《蛋白质工程的应用》教案
蛋白质工程的应用-苏教版选修3现代生物科技专题教案
蛋白质工程的应用-苏教版选修3 现代生物科技专题教案一、教学目标通过本节课的学习，学生应能够：1.掌握蛋白质工程的基本概念及其应用；2.了解蛋白质工程在生物医药、农业和工业等方面的重要应用；3.培养学生的科学思维和探究精神，提高学生的创新能力和实践能力。
二、教学重点1.蛋白质工程的基本概念及其应用；2.蛋白质工程在生物医药、农业和工业等方面的应用案例；3.能够分析并评价蛋白质工程在不同领域中的应用价值。
三、教学难点1.理解蛋白质工程的技术原理及其在生物医药、农业和工业等领域中的应用；2.熟悉蛋白质工程在不同领域中的应用案例；3.能够分析并评价蛋白质工程在不同领域中的应用价值。
四、教学内容1. 蛋白质工程的基本概念蛋白质工程是一项涉及分子生物学、生物化学、化学以及工程学等多学科交叉的技术。
主要目的是为了改变蛋白质的化学和物理性质，制造出具有特定功能和性质的蛋白质。
蛋白质工程可以通过基因重组技术和化学合成技术来实现。
2. 蛋白质工程在生物医药领域中的应用蛋白质工程在生物医药领域中具有广泛的应用价值。
最常见的应用是制造重组蛋白药物，例如利用蛋白质工程技术，可以制造成熟的人类胰岛素，可用于治疗糖尿病患者。
此外，利用蛋白质工程技术还可以制造单克隆抗体、凝血因子等药物。
3. 蛋白质工程在农业领域中的应用蛋白质工程在农业领域中主要应用于转基因农作物的制造。
利用蛋白质工程技术，我们可以将具有某种有益性状的基因导入到合适的农作物中，使得农作物具有更好的生长和抗病能力。
例如，转基因玉米、大豆等作物在抗虫害、耐旱、耐病性方面都取得了显著的成果。
4. 蛋白质工程在工业领域中的应用蛋白质工程在工业领域中的应用也非常广泛。
例如，利用蛋白质工程技术，可以制造更为高效的酶制剂，例如纤维素酶、葡萄糖酸酐酶等，可广泛应用于造纸、食品加工、医药等领域。
另外，利用蛋白质工程技术，还可以制造高性能合成纤维和塑料。
五、教学方法1.视频讲解法：利用多媒体设备，通过视频讲解的形式向学生讲解蛋白质工程基本概念和在不同领域中的应用案例；2.互动对话法：教师向学生提出一些蛋白质工程相关的问题，引导学生进行讨论，鼓励学生在讨论中积累知识和探究精神；3.案例分析法：以实际蛋白质工程应用案例为基础，引导学生进行分析和评价，提高学生的分析和判断能力。
《蛋白质工程的设计思路与应用》 讲义
《蛋白质工程的设计思路与应用》讲义一、蛋白质工程的概述蛋白质是生命活动的主要承担者，它们在细胞内执行着各种各样的功能，如催化化学反应、运输物质、免疫防御、调节基因表达等。
蛋白质工程则是在深入了解蛋白质结构与功能关系的基础上，通过对蛋白质的基因进行改造，从而有目的地设计和改造蛋白质分子，使其具有更优良的性能或产生新的功能。
蛋白质工程的出现，为解决许多生物学和医学领域的问题提供了有力的手段。
它不仅可以改进现有的蛋白质，还可以创造出自然界中原本不存在的蛋白质，为人类的生产和生活带来了巨大的影响。
二、蛋白质工程的设计思路（一）确定蛋白质的功能需求在设计蛋白质之前，首先要明确所需蛋白质的功能。
这可能是提高某种酶的催化效率，增强抗体的特异性和亲和力，或者是改变蛋白质的稳定性和溶解性等。
只有明确了功能需求，才能有针对性地进行设计。
（二）分析蛋白质的结构蛋白质的结构决定了其功能。
因此，需要对目标蛋白质的三维结构进行详细的分析，包括一级结构（氨基酸序列）、二级结构（如α螺旋、β折叠等）、三级结构（整体的空间构象）以及四级结构（多个亚基的组合）。
通过结构分析，可以了解蛋白质中哪些部位对其功能起关键作用，哪些部位相对不那么重要，从而为后续的改造提供依据。
（三）预测和设计突变位点基于对蛋白质结构和功能的分析，可以预测可能影响蛋白质功能的关键位点，并设计相应的突变。
突变可以是氨基酸的替换、插入或缺失。
在选择突变位点时，要考虑到氨基酸的性质（如亲水性、疏水性、带电性等）以及它们在蛋白质结构中的位置和相互作用。
（四）构建基因文库通过基因工程技术，将设计好的突变基因构建成基因文库。
基因文库中包含了大量不同的突变基因，为筛选出具有理想功能的蛋白质提供了丰富的资源。
（五）筛选和鉴定利用各种筛选方法，从基因文库中筛选出具有所需功能的突变体。
筛选方法可以基于蛋白质的活性测定、结合能力检测、稳定性评估等。
