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視頻標簽：蛋白質工程
所屬欄目：高中生物優(yōu)質課視頻
視頻課題：人教版高中生物選修三現(xiàn)代生物科技專題專題1.4蛋白質工程的崛起-陜西省 - 西安
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《蛋白質工程的崛起》教學設計與反思
一、教材分析和學情分析
蛋白質工程的誕生是有其理論與技術條件支撐的，正如課本中開頭描述的，它是隨著分子生物學、晶體學以及計算機技術的迅猛發(fā)展而誕生的，與也基因組學、蛋白質組學、生物信息學的發(fā)展等因素有關。蛋白質工程的目前的現(xiàn)狀：成功的例子不多，主要是因為蛋白質發(fā)揮其功能需要依賴于正確的空間結構，而科學家目前對大多數(shù)蛋白質的空間結構了解的還很不夠。這樣學習，可以使學生認識到科學探索之路的漫長、艱辛和永無止境。
學生在必修一的學習中對蛋白質的結構和功能有了一定了解，必修二學習了基因指導蛋白質的合成，初步認識了基因工程，進入選修三又系統(tǒng)的對基因工程進行了學習。在已有的學習基礎上學生很容易理解蛋白質工程崛起的緣由和目的，也很容易理解通過改造指導蛋白質合成的基因就可以實現(xiàn)對蛋白質結構的改變進而實現(xiàn)它的預期功能。本節(jié)課的重點就放在了讓學生參與體驗蛋白質工程的設計和實現(xiàn)過程，一個工程往往起源于一個實際問題，而在解決問題的過程中可能又會不斷的產生新問題，我們對這些問題逐個攻破最終完成一個復雜的工程。
二、 教學目標：
1、通過觀看視頻、教師講授和模擬實驗，了解蛋白質工程崛起的緣由，理解蛋白質的功能是由其結構決定的。
2、利用蛋白質結構決定功能的原理，設計對蛋白質結構改造的方案。
3、結合自己的設計思路，以及學生表演，對蛋白質改造的方案進行討論、評價、修正，歸納蛋白質工程的思路、方法和原理。
4、了解蛋白質結構的查找方法和基因改造的思路和技術。 5、認識到科學發(fā)現(xiàn)往往是一個反復探究和驗證的過程。
三、 教學重難點以及突破方法：
1、理解蛋白質的功能由其結構決定，并利用原理設計蛋白質的改造方案。
播放“蛋白質四級結構”的視頻，并配音講解，讓學生了解蛋白質的的結構包括一節(jié)結構和高級/空間結構（二級、三級、四級結構），再通過教師的分析和講解，認識到蛋白質具有正確的一級結構和空間結構是其能夠正常行使功能的必要條件。
通過教師講解和模擬實驗，理解蛋白質的結構和功能之間的關系是有一定規(guī)律的，我們對這種關系了解的越多，對蛋白質的改造工作才能有的放矢，避免盲目。 2、對蛋白質改造方案進行評價、修正，歸納蛋白質功能的思路、方法和原理。
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首先讓學生設計蛋白質結構的改造方案，然后安排兩個學生表演。表演1：“通過直接改造干擾素的結構使其保存時間延長”，表演2：“新聞事件：學術造假案”。學生對這例關于蛋白質結構改造的“學術造假案”進行評價后，通過思考與討論提出正確的改造思路和方法。
四、教學方法
采用“問題——探究——新問題——再探究——新問題——再探究 ”的教學模式。
五、教學過程
教學 環(huán)節(jié) 教師活動
學生活動 教學意圖
導入
解釋工程和蛋白質工程，說明蛋白質工程崛起的緣由。
簡單介紹這節(jié)課要改造的蛋白質——干擾素。
ppt：傳統(tǒng)生產干擾素的方法和利用轉基因煙草生產人的干擾素。
了解蛋白質工程崛起的緣由。
明確這節(jié)課的主題：以改造干擾素為例學習蛋白質工程。
蛋白質工程的基本原理
轉基因人干擾素解決了干擾素產量低的問題。
新問題：天然干擾素在體外很難保存。
問：蛋白質功能由什么決定？
播放視頻：蛋白質的四級結構。
簡單講解蛋白質的結構規(guī)律及其與功能之間的關系。
問：要對人干擾素進行改造，使其體外保存時間延長，該采取什么方案？
問：要對干擾素的結構進行改造，我們首先就要知道干擾素的結構。
據(jù)了解，目前鄧博士的團隊正在進行干擾素的改造工作，讓我們一起來了解一下。
ppt：展示新聞“長樂坊大學博士身份系偽造，且涉嫌學術造假”。
答：蛋白質功能由結構決定。 觀看視頻。 答：改造干擾素的結構。 一名學生演示利用NCBI和SIWSS-MODEL網站查找干擾素的一級結構和高級結構。 學生表演1：兩名學生扮演“博士”和“助手”。博士負責對干擾素結構進行改造，助手負責對改造后的干擾素的效果進行試驗檢驗。 學生表演2：兩名學生扮演“新聞主播”和“博士”對這則新聞進行討論。
突破難點，理解改造蛋白質是建立在對蛋白質的
結構規(guī)律和功能之間的關系了解的基礎之上，為之后的蛋白質改造工作掃清障礙。 了解查找蛋白質結構的方法。
了解蛋白質改造的思路，明確改造是否成功必須要經過實驗的驗證。
激發(fā)學習興趣。 攻破常見思維誤區(qū)。
