2026届高三生物二轮复习课件学案教案蛋白互作：解码生命的“对话”密码

课题：蛋白互作：解码生命的“对话”密码 课型：二轮微专题复习课 授课时间：2026年5月15日 【内容分析】 本专题内容是《分子与细胞》及《基因工程》相关知识的综合复习，聚焦于蛋白质相互作用的研究技术及其在生命科学中的应用。蛋白质是生命活动的主要承担者，其相互作用构成了信号转导、基因表达调控、细胞功能执行等生命过程的基础。本专题围绕酵母双杂交、免疫共沉淀、双分子荧光互补等核心技术，结合最新的人工智能预测工具AlphaFold4，帮助学生系统掌握蛋白互作研究的基本原理、实验设计和结果分析。通过真实情境的引入，提升学生的科学思维和综合分析能力，为其应对高考中新型情境信息题打下坚实基础。 【学情分析】 学生已完成一轮复习，具备较为扎实的分子生物学基础和实验设计能力，对基因表达、蛋白结构、信号转导等内容有一定理解。但面对多技术整合、实验逻辑复杂的题目时，部分学生仍存在信息提取不全面、逻辑推理不清、实验结论与证据对应关系混乱等问题。本节课通过三种主流蛋白互作技术的对比分析，结合典型例题和变式训练，帮助学生厘清技术原理、实验流程和结果判读逻辑，提升其科学探究与信息处理能力。 【教学目标】 1.通过分析酵母双杂交、免疫共沉淀、双分子荧光互补三种技术的原理与应用，理解蛋白互作在生命活动中的重要作用。 2.学会从实验设计、图表中提取关键信息，能够判断蛋白是否互作、分析假阳性成因、推测缺失序列功能等，提升实验分析与逻辑推理能力。 3.通过变式训练和例题讲解，培养科学探究、批判性思维和合作交流能力，形成严谨的科学态度。 4.了解研究蛋白互作基本原理以及人工智能在蛋白互作预测中的应用，激发学生对前沿科技的兴趣，树立科技报国的责任意识。 【教学重点】 1.三种蛋白互作检测技术的原理、流程与结果判读。 2.实验情境下的信息提取与逻辑推理能力训练。 【教学难点】 1.分析资料和信息，理解各信息间逻辑关系，解决新情境问题。 2.实验情境下的信息提取与逻辑推理能力训练。 【教学过程】 课堂环节 教师活动 学生活动 设计意图 课堂导入 展示图片，细胞中两个蛋白质如何“对话”？科学家如何“看到”它们的互动？ 思考，理解生命之所以复杂多样，蛋白质之间的精妙互动非常关键。 创设情境、导入新课。 突破1 酵母双杂交技术 引导学生完成例1和变式训练1。 引导学生思考：（1）双杂交系统中往往需要通过基因编辑技术或定点突变技术改变酵母菌原有BD或AD的特定氨基酸残基，推测其目的是？（2）BD-X、AD-Y融合基因转染酵母细胞后表达出BD-X、AD-Y融合蛋白，X、Y不存在相互作用，却出现报告基因表达的“假阳性”现象，原因可能是？（3）基于酵母双杂交技术原理，如何通过分析真实情景下的实验结果，判断蛋白间是否发生蛋白互作。 独立思考，完成例题和变式训练，回答问题。 培养实验情境下的信息提取与逻辑推理能力。 突破2 免疫共沉淀技术 引导学生完成例2和变式训练2。 引导学生根据免疫共沉淀技术原理，构建 模型，分析判断C蛋白与D蛋白是否有相互作用。 引导学生思考：变式训练中药物如何通过影响蛋白互作治疗疾病？如何判断蛋白相互作用部位？ 完成例题和变式训练。小组讨论，回答问题。 培养实验情境下的信息提取与逻辑推理能力。 突破3　双分子荧光互补技术 介绍双分子荧光互补技术原理。 引导学生完成例3。 引导学生思考：如何运用双分子荧光互补技术原理分析NRT响应ABA的信号转导机制。 完成例题，学生上台讲解分析过程。 培养学生的语言表达能力，以及实验情境下的信息提取与逻辑推理能力。 拓展延伸 视频介绍AlphaFold4：一个能够预测蛋白质、DNA、RNA等各种生物分子的结构和相互作用的人工智能模型。 观看、聆听、思考。 激励学生。 【板书设计】 ( 蛋白互作：解码生命的 “ 对话 ” 密码 突破1： 酵母双杂交技术 突破2 ： 免疫共沉淀技术 突破3 ： 双分子荧光互补技术 ) 3 学科网（北京）股份有限公司 $ 引言：生命的协奏曲     在生物学的宏伟乐章中，蛋白质以其多样的功能与精准的互动，谱写着生命的“分子协奏曲”。