蛋白质工程的崛起教学设计

《蛋白质工程的崛起》教学设计《蛋白质工程的崛起》教学设计 闫永彩闫永彩 一、一、教学目标的确定教学目标的确定 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,蛋白质工程目前的现状： 成功的例子不 多，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。这样学习，可以使学生认识到科学探索之路的漫 长、艰辛和永无止境。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。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应该是中心法则的逆推。 结合课本中插图，可以较明确地说明这一点。 教学目标：教学目标： 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。 教学重点：教学重点： （1）为什么要开展蛋白质工程的研究？ （2）蛋白质工程的原理。 教学难点：教学难点：蛋白质工程的原理。 教学方法：教学方法：采用“问题—探究—新问题—再探究”的教学模式。 二、教学设计思路二、教学设计思路 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，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。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。 第 1 页 共 6 页 三、教学实施的程序三、教学实施的程序 教学过程教学过程教学内容教学内容 1． 创设情 景，引入 对蛋白质 工程崛起 的学习。 教学手段教学手段预期目标预期目标 联 系 旧 知 识 使 学 生 回 忆 基 因 工 程 的 有 关内容。 引 起 学 生 对 蛋 白 质 工 程 的 感 性认识。 师：根据前面所学内容， 试概括说出基因工程学生讨论 解决了哪些生活、生产中难以解决的问题。 生：基因工程可以生产人类需要的药物， 如胰 岛 素 、 干 扰 素 等 ， 我 们 吃 的 ， 使 某些食品如番茄、土豆等农业中的抗虫棉、 抗 病毒烟草等， 上述产品有些是常规方法难以生 产或者生产成本过高 。赞扬也是教育 的一种方式。 师： 基因工程的实质是将一种生物的基因转移 到另一种生物体内，使后者产生它本身不能 产生的蛋白质，进而表现出新的性状。但基因 工程，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。 即基因工程在原则上只 能生产自然界已存在的蛋白质。一个新问题举例 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。我们该怎么办？ 生：对现有蛋白质进行定向改造， 以满足人类 的生产和生活需要。 第 2 页 共 6 页 2．学习 “蛋白质 工程的崛 起 的 缘 由” 师：大家都知道“人类基因组计划” ，那么你 们知道国际人类蛋白质组计划吗？它与 蛋白质工程有什么关系？ 师：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。 师： 通过上面的学习我们已经大概了解了蛋白 质工程崛起的理由。 生： 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。 师：归纳的很好！我们刚才提到的干扰素在体 外保存相当困难， 如果将其分子上的一个 半胱氨酸变成丝氨酸，那么在—70 度的 条件下可以保存半年。 师：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？ 生：通过对基因的操作来实现， 因为基因决定 蛋白质的合成。 介绍一些比较 前沿的知识。 这部分知识较 新，学生了解的 较少，一教师讲 述为主。 学生归纳 及时鼓励学生。 学生讨论 进 一 步 激 发 学 生 学 习 本 节 内 容的兴趣。 使 学 生 认 识 到 我 国 科 学 技 术 的 迅 猛 发 展。 培 养 学 生 的 归 纳 能 力。 提出问题， 诱导思考， 解决困难。 第 3 页 共 6 页 3．学习 “蛋白质 工程的基 本原理” 师： 下面让我们一起来回忆一下生物体内的蛋 白质合成的过程。 生：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 师： 同学们说的对！ 但蛋白质工程却与之相反， 它的基本途径是什么呢？ 生：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） 师： 下面我们利用蛋白质工程原理来解决课本 27 页讨。论题。 生： —丙氨酸—色氨酸—赖氨酸—甲硫氨酸— 苯丙氨酸— mRNA：GCU(或 C 或 A 或 G)UGGAAA（或 G）AUGUUU（或 C） DNA的一条链： CGA （或G或T或C） ACCTTT （或 C）TACAAA（或 G） 确定了基因的碱基序列后， 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。 师：回答的很好 。通过以上的讨论我们来总学生讨论。 结一下什么是蛋白质工程。 生： 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。 师：基于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？ 第 4 页 共 6 页 让 文 字 与 插图结合， 使 抽 象 的 文 字 在 直 观 的 插 图 中 得 以 体 现。 培 养 学 生 的 逆 向 思 维能力 在 解 决 问 题 中 加 强 对 基 础 知 识 的 深 层 次理解。 解 决 本 节 课的难点 培 养 学 生 的 归 纳 能 力。 培 养 学 生 的 创 新 思 维能力。 4．学习 “蛋白质 工程的进 展 和 前 景” 师：蛋白质工程取得的进展向人 们展示了诱人的前景。 1、在生物工程制药领域、蛋白质工程有着广 泛的应用。 例如修改与胰岛素分子间整合作用 有关的表面残基使其更容易解离成有活性的 单体分子，从而使这种胰岛素成为速效型药 物。 制备生长鼠－人嵌合抗体减少因机体高度 过敏而引起的副作用。 2、蛋白质工程可通过改造酶的结构，有目的 地提高酶的热稳定性。 3.生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工 程应用于