高中生物（人教版（2019）选择性必修三 3.4 蛋白质工程的原理和应用 教学设计

第4节蛋白质工程的原理和应用

一、教材分析

(一)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。

(二)教学重点和难点

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。

(三)教学过程

一、创设情境，导入新课

结合教材“从社会中来”栏目中的情境，提出以下问题让学生思考、回答。

1.科学家利用了什么技术让细菌能够发出荧光?

2.绿色荧光蛋白来源于一种发光水母，科学家通过改造绿色荧光蛋白，获得了能发出其他颜色荧光的蛋白，才“画”出了色彩斑斓的图案。科学家如何对天然的绿色荧光蛋白进行改造?

引导学生回顾所学知识，回答出利用基因工程技术使细菌表达了荧光蛋白。

二、蛋白质工程崛起的缘由

对蛋白质分子的设计和改造是通过蛋白质工程来实现的。

阅读教材中介绍的改造玉米中的天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶，以提高玉米赖氨酸含量的实例，以及通过改造干扰素分子延长它的保存时间的实例。

提问学生根据这些资料分析:为什么要进行蛋白质工程的研究? 让学生分析回答，认识到进行蛋白质工程研究的必要性。

三、蛋白质工程的原理

对天然蛋白质分子进行改造，是以蛋白质分子为操作对象，还是基因?为什么?

让学生通过回顾学过的知识来学习新的知识。

以通过研发速效胰岛素类似物的实例来了解蛋白质工程的基本原理。

天然胰岛素制剂往往以二聚体或六聚体的形式存在，需要经历较长时间解离为单体，见效慢。科学研究发现，胰岛素B链第20~29位的氨基酸是胰岛素分子形成多聚体的关键区域，若将第28位的脯氨酸替换为天冬氨酸，可以有效抑制胰岛素的聚合。

阅读资料，分组讨论，认识到可以通过改造胰岛素的特定基因来实现对第28位脯氨酸的替换。

归纳蛋白工程的基本思路，指明该思路是对“中心法则”的逆推，概括蛋白质工程的概念。

补充介绍改造基因的方法，用X射线衍射、核磁共振等技术研究蛋白质结构的方法，以及用计算机建立蛋白质三维结构模型的新进展。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。

四、蛋白质工程的应用

阅读教材，了解蛋白质工程在工业、农业等领域的应用。以及蛋白质工程发展的现状。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。