它们既是细胞化学反应的催化者，又是复杂生命结构的构建者。然而，生命之所以复杂多样，关键在于蛋白质之间的精妙互动——它们组成了一个由分子机器驱动的网络系统，掌控着DNA复制、RNA转录、蛋白质折叠等核心生命活动。     这些互动不仅决定了生命的正常运行，也与疾病的发生息息相关。 胰岛素受体信号转导 蛋白质以其多样的功能与精准的互动，谱写着生命的“分子协奏曲” 🌟为什么研究蛋白互作的情境在生物试题中出现频率那么高？ 在高中生物课本中，我们学习了蛋白质是生命活动的主要承担者。蛋白质承担着信息传递、运输、催化等各种功能。  既然干活的几乎都是蛋白质，那就意味着几乎任何一项功能都离不开蛋白质间的相互作用。 例如胰岛素调节血糖，作为蛋白质的胰岛素需要与同样作为蛋白质的受体  结合，后者接受到信号后，再通过胞内信号传导激活相关酶（蛋白质）的  活性或者调控基因表达。 因此，绝大多数蛋白质需要与其他蛋白质“握手言和”，形成复杂的合作网络，才能完成信号传递、物质运输、基因调控等关键任务。这种蛋白质之间的“握手”，科学上称为蛋白质-蛋白质相互作用（Protein-Protein Interactions, PPIs）。 突破1　酵母双杂交技术 例题1 酵母菌的转录激活因子GAL4含有两个不同的结构域：DNA结合结构域(BD)和DNA转录激活结构域(AD)，BD和AD分别单独作用并不能激活转录反应，只有当二者在空间上充分接近时，才呈现完整的转录激活因子活性，使下游基因得到转录，可将两个待研究蛋白(蛋白X与蛋白Y)分别与BD、AD连接来探究其是否具有相互作用，如果X与Y不存在相互作用，则下游报告基因不会表达；如果X与Y存在相互作用，则下游报告基因表达。 突破1　酵母双杂交技术  （1）双杂交系统中往往需要通过基因编辑技术或定点突变技术改变酵母菌原有BD或AD的 特定氨基酸残基，推测其目的是？  ①确保阻断原有BD和AD结合途径 ②同时不影响后续实验中对待测蛋白相互作用的检测（若待测蛋白相互作用使其接近后 仍能呈现完整转录激活因子活性） 例题1 酵母菌的转录激活因子GAL4含有两个不同的结构域：DNA结合结构域(BD)和DNA转录激活结构域(AD)，BD和AD分别单独作用并不能激活转录反应，只有当二者在空间上充分接近时，才呈现完整的转录激活因子活性，使下游基因得到转录，可将两个待研究蛋白(蛋白X与蛋白Y)分别与BD、AD连接来探究其是否具有相互作用，如果X与Y不存在相互作用，则下游报告基因不会表达；如果X与Y存在相互作用，则下游报告基因表达。 突破1　酵母双杂交技术 （2）BD-X、AD-Y融合基因转染酵母细胞后表达出BD-X、AD-Y融合蛋白，X、Y不存在相互作用，却出现报告基因表达的“假阳性”现象，原因可能是？ ①融合蛋白直接启动报告基因表达；②BD-X和AD 、BD和AD-Y结合启动报告基因表达；③随机移动靠近；④其他原因合理也可 变式训练1 研究两种蛋白质（如X和Y）能否相互作用常用酵母双杂交技术。BD和AD是构成GALA4转录因子的两个独立结构域，X和Y能相互作用时，BD和AD在空间上才能靠近，形成完整的GAL4转录因子，激活酵母菌报告基因的转录（图甲）。酵母菌中的His3、Trp1、Leu2和Ade2四个基因分别合成组氨酸、色氨酸、亮氨酸、腺嘌呤等生存必需的营养物质。科研人员用酵母双杂交技术探究植物中的WRKY17蛋白能否与MPK3蛋白相互作用。用于实验的酵母菌经过基因改造后不能产生GAL4转录因子，也不能合成上述四种营养物质。BD质粒上携带Trp1基因，AD质粒上携带Leu2基因。将不同类型的质粒导入酵母菌进行双杂交实验，结果如图乙。 突破1　酵母双杂交技术 （1）四组酵母菌均可在只缺少亮氨酸和色氨酸的培养基上生长，说明_____________________________。 BD、AD两种质粒均导入酵母菌并成功表达Trp1和Leu2基因，合成色氨酸和亮氨酸 色氨酸 亮氨酸 色 色 亮 亮 6 变式训练1 研究两种蛋白质（如X和Y）能否相互作用常用酵母双杂交技术。