对筛选出的突变体进行进一步的鉴定和分析，确定其结构和功能是否符合预期。
高中三年级上学期生物《蛋白质工程的应用》教学设计
《蛋白质工程的应用》教学设计一、教学目标1.举例说明依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的实例。
二、教学重难点1.教学重点（1）举例说明依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的实例。
2.教学难点（1）举例说明依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的实例。
三、教学过程1、蛋白质工程的概念。
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。
二.蛋白质工程的实例--胰岛素的改造（一）胰岛素的发现及改造历程胰岛素于1921年由加拿大科学家首先发现。
1922年开始用于临床，使过去不治的糖尿病患者得到挽救。
1955年英国F.桑格小组测定了牛胰岛素的全部氨基酸序列，开辟了人类认识蛋白质分子化学结构的道路。
1965年，中国科学家人工合成了具有全部生物活力的结晶牛胰岛素，它是第一个在实验室中用人工方法合成的蛋白质，稍后美国和联邦德国的科学家也完成了类似的工作。
70年代初期，英国和中国的科学家又成功地用X射线衍射方法测定了猪胰岛素的立体结构。
这些工作为深入研究胰岛素分子结构与功能关系奠定了基础。
第一代胰岛素-动物胰岛素1921年弗雷德里克·班丁（Frederick Banting）与约翰·麦克劳德（John Macleod）合作首次成功提取到了胰岛素，不同种族哺乳动物（人、牛、羊、猪等）的胰岛素分子的氨基酸序列和结构稍有差异，其中猪胰岛素与人的最为接近。
动物胰岛素是最早应用于糖尿病治疗的胰岛素注射制剂，一般是猪胰岛素，猪胰岛素与人胰岛素存在1至4个氨基酸的不同，因此容易发生免疫反应，注射部位皮下脂肪萎缩或增生，胰岛素过敏反应，并且由于其免疫原性高，容易反复发生高血糖和低血糖，容易出现胰岛素抵抗。
第二代胰岛素-人胰岛素20世纪80年代，人们通过基因工程表达出高纯度的合成人胰岛素，其结构和人体自身分泌的胰岛素一样。
3.4蛋白质工程的原理和应用(教学设计)-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高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3一、教学内容（一）教材章节本节课的内容来自人教版（2019）选择性必修3的第3.4节《蛋白质工程的原理和应用》。
（二）详细内容1. 蛋白质工程的定义、原理和应用。
2. 蛋白质工程的意义和前景。
3. 蛋白质工程在医学、农业和工业领域的应用实例。
二、教学目标1. 学生能够理解蛋白质工程的定义、原理和应用，能够阐述蛋白质工程的意义和前景。
示例：学生能够通过实例说明蛋白质工程在医学、农业和工业领域的应用，如通过基因工程生产人胰岛素、抗虫棉等。
2. 学生能够分析蛋白质工程对社会、经济和环境的影响，能够提出对蛋白质工程未来发展的看法。
示例：学生能够通过讨论分析蛋白质工程对社会、经济和环境的影响，如基因污染、生物安全等，并提出对蛋白质工程未来发展的看法，如加强监管、伦理道德等。
3. 学生能够运用蛋白质工程的原理和应用解决实际问题，如设计蛋白质药物、改良作物等。
示例：学生能够通过小组合作，运用蛋白质工程的原理和应用解决实际问题，如设计蛋白质药物、改良作物等，并提出自己的设计方案。
三、教学方法1. 讲授法：教师通过讲授，让学生了解蛋白质工程的定义、原理和应用。
2. 案例分析法：教师通过提供实例，让学生分析蛋白质工程在社会、经济和环境方面的影响。
3. 小组合作法：教师通过组织学生进行小组合作，让学生运用蛋白质工程的原理和应用解决实际问题。
四、教学评价1. 学生能够通过课堂提问、小组讨论等方式，展示对蛋白质工程的定义、原理和应用的理解。
2. 学生能够通过实例分析，展示对蛋白质工程在社会、经济和环境方面的影响的分析能力。
3. 学生能够通过小组合作，展示运用蛋白质工程的原理和应用解决实际问题的能力。
三、教学重难点（一）教学重点1. 蛋白质工程的定义和原理蛋白质工程是指通过分子生物学技术对蛋白质进行设计和改造，以满足特定的功能需求。