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問：這例學術造假案中，干擾素改造的實驗思路是真是假？實施改造的方法和技術是真是假？
問：直接對干擾素的結構進行改造目前存在技術上的障礙，那么該如何實現(xiàn)對干擾素結構的改造呢？
問：怎么改造干擾素基因？如何避免工作的盲目性？
講授基因改造常用的技術手段，并結合實例進行分析。
新問題：成功獲得新的干擾素基因后，如何實現(xiàn)干擾素的大量生產？
ppt展示提示內容，要求學生總結成功改造干擾素的流程。
總結蛋白質工程的概念。
問：蛋白質工程和基因工程的本質區(qū)別是什么？
學生評價。
答：改造干擾素基因的結構實現(xiàn)對干擾素的改造。
同桌討論，說出實現(xiàn)干擾素改造的方案。
思考后回答。 小組活動：根據(jù)老師的提示總結成功改造干擾素的流程，討論后展示小組成果。 在老師的提示下概括出蛋白質工程的概念。 思考后回答。 引發(fā)深入思考。
引導學生客觀評價新聞事件。
明確實現(xiàn)蛋白質改造的途徑。
突破難點，應用蛋白質功能與結構的關系，解決蛋白質改造中的觀點問題。
了解基因改造常用方法是基因修飾和基因合成。
明確蛋白質結構改造
成功不等于生產和應用，要投入生產和應用還要解決實際問題。 理清蛋白質工程的整個流程：目的→思路→關鍵操作→進入生產。
高度概括。
明確兩大工程的區(qū)別
和聯(lián)系。 蛋白質工程的
進展、
前景、
問題
介紹蛋白質工程的實例：胰島素的改造歷程。
蛋白質工程存在的問題：人們對許多蛋白質的高級結構的了解還很不夠。
進一步明確蛋白質結構的改造既可以是針對其一級結構的改造，也可以是針對其高級結構的改造，最終實現(xiàn)蛋白質理化和生物學特征改變，生產出更適合人體生理需要的蛋白質。
知道開展蛋白質工程的困難之處。
課堂 練習
1、蛋白質工程中直接需要進行操作的對象是
A．氨基酸結構 B．蛋白質空間結構 C．肽鏈結構 D．基因結構 2、將富含賴氨酸的蛋白質編碼基因導入玉米細胞，可以提高玉米中的賴氨酸含量；更換賴氨酸形成過程中的天冬氨酸激酶和二氫吡啶二羧酸合成酶的個別氨基酸，使兩種酶的活性提高，也可以提高玉米中的賴氨酸含量。以上兩種技術分別屬于 A.基因工程、基因工程 B.蛋白質工程、蛋白質工程 C.基因工程、蛋白質工程 D.蛋白質工程、基因工程 3、判斷正誤
（1）基因工程需對基因進行分子水平操作，蛋白質工程不需對基因進行操作（ ） （2）基因工程是分子水平操作，蛋白質工程是細胞水平（或性狀水平）操作（ ）
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（3）蛋白質工程能定向改造蛋白質分子的結構，產生自然界中不曾存在的新型蛋白質分子（ ） （4）蛋白質工程是在分子水平上對蛋白質分子直接進行操作，定向改變分子的結構（ ） （5）蛋白質工程的操作起點是從預期的蛋白質功能出發(fā)，設計出相應的基因，并借助基因工程實現(xiàn)（ ）
課后 作業(yè)
1、梳理基因工程和蛋白質工程的區(qū)別與聯(lián)系。 2、查閱“蛋白質組計劃”，了解這項工作的主要內容和進展。 3、梳理蛋白質工程成功的案例及原理。
說明：作業(yè)1每個同學都要完成。作業(yè)2和3以小組為單位，二者選一完成，小組匯總后形成可展示成果。
板書
1.4 蛋白質工程的崛起
一、崛起原因： 二、基本原理
操作核心 基因修飾 基因合成 前提：了解蛋白質結構規(guī)律 及其與功能的關系
目的：改造蛋白質結構，實現(xiàn)
蛋白質預期功能
三、進展、前景、問題
六、教學反思
（一）教學目標的達成
從課堂組織和學生表現(xiàn)情況來看，教學目標的達成是令人滿意的。學生通過聽講、觀看視屏、觀看學生表演、設計實驗方案、討論和評價實驗方案，最后修正實驗方案，并歸納整理蛋白質功能的基本原理和實現(xiàn)途徑。
整個課堂學生全體參與，學生活動充分，學生學習情緒高漲、興趣濃厚，學生在不斷解決新問題的思維活動中領悟了科學家的科學思維和方法，同時邏輯思維的嚴密性和語言表達能力也得以訓練。 （二）成功之處
1、采用“問題——探究——新問題——再探究——新問題——再探究 ”的教學模式，教學環(huán)節(jié)層層遞進，思路清晰。重點和難點通過巧妙的設計來突破，課堂教學很好的實施和完成了教學設計和預定目標。
2、學生表演是這節(jié)課的亮點之一，目標是突破重難點——蛋白質結構改造的思路。
設計蛋白質改造方案。 表演1：一個存在技術問題的蛋白質改造實驗。 表演2：新聞事件——評論“學術造假案”。 修正蛋白質改造方案。
在這一連串有趣的活動中，學生明確了蛋白質改造的一般途徑。參與表演的學生準備充分、語言清晰、表演到位。
蛋白質工程
（新）基因 ↑↓
（新）mRNA
↑↓ （新）蛋白質 細 胞
基因工程
視頻來源：優(yōu)質課網 www.jjlqy.cn
