫克),制備出單晶體,然后再進行繁雜的數據收集、計算和分析。另外,蛋白質的晶體狀態(tài)與自然狀態(tài)也不盡相同,在分析的時候要考慮到這個問題。 2.結構、功能的設計和預測 根據對天然蛋白質結構與功能分析建立起來的數據庫里的數據,可以預測一定氨基酸序列的肽鏈的空間結構和生物功能;反之也可以根據特定的生物功能,設計蛋白質的氨基酸序列和空間結構。通過基因重組等實驗可以直接分析結構與功能之間的關系;也可以通過分子動力學、分子熱力學等,分析計算蛋白質分子的立體結構和生物功能。這方面的工作尚在起步階段。 3.蛋白質改造的方法 蛋白質的改造有多種方法。物理化學法:對蛋白質進行變性、復性處理,修飾蛋白質側鏈官能團,分割肽鏈,改變表面電荷分布促進蛋白質形成一定的立體結構等;生物化學法:使用蛋白酶選擇性地分割蛋白質,利用轉糖苷酶、酯酶、酰酶等去除或連接不同化學基團,利用轉酰胺酶使蛋白質發(fā)生膠連等。 以上方法只能對相同或相似的基團或化學鍵發(fā)生作用,缺乏特異性,不能針對特定的部位起作用。采用基因重組技術或人工合成DNA,不但可以改造蛋白質,而且可以實現從頭合成全新的蛋白質。 氨基酸序列是蛋白質的一級結構,它決定著蛋白質的空間結構和生物功能。而氨基酸序列是由合成蛋白質的基因的堿基序列決定的,改變基因的堿基序列就可以改變蛋白質的氨基酸序列,實現蛋白質的可調控生物合成。