教学设计 蛋白质工程的崛起

.4■■■■■■■■课型：新授课教学目标知识目标1、举例说出蛋白质工程崛起的缘由。能力目标2、简述蛋白质工程的原理。情感态度和价值观目标3、尝试运用逆向思维分析和解决问题。重点1、为什么要开展蛋白质工程的研究？2、蛋白质工程的原理。难点蛋白质工程的原理。知识点1、蛋白质工程崛起的缘由2、蛋白质工程的基本原理3、蛋白质工程的基本途径考试点1、蛋白质工程崛起的缘由2、蛋白质工程的原理能力点简述蛋白质工程的原理探究点酶工程与蛋白质工程的区别易错易混点蛋白质工程的基本途径与中心法则的关系教法与学法讲述与学生练习、讨论相结合教学流程教师活动学生活动设计意图目标导学：出示教学目标并解读，明确考纲要求明确本节课目标及考纲要求使学生明确本节课目标引言：要想让一种生物的性状在另一种生物中表达，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1菌为人类生产出了胰岛素，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教教至新课一开始，学生根据教师的引导回忆原有知识：基因工程的原理调动学生从书用具体的实例，激发学生学

止匕，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。中找实例（干扰习探究的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素例子、工业用兴趣中形成的，它的结构、性能不能完全满足人类生产和生活的需要。酶的例子）加以举例：P26干扰素例子、工业用酶的例子左证。教师讲述：于是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至」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。创设问题情境，【设问】对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分子学生讨论回答进行操作，还是通过对基因的操作来实现？所提出的问题回顾已学习过中心法则及蛋白质具有复杂的空间结构等知识。中回顾学习过的心法则告诉我们遗传信息的流动方向如图所示：中法则的内容制（基因卢至.mH册某女腐^生出具有空能够简述蛋白质工程的原理间箝构的单臼面--表达生物将有的功能或性状教师总结：那么，既然蛋白质的功能是由DNA决定的，那么要对本概念从三制造出新的蛋白质，就要改造DNA。所以蛋白质工程的原理应个方面进行理该是中心法则的逆推。（结合课本中插图）解：蛋白质工程【小结】的基础、改造对蛋白质工程的概念：象和产物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，通过基因修饰和基因合成，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。蛋白质工程的流程：掌握蛋白质工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程的流程的氨基酸序列找到相对应的核糖核苷酸序列（RNA）找到相对应的脱氧核糖核苷酸序列（DNA），如图：加强与已有知识的完成讨论题学生互相之间联系，用逆向思维的方法解决新问题学习完蛋白质工程流程后，回答正文中的讨论题:讨论，得出答案某多肽链的一段氨基酸序列是：丙氨酸色氨酸赖氨酸甲硫氨酸苯丙氨酸讨论:（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。（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（DNA）？教师总结:（1）每种氨基酸都有对应的三联密码子，只要查一下遗传密码子表，就可以将上述氨基酸序列的编码序列查出来。但是由于上学生思考回答培养学生自主学习的能力述氨基酸序列中有几个氨基酸是由多个三联密码子编码，因此其碱基排列组合起来就比较复杂，至少可以排列出16种，可以让学生根据学过的排列组合知识自己排列一下。首先应该根据三联密码子推出mRNA序列为GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C），再根据碱基互补配对规律推出脱氧核苷酸序列ij：CGA（或G或T或C）ACCTTT（或C）TACAAA（或G）。（2）确定目的基因的碱基序列后，就可以根据人类的需要改造它，通过人工合成的方法或从基因库中获取。【设问】1、蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程有什么不同?2、蛋白质工程与基因工程有哪些区别和联系？其实质分别是什么？问题，明确蛋白质工程和基因工程的区别教师总结：1、（1）基因工程是遵循中心法则，从DNANA蛋白质折迭产生功能，基本上是生产出自然界已有的蛋白质。（2）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。2、列表比较学生：目前成功的例子：科学家通过对胰岛素的改造，以使其成为速效型药品主要是因为蛋白质发挥其功能需要依赖于正确的空间结构，而科学家目前对大多数蛋白质的空间结构了解很少。学生有兴趣的，可以搜集这方采用自学、合作、教师引导，师生总结的学习策略项目蛋白质工程基因工程区别操作方法基因的改造、合成基因剪切、拼接、导入结果获得自然界未有的蛋白质所得到的蛋白质是自然界存在的实质通过改造基因、定向改造蛋白质基因在不同生物体内表达联系操作对象基因操作流程蛋白质工程获得目的基因后，需要进行基因工程的操作来获得预期蛋白质【归纳总结】（1）蛋白质工程中，改造蛋白质是通过对基因的改造来实现的，这样的改造可以穿，能向后代细胞中传递这种改变。（2）改造基因时，需对基因进行修饰或合成基因，因此，需要用到基因工程中的有关酶，如限制酶，DNA连接酶等。（3）改造后的基因需要表达出相应的蛋白质，可将改造或合成的基因导入受体细胞中进行表达，导入时仍需要进行基因表达载体的构建。可见，基因工程技术是蛋白质工程技术的基础，因此，蛋白质工程也叫第二代基因工程。

