2.4世界上第一个人工合成蛋白质的诞生教学设计-2025-2026学年高一上学期生物人教版必修1

教学设计 课程基本信息 学科 生物学 年级 高一 学期 秋季 课题 世界上第一个人工合成蛋白质的诞生 教学目标 1. 借助科学史料分析胰岛素结构对功能的影响，阐述蛋白质结构具有多样性的直接原因，初步形成结构与功能观。 2. 通过模型建构，描述氨基酸形成蛋白质的过程，提升归纳与概括、模型与建模、质疑与探究的科学思维能力。 3. 依据人工合成结晶牛胰岛素的探索过程，体验科学探究的过程，认同科学研究的复杂性，认同中国科学家研究的重要意义，提升民族自豪感，关注蛋白质的科学研究进展，养成尊重科学、崇尚科学的态度。 教学重难点 教学重点： 1. 加深理解氨基酸形成蛋白质的过程。 2. 分析世界上第一个人工合成蛋白质的诞生探索历程。 教学难点： 1. 应用“结构决定功能观” 分析问题。 2. 对人工合成蛋白质探索历程进行分析和推理。 教学过程 1.1以人工合成胰岛素50周年纪念视频《完美结晶大揭秘》，引入主题 教师播放视频：《完美结晶大揭秘》讲述我国的科研项目“人工合成结晶牛胰岛素”解决由化学物质合成具有生物活性的有机物大分子的科学问题，不仅开创了人工合成蛋白质的新纪元，还证明中国可在尖端科研领域与西方发达国家一决高下，极大的增强了民族自豪感。今天，就让我们沿着科学家的足迹。一起探究这完美结晶。 1.2以结晶牛胰岛素的合成为主线，探究氨基酸形成蛋白质的过程 1.2.1提出问题 教师介绍我国科学家合成世界上第一个具有活性的蛋白质——牛胰岛素的科研成就及其重要意义，并基于此段科学史，提出问题：为什么要人工合成结晶牛胰岛素？ 学生思考，回答：胰岛素是由胰岛B细胞分泌的，能够降低血糖的一种激素，本质是一种蛋白质，一般糖尿病人注射使用。在课本33页左下角，由于胰岛素在牛，羊等动物体内含量很少，人类不能从动物体内大量提取胰岛素，因此，人们梦想着有一天用人工方法合成胰岛素。 教师补充：是的，天然胰岛素价格昂贵，除此之外，在当时，想要人工合成蛋白质，摆在中国科学家面前的其实只有一个选择，那就是胰岛素。因为胰岛素是当时唯一一个氨基酸序列已知的蛋白质。1955年，英国科学家桑格测定其氨基酸序列，并于1958年获得诺贝尔化学奖。 1.2.2 作出假设 科学家筹集合成牛胰岛素的氨基酸——氨基酸的结构 教师展示资料：任何一种蛋白质都具有特定的结构，胰岛素的一级结构，共有17种、51个氨基酸，连成 A、B链，再由二硫键连接起来。介绍二硫键形成过程，组成胰岛素的氨基酸中有一种半胱氨酸，其R基为巯基，两个巯基各脱去一分子氢，就可以形成一个二硫键。明确了胰岛素的一级结构，科学家作出了大胆的假设，可以人工合成胰岛素。 1.2.3 设计方案 教师提问：如果你是当时科学团队中的一员，你会如何设计实验方案？ 任务1：学生结合上节课所学知识，提出多种方案后，教师引导学生找寻各种合成思路的共同点:即1.获得合成牛胰岛素的氨基酸→2.将氨基酸按照一定序列结合合成胰岛素的A链和B链→3.将胰岛素的A链和B链组合形成蛋白质→4.检测合成的牛胰岛素是否具有天然牛胰岛素的活性。此方案与之前从教材第33页科学史梳理的逻辑高度一致，教师应对学生提出的“分别合成A、B链，最后将两条链用二硫键连接的方式”表示赞赏，因为这种方式就是我国科学家当年采用的合成思路。按照实验方案，第一步就是获得氨基酸，教师播放视频，展示在特殊年代背景下人工合成胰岛素的艰辛，科学家最后决定自己生产氨基酸的艰难科研之路，让学生体会中国科学家不怕困难，自立自强的民族精神。 任务2：合成肽链——模型构建，教师随即布置活动任务，要求学生运用身边的材料，构建胰岛素A链和B链的物理模型，可从科学性、直观性两个方面对演示过程做出评价。 学生提供的部分方案如下： 在合成了肽链之后，学生需要进行胰岛素合成非常关键的一步，即形成空间结构，教师设置疑问：合成好的A链和B链会保持直线吗？有没有生物活性？学生结合上节课所学知识，复习蛋白质一级结构到四级结构知识，没有空间结构就没有生物活性。教师用利用教具进行演示，通过多种方式使抽象问题具象化，帮助学生理解蛋白质空间结构的多样性。 任务3：组装A链和B链。教师布置活动任务: 在简化的胰岛素平面结构示意图中，尽可能多地画出二硫键连接的可能性。要求: 1.连接发生于两个黑色的半胱氨酸之间 2.同一氨基酸不能重复相连。学生通过简单枚举法演绎教师布置的任务，亲身体会科研的复杂性。随后教师展示科学家的结果，并讲述突破科研瓶颈时的科学史料，让学生在直观数据的再一次冲击下，再次感受我国科学家研究成果的伟大。 1.2.4实施方案 人工合成的牛胰岛素的初次活体实验——蛋白质的结构与功能的关系 教师创设情境，引导学生思考：科学家首次满心欢喜地把组装好的A链和B链注射到小鼠体内，期待 着小鼠发生痉挛反应，却失败了。哪里出了问题？你会从哪些方面寻找原因？学生分析：可能 A、B 链的氨基酸种类不对；可能氨基酸数目和排序有了问题； 二硫键的连接方式出了问题。教师总结：这些原因都与蛋白质的结构有关。那为什么结构不对，功能就会受到影响呢？据此，引导学生总结出：结构与功能密切相关，有什么样的结构就有什么样的功能与之相适应。 设计意图：教师结合科学家在合成过程中遇到的挫折，引发学生对蛋白质结构与功能关系的思考，培养学生演绎与推理的能力，让学生感悟出蛋白质的结构与功能的关系。 1.2.5 得出结论：人工合成的牛胰岛素的再次活体实验。 教师播放视频：重新合成并组装了A、B链后，科学家进行了再一次的小鼠实验。结晶牛胰岛素被科学家小心翼翼地从冰箱里拿出来，注射到小鼠体内，小鼠因剧烈的痉挛反应“跳”了起来，科学家也跟着激动地“跳”了起来。教师借助科学史料落实了教育立德树人的根本 任务：人工合成牛胰岛素是在急需向世界证明中国实力的特殊年代背景下立项的，而学术界当时认为这是尚不可能做到的事情。青年科学家怀揣满腔热血投入研究，敢为人先，期盼通过成功合成牛胰岛素引起全世界的关注，证明中国人“有志气，有能力”，由此激发学生为国家争取荣誉的社会责任感。 1.3 课堂小结 跟着科学家的足迹，按照科学探究的一般思路，对本节课进行小结回顾。 1.4 课后探索—关注国内外胰岛素的研究进展——提升对科研的兴趣。 1.多肽链是如何盘曲折叠形成具有空间结构的蛋白质？ 2.牛胰岛素和人胰岛素的氨基酸序列及空间结构有什么区别？ 学科网（北京）股份有限公司 $