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

该高中生物学教学设计聚焦蛋白质工程的原理和应用，通过荧光蛋白改造案例导入，承接基因工程知识，以“崛起缘由—基本原理—应用价值”为脉络搭建学习支架，帮助学生梳理核心内容。 资料特色在于运用情境导入激发兴趣，对比分析基因工程差异，图解探究逆向设计思路，结合胰岛素、干扰素等案例培养科学思维与探究实践能力，既助学生理解技术原理与应用价值，也为教师提供清晰教学路径和实例支持。

教学课题 第3章第4节 蛋白质工程的原理和应用 课时安排 1 课时 主备人 参备人 教学班级 教学课型 新授课 备课 分备时间 集备时间 课标要求 阐明蛋白质工程原理；区分与基因工程差异；举例说明应用价值。 教材分析 承接基因工程，是基因工程延伸，聚焦蛋白质改造，体现科技应用价值。 学情分析 已掌握基因工程，对蛋白质改造陌生，逆向思维与分子理解较弱。 教学目标 1.说出蛋白质崛起的缘由。 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。 教学方法 情境导入法、对比分析法、图解探究法、案例讲解法 教学准备 PPT课件、荧光蛋白案例、蛋白质工程的基本思路图、对比表 教学思路 实例导入→蛋白质工程崛起的缘由→蛋白质工程的基本原理→蛋白质工程的应用 教 学 过 程 教学环节 教学内容及教师活动 学生活动 设计意图 新课导入 【从社会中来】 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？ 提示：蛋白质工程 观察实例、思考改造途径，激发探究兴趣。 从案例切入，联系基因工程，自然导入新课。 新知探究：蛋白质工程崛起的缘由 【知识讲解】蛋白质工程概述 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，通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求。 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，是涉及多学科的综合科技工程。 随着分子生物学、晶体学以及计算机技术的迅猛发展，蛋白质 工程取得了很大的进展。目前，它已经成为研究蛋白质结构和功能的重要手段，并将广泛应用于农业、医药工业和其他工业生产中。 【知识讲解】蛋白质工程崛起的缘由 基因工程的实质及缺陷： ①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缺陷：基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质 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。 举例： 梳理蛋白质工程的概念，归纳天然蛋白不足，理解技术必要性。 明确蛋白质工程的定位，理解其出现的原因。 新知探究：蛋白质工程的基本原理 【知识讲解】 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，最终还必须通过改造或合成基因来完成。 2.实质*：改造或合成基因（来定向改造现有蛋白质或制造新的蛋白质） 思考：为什么蛋白质工程改造的是基因而不是直接改造蛋白质？ ①蛋白质的高级结构十分复杂，直接改造难度大。 ②蛋白质是由基因编码的，改造了基因可以间接改造蛋白质。 ③基因可以遗传，蛋白质无法遗传。 3.天然蛋白质合成的过程：中心法则 4.基本思路： 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→找到并改变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 【思考.讨论】蛋白质工程基本思路的应用 某多肽链的一段氨基酸序列是： 讨论 1.怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？请把相应的碱基序列写出来。 提示：查密码子表得知：丙氨酸（GCU、GCC、GCA、GCG）、色氨酸（UGG）、赖氨酸（AAA、AAG）、谷氨酸（GAA、GAG）、苯丙氨酸（UUU、UUC）。 mRNA序列为：GCU（或C或A或G）UGG AAA（或G）GAA（或G）UUU（或C） DNA序列为：CGA（或G或T或C）ACC TTT （或C）CTT （或C）AAA（或G） 2.确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因？ 提示：人工合成目的基因或从基因文库中获取目的基因。对基因的改造经常会用到基因定点突变技术来进行碱基的替换、增添等。 【对比】 研读蛋白质工程逆向流程图，小组梳理设计改造步骤，分析改造基因的原因。 理解逆向设计逻辑，突破抽象难点，培养逻辑推理与逆向思维能力。 新知探究：蛋白质工程的应用 【知识讲解】 1.研发速效胰岛素类似物 2.在医药工业方面的应用 延长干扰素体外保存的时间 降低人对小鼠单克隆抗体的免疫反应 科学家将小鼠抗体上结合抗原的区域（即可变区）“嫁接”到人的抗体（即恒定区）上，经过这样改造的抗体诱发免疫反应的强度就会减低很多。 3.在其他工业方面的应用 蛋白质工程被广泛用于改进酶的性能或开发新的工业用酶。 4.在农业方面的应用 科学家正在尝试改造某些参与调控光合作用的酶，以提高植物光合作用的效率，增加粮食的产量。 科学家利用蛋白质工程的思路来设计优良微生物农药，通过改造微生物蛋白质的结构，使它防治病虫害的效果增强。 【结语】 蛋白质工程是一项难度很大的工程，主要是因为蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构，而这种高级结构往往十分复杂。科学家要设计出更加符合人类需要的蛋白质，还需要不断地攻坚克难。我们相信，随着科学技术的深入发展，蛋白质工程将会给人类带来更多的福祉。 结合医药、农业、工业实例，分析蛋白质工程改造目的与优势，交流拓展应用思路。 联系生产生活实际，认识技术应用价值，提升知识迁移与创新思维能力。 巩固新课 小结回顾 梳理：概念、原理、对比、应用 课堂检测 PPT 原题，当堂订正。 作业设计 基础性作业 完成教材课后练习与应用 拓展性作业 查阅1个蛋白质工程的应用案例 板书设计 3.4蛋白质工程的原理和应用 1.概念：改造/合成基因→新蛋白 2.思路：预期功能→设计结构→推测序列→改造基因 3.对比：基因工程与蛋白质工程 4.应用：医药、农业、工业 教学反思 本节课围绕蛋白质工程展开教学，从荧光蛋白实例导入，有效激发学生兴趣。教学中清晰讲解概念、原理及基本思路，通过对比基因工程，帮助学生明确两者差异。结合医药、农业等实例，学生能理解蛋白质工程的应用价值。 课堂讨论积极，多数学生掌握逆向设计思路，但部分学生对氨基酸与基因对应关系理解不够透彻，逆向思维仍需加强。课堂节奏合理，重难点突出，达成教学目标。后续可增加序列推导练习，强化逆向思维训练，提升学生分子层面理解与知识应用能力。 学科网（北京）股份有限公司 $