例如，通过基因工程生产人胰岛素，通过蛋白质工程设计具有特定功能的蛋白质药物等。
学案2：3.4 蛋白质工程的原理和应用
第4节蛋白质工程的原理和应用【学习目标】生命观念：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。
科学思维：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。
【重点难点】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。
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。
【学习过程】蛋白质工程是指以蛋白质分子的___________及其与____________的关系作为基础，通过______或____________，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。
蛋白质工程是在____________的基础上，延伸出来的第二代___________。
【思考】你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什么关系？我国科学家承担了什么任务？一、蛋白质工程崛起的缘由1.基因工程的实质：将一种生物的______转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能产生的____________，进而表现出新的性状。
2.基因工程的局限性：原则上只能生产__________________的蛋白质。
3.天然蛋白质的不足：天然蛋白质是生物在____________过程中形成的，它们的结构和功能符合__________________的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。
如玉米中赖氨酸含量较______，经人工设计改造，可使其叶片和种子中游离赖氨酸的含量分别提高5倍和2倍。
二、蛋白质工程的基本原理1.蛋白质工程的目标：根据人们对蛋白质______的特定需求，对蛋白质的______进行设计改造。
2.蛋白质工程的实质：通过______或____________，来____________现有蛋白质或制造新的蛋白质。
3.天然蛋白质合成的过程：天然蛋白质合成的过程是按照____________进行的。
蛋白质工程教案
因为工业生产中每一步的反应体系中常常会有酸、碱或有机溶剂存在，反应温度较高，在这种条件下，大多数酶会很快变性失活。
一般来说，提高蛋白质的稳定性包括：延长酶的半衰期，提高酶的热稳定性，延长药用蛋白的保存期，抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性丧失等。
任务三：蛋白质工程的原理与应用
“人类肝脏蛋白质组计划”是国际上第一个人类组织／器官的蛋白质组计划，由我国贺福初院士牵头，这是中国科学家第一次领衔的重大国际科研协作计划，它的科学目标是揭示并确认肝脏的蛋白质，为重大肝病预防、诊断、治疗和新药研发的突破提供重要的科学基础。
（10分钟）
【任务分解，化整为零】
任务一：探索蛋白质的功能与应用
教 学 分 析
课题
蛋白质工程
时间
4课时
课型
理论课、新授课
教学资料
多媒体课件、投影仪
授课方式
展示任务；分析任务；
任务分解与完成；评价反馈。
教学方法
任务驱动教学法
以学生为主体的知识建构教学法
教 学 目 标
知识目标：
1、掌握蛋白质和蛋白质工程的概念、功能和应用，了解蛋白质工程的原理。
2、尝试运用逆向思维分析和解决问题。
在天然状态下，酪氨酸-tRNA合成酶分子内第51位苏氨酸残基的羟基能与底物酪氨酰腺嘌呤核苷酸戊糖环上的氧原子形成氢键，这个氢键的存在影响酶分子与另一底物ATP的亲和力。因此，利用定向诱变技术将酶分子第51位苏氨酸残基改变为脯氨酸残基，酶(Pro-51)与ATP的亲和力被增加了近100倍，而且最大反应速度亦大幅度提高。
（2）药物设计：如抗病毒药β-干扰素稳定性的改进。
补充：生物合成人胰岛素
3.4蛋白质工程的原理和应用教学设计高二下学期生物人教版选择性必修3
