3.4蛋白质工程的原理和应用教学设计2025-2026学年高二下学期生物人教版选择性必修3

课题

第3章 第4节 蛋白质工程的原理和应用

时间

教材分析

学情分析

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。

教学内容及流程

学习任务

教学过程

备注

新课导入

【教师讲述】回顾基因工程的概念：基因工程是指按照人们的愿望，通过体外重组 DNA等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基因工程是在 DNA 分子水平上进行设计和施工的，因此又叫做转基因技术。

让学生通过回顾学过的知识来学习新的知识。

蛋白质工程崛起的缘由

【教师讲述】基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，这些天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它们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。例如，干扰素是动物体内的一种蛋白质，可以用于治疗病毒的感染和癌症，但在体外保存相当困难。如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，那么在 - 70℃的条件下，可以保存半年。

【教师讲述】蛋白质是由基因编码的，改造了基因可以间接改造蛋白质。基因可以遗传，蛋白质无法遗传。

让学生认识到进行蛋白质工程研究的必要性。

蛋白质工程的基本原理

【教师讲述】天然蛋白质合成的过程是按照中心法则进行的：基因→表达（转录和翻译）→形成氨基酸序列的多肽链 →形成具有高级结构的蛋白质 →行使生物功能；而蛋白质工程却与之相反，它的基本途径是：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（基因）

让学生根据已有的中心法则的知识，说出天然蛋白质的合成过程，进而逆推出蛋白质工程的基本思路，并根据这个思路，对一段已知氨基酸序列的肽链进行分析，构建起脱氧核苷酸序列。

蛋白质工程的概念

【教师讲述】蛋白质工程：是指以蛋白质分子的结构规律及其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，以满足人类生产和生活的需求。也就是说，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，是包含多学科的综合科技工程领域。

【思考讨论】最早被发现的荧光蛋白是绿色荧光蛋

让学生自主探索有利于培养他们的学习能力和解决问题的能力，在小组讨论的过程中，学生的思路也会更加开阔。

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？

学科交叉：科学家解析绿色荧光蛋白，要制备蛋白质晶体，然后通过 X 射线衍射技术，分析晶体结构；要借助计算机来建立蛋白质的三维结构模型进行辅助设计；要用到基因的定点突变技术来进行碱基的替换。使其编码的蛋白质的第 203 位苏氨酸替换为酪氨酸，从而获得了黄色荧光蛋白。

让学生感悟蛋白质工程的发展离不开多种技术的支持，体会学科交叉对生物学发展的影响。

蛋白质工程的应用

【教师讲述】（一）在医药工业方面的应用

1.研发速效胰岛素类似物

天然蛋白质易形成二聚体，通过定点突变，将 B28 位脯氨酸替换为天冬氨酸或将它与 B29 位的赖氨酸交换位置，降低胰岛素的聚合作用，获得速效胰岛素类似物。

2.延长干扰素体外保存时间

通过定点突变，将干扰素分子上一个半胱氨酸变成丝氨酸，改造后的干扰素在 - 70℃下可以保存半年。

让学生体会蛋白质工程发展对社会发展的积极意义，感受科技探索之路充满挑战。

拓展学生的视野。