BD和AD是构成GALA4转录因子的两个独立结构域，X和Y能相互作用时，BD和AD在空间上才能靠近，形成完整的GAL4转录因子，激活酵母菌报告基因的转录（图甲）。酵母菌中的His3、Trp1、Leu2和Ade2四个基因分别合成组氨酸、色氨酸、亮氨酸、腺嘌呤等生存必需的营养物质。科研人员用酵母双杂交技术探究植物中的WRKY17蛋白能否与MPK3蛋白相互作用。用于实验的酵母菌经过基因改造后不能产生GAL4转录因子，也不能合成上述四种营养物质。BD质粒上携带Trp1基因，AD质粒上携带Leu2基因。将不同类型的质粒导入酵母菌进行双杂交实验，结果如图乙。 突破1　酵母双杂交技术 （2）该实验的报告基因为____________，结果显示WRKY17与MPK3 ______（填“能”或“不能”）相互作用。 His3和Ade2  能 亮 色 His3和Ade2 Leu2 亮氨酸 Trp1 色氨酸 组氨酸 腺嘌呤 突破2　免疫共沉淀技术 利用特异性抗体捕获靶蛋白及其互作蛋白复合物 例题2 免疫共沉淀技术（CO-IP）是体外研究蛋白质相互作用的一种技术。其原理如图1：A蛋白若能与B蛋白相互作用，被磁珠固定的抗A蛋白的抗体便可以将A蛋白、B蛋白共同沉淀下来。现欲研究水稻中抗虫调节蛋白D与C蛋白有无相互作用，将敲除了C蛋白基因的突变株均分为两组，分别导入含有空质粒（含GFP蛋白基因）、重组质粒（含有GFP蛋白基因与C蛋白基因构成的融合基因）。再利用抗GFP蛋白抗体与磁珠偶联，对两组总蛋白进行免疫共沉淀后进行电泳和抗原—抗体杂交检测，图2为两组植株总蛋白电泳和抗原—抗体杂交结果，图3为两组植株抗GFP蛋白抗体偶联磁珠免疫共沉淀蛋白的电泳和抗原—抗体杂交结果。 突破2　免疫共沉淀技术 最终根据________（“图2”/“图3” ）的________________（ “抗GFP蛋白抗体检测” /“抗D蛋白抗体检测”）结果可以判断C蛋白与D蛋白有相互作用。 图3 抗D蛋白抗体检测 GFP蛋白 GFP-C融合蛋白 D蛋白 D蛋白 GFP蛋白 GFP-C融合蛋白 D蛋白 1.检测总蛋白的目的是：确保免疫共沉淀前的样品中有靶蛋白A和待测蛋白B 2.若想进一步验证该相互作用，可用_____抗体与新磁珠偶联再次进行实验. 9 变式训练2 某种类型的白血病由蛋白P引发，蛋白UBC可使P被蛋白酶识别并降解，药物A可通过影响这一过程对该病起到治疗作用。为探索药物A治疗该病的机理，需构建重组载体以获得融合蛋白FLAG－P和FLAG－P△。P△是缺失特定氨基酸序列的P，FLAG是一种短肽，连接在P或P△的氨基端，使融合蛋白能与含有FLAG抗体的介质结合，但不影响P或P△的功能。将FLAG－P、FLAG－P△、药物A和UBC按照图乙中的组合方式分成5组。各组样品混匀后分别流经含FLAG抗体的介质，分离出与介质结合的物质并用UBC抗体检测，检测结果如图丙所示。已知FLAG－P和FLAG－P△不能降解UBC。 突破2　免疫共沉淀技术 流经含FLAG抗体的介质， 分离出与介质结合物质 UBC抗体检测: 有条带即为含有UBA 无 FLAG-P + UBC FLAG-P + UBC FLAG-P△ FLAG-P△ 变式训练2 某种类型的白血病由蛋白P引发，蛋白UBC可使P被蛋白酶识别并降解，药物A可通过影响这一过程对该病起到治疗作用。为探索药物A治疗该病的机理，需构建重组载体以获得融合蛋白FLAG－P和FLAG－P△。P△是缺失特定氨基酸序列的P，FLAG是一种短肽，连接在P或P△的氨基端，使融合蛋白能与含有FLAG抗体的介质结合，但不影响P或P△的功能。将FLAG－P、FLAG－P△、药物A和UBC按照图乙中的组合方式分成5组。各组样品混匀后分别流经含FLAG抗体的介质，分离出与介质结合的物质并用UBC抗体检测，检测结果如图丙所示。已知FLAG－P和FLAG－P△不能降解UBC。 突破2　免疫共沉淀技术 （1）由②④组或③⑤组的差异推测，P△中缺失的特定序列的作用是______________________。 （2）由①②③组结果的差异推测，根据结果推测，药物A治疗该病的机理是______________________________________________________。 参与P与UBC的结合 药物A通过增强P与UBC结合，促进P被蛋白酶识别并降解 突破3　双分子荧光互补技术 将一个完整的报告蛋白（如荧光素酶LUC、绿色荧光蛋白GFP）拆分为不具有活性的两半：N端（nLUC/nL）和C端（cLUC/cL）。正常情况下，两个片段散落在细胞内，无法靠近，不产生荧光。 如果我们想探究蛋白X和蛋白Y是否存在相互作用，只需要分别将蛋白X的基因与荧光蛋白C端的基因片段构建成融合基因，将蛋白Y的基因与荧光蛋白N端的基因片段构建融合基因，然后将两个融合基因构建的表达载体导入同一个细胞中进行表达，最后检测是否有荧光就能判断蛋白X和蛋白Y是否存在相互作用。 突破3　双分子荧光互补技术 突破3　双分子荧光互补技术 例题3 自然环境中植物会同时面临多种压力，脱落酸（ABA）是植物适应非生物胁迫最重要的调节因子。质膜上的转运蛋白NRT是感知ABA的受体，为进一步探究NRT响应ABA的信号转导机制，进行如下实验。用不同浓度ABA处理携带SPX-nLUC和cLUC-NRT的叶片，结果如图。 NLP是ABA信号转导中一个重要的转录因子（调控相关基因表达），未受ABA刺激时NLP因与SPX蛋白结合而不发挥作用。构建NLP-GFP（GFP为绿色荧光蛋白）转基因水稻，用100nM ABA处理后，检测到绿色荧光信号由细胞质向细胞核集中。根据以上实验结果推测NRT响应ABA的信号转导机制________。 说明ABA促进了SPX与NRT的结合。 说明SPX与NRT可相互结合（作用）。 ABA与受体NRT结合后，可与SPX形成复合物，从而释放被SPX结合的转录因子NLP，NLP入核，调控相关基因表达。 AlphaFold4：一个能够预测蛋白质、DNA、RNA等各种生物分子的结构和相互作用的人工智能模型。AF4使得在计算机中模拟细胞内的关键过程（如药物阻断、信号传导、基因调控）成为了可能，为药物研发和合成生物学打开了新的大门。 （生命观念升华）有同学认为：“既然AlphaFold能预测互作，干嘛还要做实验？” 请从科学实证的角度反驳这一观点。 【教师结语】 蛋白质的互作就像细胞的“社交网络”——每个蛋白通过“握手”传递信息、执行功能。今天的三种技术，分别是“电话筛选”、“事后确认”和“现场直播”。而AI则成了我们的“先知先觉”。但在科学的世界里，任何预测的终点，永远是下一场实验的开始。希望同学们在今后的复习和未来的研究中，既能善用工具，更会实证求真。 $ 蛋白互作：解码生命的“对话”密码 （学案） 突破1　酵母双杂交技术 例1 酵母菌的转录激活因子GAL4含有两个不同的结构域：DNA结合结构域(BD)和DNA转录激活结构域(AD)，BD和AD分别单独作用并不能激活转录反应，只有当二者在空间上充分接近时，才呈现完整的转录激活因子活性，使下游基因得到转录，可将两个待研究蛋白(蛋白X与蛋白Y)分别与BD、AD连接来探究其是否具有相互作用，如果X与Y不存在相互作用，则下游报告基因不会表达；如果X与Y存在相互作用，则下游报告基因表达。 （1）双杂交系统中往往需要通过基因编辑技术或定点突变技术改变酵母菌原有BD或AD的特定氨基酸残基，推测其目的是？ （2）BD-X、AD-Y融合基因转染酵母细胞后表达出BD-X、AD-Y融合蛋白，X、Y不存在相互作用，却出现报告基因表达的“假阳性”现象，原因可能是？ 变式训练1 研究两种蛋白质（如X和Y）能否相互作用常用酵母双杂交技术。BD和AD是构成GALA4转录因子的两个独立结构域，X和Y能相互作用时，BD和AD在空间上才能靠近，形成完整的GAL4转录因子，激活酵母菌报告基因的转录（图甲）。酵母菌中的His3、Trp1、Leu2和Ade2四个基因分别合成组氨酸、色氨酸、亮氨酸、腺嘌呤等生存必需的营养物质。科研人员用酵母双杂交技术探究植物中的WRKY17蛋白能否与MPK3蛋白相互作用。