3.4 蛋白质工程的原理和应用教学设计-2024-2025学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

教材版本 人教版高中生物学选择性必修三 章节 第三章第4节 课 题 蛋白质工程的原理和应用 授课时数 1 教 学 目 标 1.通过对蛋白质工程崛起原因的阐述，加深对基因工程赋予生物新的遗传特性的理解。并理解蛋白质工程是基因工程的延伸，深入理解生物的信息观。（生命观念） 2.通过基因工程和蛋白质工程的对比分析，理解社会需求对技术创新的推动作用，从技术的更新迭代中体会工程思维的创造性和优化意识。以对胰岛素的改造具体过程为例，思考在蛋白质工程中还具备哪些挑战，思考可能有怎样的途径解决。（科学思维） 3.以胰岛素为例，类比基因工程合成胰岛素的过程，探索改变胰岛素B链氨基酸序列的思路和方法，并对速效胰岛素的蛋白质工程合成过程进行建模。通过在Genbank数据库查询胰岛素B链序列为例，发展学生利用网络获取信息的能力。（科学探究） 4.以蛋白质工程在不同方面的应用，深刻体会蛋白质工程可以带来的社会效应，树立科技改变生活的观念。（社会责任） 教 学 分 析 教学重点 1.蛋白质工程所运用的基本原理，与基因工程的联系和区别; 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。 教学难点 蛋白质工程的基本原理;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。 学情分析 学习本节内容之前学生已经掌握了基因工程、基因表达以及蛋白质等相关知识，这些是学习本节内容知识的支点。蛋白质工程是基因工程的延伸，是根据蛋白质结构与功能的关系，通过改造基因来生产符合人类需要的蛋白质。根据前面的抗虫棉等实例已经能够让学生萌发对蛋白质进行改造的想法。 教学方法 多媒体演示、图片展示、问题引导等 学习方法 各个分组讨论集体汇报等，完成课堂练习，巩固提高 教学准备 多媒体课件，教材 教学过程 二次备课 一、新课导入 教师活动：走进社会中你见过用细菌画画吗？右图是用发出不同颜色荧光的细茵“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？ 学生活动：课前查阅资料，欣赏细菌画画，了解细菌“画”的效果，分析相关原因。 设计意图：通过趣味生物的介绍和展示，激发学生的学习兴趣，引入新课。 二、新课讲授 （一）蛋白质工程 教师活动：利用课间带学生学习基础理论知识。 1．概念 （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：通过基因改造或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质。 （3）目的：获得满足人类的生产和生活需求的蛋白质。 2．理论和技术条件：分子生物学、晶体学以及计算机技术的迅猛发展。 （二）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．基因工程的不足：基因工程在原则上只能产生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。 4．实例：玉米中赖氨酸的含量比较低，赖氨酸合成中两种酶的氨基酸被替换，就可以使玉米叶片和种子中游离赖氨酸分别提高5倍和2倍。 思考与讨论 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？ 学生活动：学生阅读课本P93—94，联系实际，简述蛋白质工程的概念及崛起的缘由。小组讨论，完成相关探究，解决实验相关问题。 设计意图：通过阅读，了解蛋白质工程发展史，概括蛋白质工程概念，了解蛋白质工程探究的必要性，培养学生获取信息的能力，加深学生对概念的认识，激发学生的科学研究的兴趣。 （三）蛋白质工程的基本原理 教师活动：为学生明确以下内容。 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：改造基因或合成基因。 3．流程：预期蛋白质功能→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）或合成新的基因→获得所需要的蛋白质。 学生活动：学生阅读课本P94，联系实际，分析蛋白质工程的基本原理。 设计意图：通过阅读，借助教材中的图解，分析蛋白质工程基本原理，激发学生的科学研究的兴趣。 （四）蛋白质工程的应用 教师活动：为学生明确以下内容。 1．在医药工业方面的应用 （1）研发速效胰岛素类似物：科学家通过改造胰岛素基因使B链28位脯氨酸替换为天冬氨酸或者将它与29位的赖氨酸交换位置，从而有效抑制了胰岛素的聚合，研发出速效胰岛素类似物。 （2）提高干扰素的保存期：将干扰素分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，提高了干扰素的保存时间。 （3）改造抗体：将小鼠单克隆抗体上结合抗原的区域“嫁接”到人的抗体上，降低了诱发人体免疫反应的强度。 蛋白质工程与基因工程的比较 项目 蛋白质工程 基因工程 区别 起点 期蛋白质功能 目的基因 过程 预期蛋白质功能→设计蛋白质结构→推测氨基酸序列→推测脱氧核苷酸序列→合成DNA→表达出蛋白质 获取目的基因→构建基因表达载体→导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定 实质 通过改造相应的基因达到对蛋白质进行改造的目的 基因重组 结果 可以创造出自然界不存在的蛋白质 生产自然界已存在的蛋白质 应用及现状 ①主要集中在对现有蛋白质进行改造，如干扰素、天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶等 ②对创造新的蛋白质还有许多技术难题未突破，因为蛋白质高级结构非常复杂，人们对此知之甚少 ①已被广泛应用，如转基因植物、动物、药品生产等已商业化 ②基因治疗仅处于初期的临床试验阶段 联系 ①蛋白质工程获得目的基因后，需要通过基因工程获得预期蛋白质 ②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 2．在其他工业和农业方面的应用 （1）改进酶的性能或开发新的工业用酶：利用蛋白质工程获得蛋白酶的多种突变体。 （2）改造某些重要的酶：利用蛋白质工程改造参与调控光合作用的酶，以提高植物光合作用的效率。 3.酶制剂在食品工业、医药工业等方面都有广泛的应用。现在，酶制剂的生产已经形成一个市场可观的新兴产业。蛋白质工程的应用又为酶制剂产业的发展提供了强大助力。请查阅资料，了解我国酶制剂产业发展的现状和趋势，分析蛋白质工程在酶制剂产业中的作用。 学生活动：学生阅读课本P95，联系实际，阐述蛋白质工程的应用。 设计意图：通过完成表格，使学生能够掌握相关知识，帮助学生对知识点的理解，提高学生推理和对比能力。 课堂小结 1.基因工程在原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质。 2.蛋白质工程并不是直接改造蛋白质分子的结构，而是通过基因操作来实现对天然蛋白质的改造。 3.蛋白质工程的基本途径：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。 4.蛋白质工程是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，通过基因改造或基因合成，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需要。 作业设计 板书设计 教学反思 ( 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 $$