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2019-2020年高中生物《蛋白質(zhì)工程的崛起》教案6 新人教版選修3 教學(xué)過程 教 學(xué) 內(nèi) 容 教學(xué)手段和方法 預(yù)期目標(biāo) 1、創(chuàng)設(shè)問題 師：根據(jù)前面所學(xué)內(nèi)容，試概括說出 情景，引入新 基因工程解決了哪些生活、生產(chǎn)中難 課――蛋白質(zhì) 以解決的問題。 工程崛起的緣 生：基因工程可以生產(chǎn)人類需要的藥 由 物，如胰島素、干擾素等，我們吃的 聯(lián)系舊知識，使 某些食品如番茄、土豆等農(nóng)業(yè)中 學(xué)生認(rèn)識到基 的抗蟲棉、抗病毒煙草等，上 因工程這一生 述產(chǎn)品有些是常規(guī)方法難以生 物新興工程 產(chǎn)或者生產(chǎn)成本過高 。 技術(shù)價值及 師：基因工程的實質(zhì)是將一種 局限性，激發(fā) 生物的基因轉(zhuǎn)移到另一種生物 學(xué)生的創(chuàng)新 體內(nèi)，使后者產(chǎn)生它本身不能 意識 產(chǎn)生的蛋白質(zhì)，進(jìn)而表現(xiàn)出新 看書P26天然 的性狀。但基因工程，人們也 蛋白質(zhì)的改造 只是實現(xiàn)了世界上現(xiàn)有基因在 實例 轉(zhuǎn)基因生物中的表達(dá)。即基因 工程在原則上只能生產(chǎn)自然界 已存在的蛋白質(zhì)。一個新問題 出現(xiàn)了，生物產(chǎn)生的天然蛋白 質(zhì)是在長期進(jìn)化過程中形成的， 它的結(jié)構(gòu)、性能不能完全滿足 人類生產(chǎn)和生活的需要。我們 該怎么辦？ 生：對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行定向改 造，以滿足人類的生產(chǎn)和生活 需要。 2、學(xué)習(xí)蛋白 師：蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)多樣性是由什 質(zhì)工程的原理么決定的？結(jié)構(gòu)的多樣性雨功能 的多樣性有何關(guān)系。（決定結(jié)構(gòu) 和功能特異的根本原因是什么？ ）基因的脫氧核苷酸的特定排列 順序。 生：蛋白質(zhì)中氨基酸的種類、數(shù) 目、排列順序及多肽鏈的空間結(jié) 構(gòu)不同決定了蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)具 有多樣性，而結(jié)構(gòu)多樣性決定了 功能的多種多樣。 教學(xué)過程 教 學(xué) 內(nèi) 容 教學(xué)手段和方法 預(yù)期目標(biāo) 師：蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)是根據(jù)人 們對蛋白質(zhì)功能的特定需求，對 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計。 師：改造蛋白質(zhì)是要對蛋白質(zhì)的 結(jié)構(gòu)進(jìn)行定向改造。 你認(rèn)為對天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改 造應(yīng)該直接對蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操 作，還是通過對基因的操作來實 學(xué)生回答不全 現(xiàn)？為什么？ 教師點(diǎn)撥 生：改造基因，因為蛋白質(zhì)的合 成受基因控制。 師：任何一種天然蛋白質(zhì)都是由 基因編碼的，改造了基因即對蛋 白質(zhì)進(jìn)行了改造，而且這種改造 可以遺傳下去，另外對基因進(jìn)行 改造比對蛋白質(zhì)直接改造容易操 作，難度要小得多。 師：我們知道：天然蛋白質(zhì)合成 的過程是按照中心法則進(jìn)行的： 圖解為：基因 表達(dá)（轉(zhuǎn)錄 和翻譯） 形成氨基酸序列的 多肽鏈 形 成具有高級結(jié)構(gòu)的 蛋白質(zhì) 行使生物功能。在基 因水平上實現(xiàn)對蛋白質(zhì)的改造， 運(yùn)用逆向思維 即蛋白質(zhì)工程卻與之相反，出示 的方法解決新 蛋白質(zhì)工程流程圖：預(yù)期蛋白質(zhì) 問題 設(shè)計預(yù)期蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu) 氨基酸序列 基因 思考： 蛋白質(zhì)工程的基礎(chǔ)是什么？關(guān)鍵 技術(shù)是什么？ 