讲述：蛋白质工程的进展和前景1、蛋白质工程的诞生是有其理论与技术条件的，它是随着分子生物学、晶体学以及计算机技术的发展而诞生的，与基因组学、蛋白质组学、生物信息学的发展等因素有关2、蛋白质工程取得的进展向人们展示出诱人的前景，但目前成功的例子不多，原因是什么？【思考与探究】你知道酶工程吗？绝大多数酶都是蛋白质，酶工程与蛋白质工程有什么区别？提示：酶工程就是指将酶所具有的生物催化作用，借助工程学的手段，应用于生产、生活、医疗诊断和环境保护等方面的一门科学技术。概括地说，酶工程是由酶制剂的生产和应用两方面组成的。酶工程的应用主要集中于食品工业、轻工业以及医药工业中。a-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和葡萄糖异构酶这三个酶连续作用于淀粉，就可以代替蔗糖生产出高果糖浆；蛋白酶用于皮革脱毛胶以及洗涤剂工业；固定化酶还可以治疗先天性缺酶病或是器官缺损引起的某些功能的衰竭等。至于我们日常生活中所见到的加酶洗衣粉、嫩肉粉等，就更是酶工程最直接的体现了。通常所说的酶工程是用工程菌生产酶制剂，而没有经过由酶的功能来设计酶的分子结构，然后由酶的分子结构来确定相应基因的碱基序列等步骤。因此，酶工程的重点在于对已存酶的合理充分利用，而蛋白质工程的重点则在于对已存在的蛋白质分子的改造。当然，随着面的数据了解生命科学中的几个前沿研究领域小结本节课内容，形成知识体系定时独立完成后，教师公布答案。同位互批、互助，最后提出同位没有解决的问题。有其它同学或教师解答增强学生学习生物学的兴趣形成知识体系对所学知识的理解，同时培养学生的答题速度和规范。针对不同层次的学生提出明确的完成

蛋白质工程的发展，其成果也会应用到酶工程中，使酶工程成为蛋白质工程的一部分附：当前生命科学中的几个前沿研究领域基因组学基因组学是阐明各种生物基因组DNA中碱基对的排列顺序，破译相关的遗传信息的学科。目前除人类基因组的测序工作已完成外，水稻基因组、拟南芥基因组、鸡基因组等也已完成，这些工作的相继完成为揭示生命奥秘提供了基本的数据。功能基因组学基因组测序工作的完成只是为人类从基因水平认识生命本质，提供了基本的数据。功能基因组学就是要揭示每个基因在生命活动中的具体功能，为勾画整个生命蓝图，充分利用基因数据打下基础。发现新的功能基因和新的基因功能的确定，从而获得知识产权，已成为当前生命领域世界各国竞相争夺的制高点。结构基因组学结构基因组学是继人类基因组计划之后又一个大的科学热点，是在生物的整体水平测定出全部蛋白质分子的三维结构，以及蛋白质之间、蛋白质与核酸之间、蛋白质与多糖之间、蛋白质和核酸以及多糖之间的精细三维结构，获得这些蛋白质在整个生命活动中的三维结构全息图，即单个蛋白质的三维结构，以及蛋白质与其它生物大分子结合后的复合体的三维结构状态与生命活动的关系，从而在生命整体水平上理解生命的原理。结构基因组学的研究进展，将对人类疾病机理的阐明、疾病的防治有重要意义。蛋白质组学蛋白质组学是独立于基因组学发展的一门新兴的前沿学科。它是研究一个完整的生物体（或细胞等）所表达的所有蛋白质的特征，包括蛋白质的表达水平，翻译后的修饰，蛋白质之间的相互作用等，从蛋白质水平上全面认识生物体的生理活动和病理过程。生物信息学生物信息学是综合运用生物学、信息学、数学目标

以及计算机科学等诸多学科的理论和方法，处理和分析大规模复杂的生物信息的交叉学科。从浩瀚的生物信息数据中找出某些规律和共同点，从而揭示生命的奥秘和利用对人类有用的生物信息。小结本节内容组织语：同学们对基础知识的掌握已经非常熟练，能否利用所学的知识解决问题？请同学们通过做下面的达标检测来检查下本节课的学习请况。【达标拓展】达标检测针对本课时的教学目标，进行课堂达标检测，当堂反馈结果，对学生的课堂