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1.4 蛋白质工程的崛起
设计思路
新课一开始，可以带领学生回忆原有知识如蛋白质的生理功能，蛋白质的合成过程，基因与蛋白质的关系，在此基础上引导学生回顾基因工程操作步骤及成果：如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，人们实现了让一种生物的基因在另一种生物的表达，从而达到定向改造生物性状的目的。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。为了加深这一点的认识，可调动学生从书中找实例（干扰素例子、工业用酶的例子）加以佐证。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。
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。
学情分析
重点难点
1、教学重点：
（1）开展蛋白质工程的缘由。
（2）蛋白质工程的原理。
2、教学难点： ?
蛋白质工程的原理。
5教学过程
【导入】蛋白质的合成和基因工程的实质
1．创设情景，引入对蛋白质工程崛起的学习。
师：什么是蛋白质？蛋白质有何作用？蛋白质是由什么控制的？
生：蛋白质是生命活动的承担者和体现者，蛋白质是由基因决定的。
师：基因通过指导蛋白质的合成来控制性状，因此科学家通过将一种生物的基因在另一种生物中表达，从而达到定向改造生物性状的目的。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高。
???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。
【讲授】蛋白质工程的崛起的缘由
2．学习"蛋白质工程的崛起的缘由"
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。
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？实例：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。我们该如何改造？
生：通过对基因的操作来实现，因为基因决定蛋白质的合成。
师：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。因此通过对控制蛋白质的基因进行改造就可以合成符合人类生产和生活的需要的蛋白质。
学生讨论 进一步激发学生学习本节内容的兴趣，培养学生的归纳能力。
【活动】蛋白质工程的基本原理
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：基因通过表达形成具有一定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？
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。解决本节课的重点和难点。
【讲授】蛋白质工程的进展和前景
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。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。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。
【活动】异想天开
5、异想天开
能不能根据人类需要的蛋白质的结构，设计相应的基因，导入合适的细菌中，让细菌生产人类所需要的蛋白质食品呢？
师：为什么说蛋白质工程是一项认识科学探索难度很大的工程？目前要设计出之路永无止境更加符合人类需要的蛋白质还需经过艰辛的探索和努力？
生：主要是蛋白质的高级结构非常复杂，人类对蛋白质的高级结构和在生物体内如何行使功能知之甚少。很难设计出一个崭新而具有生命功能作用的蛋白质，而且一个崭新的蛋白质会带来什么危害也是人们所担心的。
学生认识到科学探究之路的漫长、艰辛和永无止境。
【】蛋白质工程与基因工程不同点。
6、当堂巩固
蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程有什么不同？解决本课的难点
精选练习题培养学生解决实际问题的能力。

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