蛋白质工程的崛起 - 教案

巴东一中高二生物备课组 撰稿人：张海燕

1.4 蛋白质工程的崛起

一、说教材：

《蛋白质工程的崛起》是高中生物选修3专题1的第四节内容，它是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程。其诞生是有其理论与技术条件支撑的，它是随着分子生物学、晶体学以及计算机技术的迅猛发展而诞生的，也与基因组学、蛋白质组学、生物信息学的发展等因素有关（本书“前沿动态”中有简要介绍）。本节内容较少，课程标准的要求也不高，对本节知识的处理要从挖掘教材文字上入手，让学生明白蛋白质工程与基因工程的区别与联系。 二、三位目标：

知识与技能：1、举例说出蛋白质工程崛起的缘由 2、简述蛋白质工程的原理

3、尝试运用逆向思维分析和解决问题。 过程与方法：1、通过实例了解蛋白质工程崛起的缘由

2、利用逆向思维，通过举例的方法来体现蛋白质工程的过程 情感态度与价值观：

通过教学让学生展开思维的翅膀，大胆想象，激发起学生的想象力与创造力，培养学生的吃苦耐劳和坚忍不拔的科研精神。 三、教学重难点

教学重点：1、蛋白质工程崛起的缘由 2、 蛋白质工程的原理 教学难点：蛋白质工程的原理

四、教学方法：诱思法、分析法、归纳法 五、课时安排：1课时

1六、教学策略

第一部分，先以干扰素等例子引导学生分析基因工程的优缺点，再提出假设，如何做才能解决这样的问题，这样就引起了学生的兴趣，去思考解决问题的办法。同时可以提出：对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现呢？第二部分，蛋白质工程的基本原理的教学中要利用好逆向思维，可以通过举例的方法来体现蛋白质工程的过程，即：预期蛋白质功能——预期蛋白质结构——找出氨基酸序列—

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巴东一中高二生物备课组 撰稿人：张海燕

—找出DNA碱基序列。让学生理解，改变蛋白质功能是目的，改变基因结构是手段，手段是为目的服务的。同时，利用好教材图1-29蛋白质工程流程图，让学生理解中心法则在蛋白质工程中的体现。最后一部分，蛋白质工程的进展和前景，教师作简单介绍，学生自学完成。但是教学中要注意引导学生展开思维的翅膀，大胆想象，激发起学生的想象力与创造力，培养学生的吃苦耐劳和坚忍不拔的科研精神。 七、教学过程： [导入]：

提问：如何让一种生物的性状在另一种生物中表达？（生答）

总结：在种内可以用常规杂交育种的办法实现，但要使有生殖隔离的种间生物实现基因交流，就显得力不从心了。基因工程的诞生，为克服这一远缘杂交的障碍问题，带来了新的希望。于是取得了丰硕成果：大肠杆菌为人类生产出了胰岛素、干扰素，牛的乳腺生物反应器为人类制造出了蛋白质类药物，烟草植物体内含有了某种药物蛋白。至此，人们也只是实现了世界上现有基因在转基因生物中的表达。

但一个新问题出现了，生物产生的天然蛋白质是在长期进化过程中形成的，它的结构、性能不能完全满足人类生产和生活的需要。例如：干扰素的保存问题。（学生阅读教材上的两个例子。）

过渡：要解决这些问题，要对现有蛋白质进行改造，制造出目前从天然蛋白质中找不到的蛋白质。这样人们又开始了新一轮的探索，蛋白质工程应运而生了。 [目标达成]：

（一）、蛋白质工程崛起的缘由

结合前面所讲内容，总结蛋白质工程崛起的缘由：基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，这些蛋白质却不一定完全符合人类生产和生活的需要。

教师简要介绍人类蛋白质组计划：人类蛋白质组计划是继人类基因组计划后，生命科学乃至自然科学领域一项重大的科学命题。2001年国际人类蛋白质组组织宣告成立。2003年该组织正式提出启动了两项重大国际合作行动：一项是由中国科学家牵头执行的“人类肝脏蛋白质组计划”；另一项是以美国科学家牵头执行的“人类蛋白质组计划”，由此拉开了蛋白质组计划的帷幕。

过渡：如何对蛋白质进行改造？蛋白质工程是如何进行的呢？ （二）、蛋白质工程的基本原理

学生活动：回顾生物体内蛋白质的合成过程。

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巴东一中高二生物备课组 撰稿人：张海燕

基因 mRNA 形成氨基酸序列的多肽链 盘曲折叠成有一定空间结构的蛋白质 行使生物功能

提问：对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现呢？为什么？

学生讨论，回答：通过对基因的操作来实现，因为基因决定蛋白质的合成。 学生自学课本内容，思考蛋白质工程的原理和方法。 师生总结：

1、原理：中心法则的逆推

2、过程：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 找到相应的脱氧核苷酸序列（基因）

结合教材图1-29，让学生理解中心法则在蛋白质工程中的体现。既然蛋白质的功能是由DNA决定的，那么要制造出新的蛋白质，就要改造DNA，所以蛋白质工程的原理是中心法则的逆推。

学生活动：完成思考讨论1、2。

通过以上的讨论，总结蛋白质工程的概念：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，以满足人类的生产和生活的需求。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。

思考：蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程有什么不同？

生答：基因工程是遵循中心法则，从DNA→mRNA→蛋白质→折叠产生功能，基本上是生产出自然界已有的蛋白质。蛋白质工程是按照以下思路进行的：确定蛋白质的功能→蛋白质应有的高级结构→蛋白质应具备的折叠状态→应有的氨基酸序列→应有的碱基排列，可以创造自然界不存在的蛋白质。

“异想天开”：根据以上蛋白质工程的原理，能不能根据人类需要的蛋白质的结构设计相应的基因，导入适合的细菌中，让细菌生产人类需要的蛋白质食品呢？ （三）、蛋白质工程的进展与前景

学生自主学习，阅读教材后回答“异想天开”问题。

[目标巩固]：教师引导学生思考课后讨论题。课后完成《创新设计》上相应练习。

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