師：對大量蛋白質(zhì)分子的精確立 體結(jié)構(gòu)及其復(fù)雜的生物功能的分 析結(jié)果為設(shè)計改造天然蛋白質(zhì)提 供了藍(lán)圖，分子生物學(xué)以定點(diǎn)突 變?yōu)橹行牡幕虿僮骷夹g(shù)是對蛋 白質(zhì)進(jìn)行定向改造的關(guān)鍵技術(shù)。 例舉：某多肽鏈的一段氨基酸序 列：……-丙氨酸－－色氨酸－－ 賴氨酸－－甲硫氨酸-…… 討論： 教學(xué)過程 教 學(xué) 內(nèi) 容 教學(xué)手段和方法 預(yù)期目標(biāo) 1、 怎樣得出決定這一段肽鏈的脫 圖解mRNA序列 氧核苷酸序列？請把相應(yīng)的堿基 對應(yīng)脫氧核 苷酸序列。 序列寫出來。首先應(yīng)根據(jù)三聯(lián)密 碼子推出mRNA序列，再根據(jù)堿基 互補(bǔ)配對規(guī)律推出脫氧核苷酸序 列。 2、 確定目的基因的堿基序列后， 怎樣才能合成或改造目的基因 （DNA）？ 生：可以根據(jù)人類的需要改造它， 培養(yǎng)學(xué)生遷移 通過人工合成的方法或從基因庫獲 能力 取。 師：從以上分析可知，改造了目的 基因就可以實現(xiàn)對蛋白質(zhì)的定向改 造。 總結(jié)：蛋白質(zhì)工程是以蛋白質(zhì)分子 明確概念點(diǎn)出 的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系 本節(jié)重點(diǎn) 作為基礎(chǔ)，通過基因修飾或基因合 成，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制 造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的 生產(chǎn)和生活的需求。 為什么說蛋白質(zhì)工程是第二代 基因工程？ 它包含多學(xué)科的綜合科技工程 領(lǐng)域。它是隨著分子生物學(xué)、晶體 學(xué)以及計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而誕生的 ，也與基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、生 物信息學(xué)的發(fā)展有著密切關(guān)系。 3蛋白質(zhì) 師：蛋白質(zhì)工程取得的進(jìn)展向人 們展示了誘人的前景。 讓學(xué)生自己 工程的進(jìn) 閱讀歸納 展 1、在生物工程制藥領(lǐng)域、蛋白 教師典例分析 質(zhì)工程有著廣泛的應(yīng)用。例如修 改與胰島素分子間整合作用有關(guān) 的表面殘基使其更容易解離成有 活性的單體分子，從而使這種胰 島素成為速效型藥物。制備生長鼠 －人嵌合抗體減少因機(jī)體高度過敏 而引起的副作用。 2、蛋白質(zhì)工程可通過改造酶的結(jié) 構(gòu)，有目的地提高酶的熱穩(wěn)定性。 3、 生物和材料科學(xué)家正積極探索 將蛋白質(zhì)工程應(yīng)用于微電子方面。 教學(xué)過程 教 學(xué) 內(nèi) 容 教學(xué)手段和方法 預(yù)期目標(biāo) 而引起的副作用。 2、蛋白質(zhì)工程可通過改造酶的結(jié) 構(gòu)，有目的地提高酶的熱穩(wěn)定性。 3.生物和材料科學(xué)家正積極探索 將蛋白質(zhì)工程應(yīng)用于微電子方面。 異想天開 能不能根據(jù)人類需 要的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，設(shè)計相應(yīng)的 學(xué)生討論 基因，導(dǎo)入合適的細(xì)菌中，讓細(xì) 菌生產(chǎn)人類所需要的蛋白質(zhì)食品 呢 師：為什么說蛋白質(zhì)工程是一項 認(rèn)識科學(xué)探索 難度很大的工程？目前要設(shè)計出 之路永無止境 更加符合人類需要的蛋白質(zhì)還需 經(jīng)過艱辛的探索和努力？ 生：主要是蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)非 常復(fù)雜，人類對蛋白質(zhì)的高級結(jié) 構(gòu)和在生物體內(nèi)如何行使功能知 之甚少。很難設(shè)計出一個嶄新而 具有生命功能作用的蛋白質(zhì)，而 且一個嶄新的蛋白質(zhì)會帶來什么 危害也是人們所擔(dān)心的。 當(dāng)堂鞏固：1.蛋白質(zhì)工程操作程序的基本思 解決本課的難 點(diǎn) 路與基因工程有什么不同？ 布置作業(yè)。 1.完成P28 思考與探究1、3 2.網(wǎng)上查閱國際人類蛋白質(zhì)組計 劃的內(nèi)容，講講它與蛋白質(zhì)工程 的關(guān)系。我國科學(xué)家承擔(dān)了什么 任務(wù)。