3.4 蛋白质工程的原理和应用（教学设计）-【上好课】高二生物同步备课系列（人教版2019选择性必修3）

第3章 基因工程 第4节 蛋白质工程的原理和应用 年级 高二年级 授课时间 1课时 课题 第4节 蛋白质工程的原理和应用 教材分析 本节"从社会中来"创设了用细菌"画画"的情境来引入。画画很常见，但是用细菌创作色彩斑斓的"画"，很多学生可能是第一次见到，这个有趣的素材能够激发学生的学习兴趣。通过分析其中的原理，学生将知道这需要对绿色荧光蛋白进行设计和改造，像这样对蛋白质分子进行设计和改造的操作属于蛋白质工程的范畴。紧接着，教材顺理成章地在本节开始阐述了蛋白质工程的概念，并指出蛋白质工程是基因工程的延伸，从而明确了教材前后两节内容之间的逻辑关系。 本节内容分为三个部分。教材在这部分引导学生分析了进行蛋白质工程研究的原因，并且通过一个实例——改造赖氨酸合成过程中的两种酶以提高玉米中赖氨酸的含量，说明了开展蛋白质工程研究的意义。 "蛋白质工程的基本原理"部分，知识内容的综合性较强，需要学生结合在必修课中已经学过的中心法则、蛋白质具有复杂的空间结构等知识，以及刚学过的基因工程的知识来进行学习。教材用一张图，将天然蛋白质合成的过程与蛋白质工程设计的思路两者"反向平行"的关系清晰地呈现出来，便于学生理解和掌握；进一步还通过一个"思考·讨论"活动，让学生积极思考、分析，加深对原理的理解。旁栏中的资料内容体现了蛋白质工程的发展除了需要基础理论的支撑，还需要多种技术的支持，其中不仅有生物技术，还有其他学科领域的技术，这可以让学生认识到多学科相互渗透、融合是现代科技发展的总趋势，同时还有助于他们理解工程与技术的关系：工程是多种技术的综合集成。 关于蛋白质工程的应用，教材首先创设了科学家改造胰岛素的情境来说明依据人类需要对蛋白质进行改造、获得目标蛋白的过程。胰岛素的素材在上一节已经出现过，这里再次出现，有利于学生建立知识之间的联系，也加深了他们对蛋白质工程是基因工程的延伸的理解。然后，教材列举了蛋白质工程在工农业生产中应用的实例，丰富了学生的认识。最后，教材还说明了蛋白质工程的研究现状，使学生认识到科学探索之路漫长、艰辛和永无止境。 学生在必修课中学习过酶的基本知识，也知道很多酶产品已经进入了我们的生活。本节"到社会中去"联系学生这些已有的知识，让他们结合查阅的资料和本节所学的内容，分析蛋白质工程在酶制剂产业中的作用，这是在引导他们学以致用以及让他们感受到科学技术推动了社会进步，改善了人们的生活。 教学目标 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、生产目标蛋白的过程。 教学重难点 1．教学重点 (1）蛋白质工程的基本原理。 (2）依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程。 2．教学难点 (1）蛋白质工程的基本原理。 (2）依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程。 教学过程 教学内容 教师活动 学生活动 新课导入 你见过用细菌画画吗？右图是用发出不同颜色荧光的细菌“画"的美妙图案。这些细菌能够发出荧光，是因为在它们的体内导入了荧光蛋白的基因。最早被发现的荧光蛋白是绿色荧光蛋白，科学家通过改造它，获得了黄色荧光蛋白等。这些荧光蛋白在细胞内生命活动的检测、肿瘤的示踪研究等领域有着重要应用。那么，科学家是怎样对蛋白质分子进行设计和改造的呢？ 科学家解析了多管水母绿色荧光蛋白的晶体结构，并利用计算机进行辅助设计，在此基础上再采用定点突变的技术将绿色荧光蛋白发光基团正下方的第203位的苏氨酸替换为酪氨酸，从而获得了一种新的绿色荧光蛋白的衍生物——黄色荧光蛋白。 创设情境，组织学生回顾基因工程相关知识，引入蛋白质工程的概念。 一、蛋白质工程概述 【布置任务】 任务一：学生自主阅读课本，完成下列问题。 （一）阅读课本93页第1-2段，明确蛋白质工程的概念、基础、操作方法及对象，蛋白质的目的、结果和实质，以及相关的学科及技术。 1.蛋白质工程的概念 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.基础 蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。 3.操作方法及对象 改造或合成基因。 4.目的 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。 5.结果 改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质。 6.蛋白质工程的实质 是对编码蛋白质的基因进行改造。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。 7.相关学科及技术 分子生物学、晶体学和计算机技术。 （二）你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什么关系？我国科学家承担了什么任务？ 人