3.4蛋白质工程的原理和应用（教案）-2022-2023学年高二生物学人教版（2019）选择性必修三

人教版（2019）选择性必修三 生物技术与工程 第3章 基因工程
第4节 蛋白质工程的原理和应用 教学设计
一、教学目标的确定
蛋白质工程的诞生是有其理论与技术条件支撑的，正如课本中开头描述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。学生在必修课中已学习过中心法则及蛋白质具有复杂的空间结构等知识，这是学习新知识的基础。本节的教学目标为：
1.举例说出蛋白质工程崛起的缘由。
2理解蛋白质工程的原理。
3.了解蛋白质工程的应用。
二、教学重难点
1、教学重点
理解蛋白质工程的原理。
2、教学难点
理解蛋白质工程的原理。
三、教学设计思路
教师通过让学生自主学习的方法，让学生初步了解本节课每部分的知识，再通过教师的讲授，让学生对本节课的内容有了更加深刻的理解。结合课件图片，更加形象的让学生理解记忆。
四、教学步骤
1、新课导入
教师课件展示含荧光蛋白基因的动物的图片，进而展示用发出不同颜色荧光的细菌“画”的美妙图案。教师解释这些不同颜色的荧光蛋白是科学家在绿色荧光蛋白的基础上进行改造出来的。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？学生思考讨论，教师引导给出答案：蛋白质工程。
2、新课讲授
教师首先对蛋白质工程的概念进行讲解。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。它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。
一、蛋白质工程崛起的缘由
教师让学生阅读教材第93页第三段内容，学生分组讨论蛋白质工程崛起的缘由。
教师首先对基因工程的实质进行解释。其次引导学生给出蛋白质工程崛起的缘由：
（1）基因工程的不足：基因工程原则上只能生产自然界中已存在时蛋自质。
（2）天然蛋白质的不足：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。
其次，通过对改造玉米中赖氨酸含量比的例子的讲述，更加充分的说明蛋白质工程崛起的缘由。
二、蛋白质工程的基本原理
教师让学生阅读教材第94页第2、3段内容，总结蛋白质工程的目标、手段和基本思路。
学生通过阅读总结，对蛋白质工程的基本原理进行了初步的理解。其次，教师再进行更加深入的解释。
蛋白质工程的目标：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。
蛋白质工程的手段：通过基因改造或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质。
教师结合课件图片，对蛋白质工程的基本思路进行着重的讲解。
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）→形成具有特定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。
蛋白质工程的基本思路是：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。
三、蛋白质工程的应用
教师让学生阅读教材第95页相关内容，总结蛋白质工程的应用有哪些。
教师引导学生总结知识点，并结合课本和课件对这些应用进行讲解。
蛋白质工程的应用：研发速效胰岛素类似物、提高干扰素的保存期、改造抗体、改造酶（工业、农业）。
通过对本节内容的学习，学生对蛋白质工程的知识有了一定的了解。教师给出两个问题：
1.为什么蛋白质工程不是直接改造蛋白质而是通过基因改造和基因合成来完成？
2.蛋白质工程的操作程序的基本思路与基因工程有什么不同？
学生分组讨论，回答。教师指导学生给出答案：
1.①任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且改造过的蛋白质可以遗传下去。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造的蛋白质也是无法遗传下去的。
②对基因进行改造比对蛋白质进行直接改造容易操作，难度小得多
2.基因工程操作程序的基本思路遵守中心法则，从DNA→mRNA→多肽→折叠产生蛋白质，基本上是生产出自然界中已有的蛋白质。蛋白质工程是按照相反的思路进行的，确定蛋白质的功能→蛋白质应用的高级结构→蛋白质具备的折叠状态→应有的氨基酸序列→基因中的碱基序列，可以创造自然界不存在的蛋白质。
教师带领学生，对基因工程和蛋白质工程进行列表对比：
学生完成教师课件给出的练习题，教师引导学生给出答案并讲解。
五、板书设计
一、蛋白质工程崛起的缘由
基因工程的不足
天然蛋白质的不足
二、蛋白质工程的基本原理
蛋白质工程的目标
蛋白质工程的手段
蛋白质工程的基本思路
三、蛋白质工程的应用
基因工程和蛋白质工程对比
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