用于实验的酵母菌经过基因改造后不能产生GAL4转录因子，也不能合成上述四种营养物质。BD质粒上携带Trp1基因，AD质粒上携带Leu2基因。将不同类型的质粒导入酵母菌进行双杂交实验，结果如图乙。 （1）四组酵母菌均可在只缺少亮氨酸和色氨酸的培养基上生长，说明_____________________________。 （2）该实验的报告基因为____________，结果显示WRKY17与MPK3 ______（填“能”或“不能”）相互作用。 突破2　免疫共沉淀技术 例题2 免疫共沉淀技术（CO-IP）是体外研究蛋白质相互作用的一种技术。其原理如图1：A蛋白若能与B蛋白相互作用，被磁珠固定的抗A蛋白的抗体便可以将A蛋白、B蛋白共同沉淀下来。现欲研究水稻中抗虫调节蛋白D与C蛋白有无相互作用，将敲除了C蛋白基因的突变株均分为两组，分别导入含有空质粒（含GFP蛋白基因）、重组质粒（含有GFP蛋白基因与C蛋白基因构成的融合基因）。再利用抗GFP蛋白抗体与磁珠偶联，对两组总蛋白进行免疫共沉淀后进行电泳和抗原—抗体杂交检测，图2为两组植株总蛋白电泳和抗原—抗体杂交结果，图3为两组植株抗GFP蛋白抗体偶联磁珠免疫共沉淀蛋白的电泳和抗原—抗体杂交结果。 最终根据________（“图2”/“图3” ）的________________（ “抗GFP抗体检测” /“抗D蛋白抗体检测”）结果可以判断C蛋白与D蛋白有相互作用。 变式训练2 某种类型的白血病由蛋白P引发，蛋白UBC可使P被蛋白酶识别并降解，药物A可通过影响这一过程对该病起到治疗作用。为探索药物A治疗该病的机理，需构建重组载体以获得融合蛋白FLAG－P和FLAG－P△。P△是缺失特定氨基酸序列的P，FLAG是一种短肽，连接在P或P△的氨基端，使融合蛋白能与含有FLAG抗体的介质结合，但不影响P或P△的功能。将FLAG－P、FLAG－P△、药物A和UBC按照图乙中的组合方式分成5组。各组样品混匀后分别流经含FLAG抗体的介质，分离出与介质结合的物质并用UBC抗体检测，检测结果如图丙所示。已知FLAG－P和FLAG－P△不能降解UBC。 （1）由②④组或③⑤组的差异推测，P△中缺失的特定序列的作用是_____________________________________。 （2）由①②③组结果的差异推测，根据结果推测，药物A治疗该病的机理是_________________________________。 突破3　双分子荧光互补技术 例题3 自然环境中植物会同时面临多种压力，脱落酸（ABA）是植物适应非生物胁迫最重要的调节因子。质膜上的转运蛋白NRT是感知ABA的受体，为进一步探究NRT响应ABA的信号转导机制，进行如下实验。用不同浓度ABA处理携带SPX-nLUC和cLUC-NRT的叶片，结果如图。 NLP是ABA信号转导中一个重要的转录因子（调控相关基因表达），未受ABA刺激时NLP因与SPX蛋白结合而不发挥作用。构建NLP-GFP（GFP为绿色荧光蛋白）转基因水稻，用100nM ABA处理后，检测到绿色荧光信号由细胞质向细胞核集中。根据以上实验结果推测NRT响应ABA的信号转导机制________________________________。 学科网（北京）股份有限公司 $诺奖得主哈萨比斯一句话把科学圈点燃，未来10年AI有望治愈人类所有疾病。听着像科幻nature刚刚报道谷歌deep mind的最新成果，AI药物设计引擎SODDE被赞为alpha fold 4，已经能彻底颠覆传统医药研发及行业。它有多恐怖？有个叫sera bond的蛋白，科学家们花15年只找到一个药物结合位点，今年好不容易靠实验才发现第二个隐藏位点，结果SODDE只输一串氨基酸序列，几秒钟直接精准复现。实验室要花几年，烧几百万的实验他眨个眼就完成。更夸张的是，最难的新蛋白结结构测试里，它的成功率是alpha 43的2倍多。而且在预测抗体如何识别靶标的准确性上，SODDE比alpha fold 3高出2.3倍，甚至是另一个主流开源模型boss 2的近20倍。不是优化流程，是直接把新药研发速度按了加。 null