《蛋白质工程的原理和应用》教学设计
九、教学活动建议
1、从的局限性引出蛋白质工程，以赖脯胰岛素为例，阐述蛋白质工程合成赖脯胰岛素的过程。
2、对赖脯胰岛素的合成过程进行总结，归纳出蛋白质工程的概念、目
标、实质、流程、原理，以及和基因工程的比较。
3、展示蛋白质工程在不同领域中的应用实例，如医药领域、农业领域、工业领域中遇到的困难和解决思路，让学生理解蛋白质工程的优势。
十、教学反思
1、以胰岛素类似物的合成案例较为完整；但其他案例的阐述还不够具体详细。
2、蛋白质工程的局限性如何突破还没有找到更好的解决办法，需要关注科技前沿。
3、课堂给学生自主参与知识体系构建的时间不够。
蛋白质工程的应用实例
胰蛋白酶酶活力的测定
三、试剂和器材
1.材料 新鲜或速冻的猪胰脏 2.仪器 剪刀、镊子；绞肉机；研钵；大玻璃漏斗；布
氏漏斗；抽滤瓶； 显微镜；纱布；恒温水浴锅；紫外分光光度计；
计时器；pH试纸。
胰蛋白酶酶活力的测定
三、试剂和器材
胰蛋白酶（EC3.4.21.4）是丝氨酸蛋白酶类，它 是一条单链肽，由223个氨基酸残基组成，N末 端为异亮氨酸。主要作用于精氨酸或赖氨酸羧 基端的肽键。是特异性最强的蛋白酶，在决定 蛋白质的氨基酸排列中，它成为不可缺少的工 具。
第三节 蛋白质工程的应用实例
一、胰蛋白酶
胰蛋白酶极易自溶，自溶产物经层析分离后， 会得到4个具有胰蛋白酶活性的片段。通过对N 末端残基的分析，表明这些活性产物是由于 Arg117-Val118、Lys145-Ser146及Lys159-Ala160处发生了 断裂而出现的。人们运用了蛋白质工程手段， 对Arg117位自溶点进行了缺失突变，最终得到了 稳定性明显提高的突变株。
第一节 蛋白质工程概述
二、蛋白质概述
（一）蛋白质的组成 组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种其中除甘氨
酸和脯氨酸外，均属于 L-α-氨基酸第一节 蛋白质工程概述
二、蛋白质概述
（二）蛋白质的结构 一级结构 二级结构 三级结构 四级结构
第一节 蛋白质工程概述
二、蛋白质概述
（三）蛋白质结构与功能的关系 1.蛋白质一级结构与功能的关系 (1)相似的结构具有相似的功能 (2)不同结构具有不同的功能 2.蛋白质空间结构与功能的关系 空间结构发生改变，其功能活性也必然会随之
第三节 蛋白质工程的应用实例
四、组织纤维蛋白溶酶原激活因子
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《蛋白质工程的应用》教案
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。
教学重难点
(1)为什么要开展蛋白质工程的研究？
(2)蛋白质工程的原理。
课时数
本节教学建议用1课时。
教学过程
(1)采用“问题—探究—新问题—再探究”的教学模式。
本节内容是基因工程的延伸和发展。
由于蛋白质工程刚刚起步，学习内容较少。
如何学得充实，又让学生悟出些终身学习的道理，建议采用“问题—探究—新问题—再探究”的教学模式。
新课一开始，可以带领学生回忆原有知识：要想让一种生物的性状在另一种生物中表达，在种内可以用常规杂交育种的办法实现，但要使有生殖隔离的种间生物实现基因交流，就显得力不从心了。
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。
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。
(2)建议加强与已有知识的联系，用逆向思维的方法解决新问题。
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。
中心法则告诉我们遗传信息的流动方向如图1-4所示。
遗传信息的流动方向
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。
还有两点教学建议需要说明。
第一，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(本书“前沿动态”中有简要介绍)。
第二，说明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。