生物選修人教版 1.4 蛋白質(zhì)工程的崛起(教學(xué)設(shè)計(jì))

1、蛋白質(zhì)工程的崛起教學(xué)設(shè)計(jì)一般說(shuō)來(lái)，“教師”概念之形成經(jīng)歷了十分漫長(zhǎng)的歷史。楊士勛（唐初學(xué)者，四門(mén)博士）春秋谷梁傳疏曰：“師者教人以不及，故謂師為師資也”。這兒的“師資”，其實(shí)就是先秦而后歷代對(duì)教師的別稱(chēng)之一。韓非子也有云：“今有不才之子師長(zhǎng)教之弗為變”其“師長(zhǎng)”當(dāng)然也指教師。這兒的“師資”和“師長(zhǎng)”可稱(chēng)為“教師”概念的雛形，但仍說(shuō)不上是名副其實(shí)的“教師”，因?yàn)椤敖處煛北仨氁忻鞔_的傳授知識(shí)的對(duì)象和本身明確的職責(zé)。 一、教學(xué)目標(biāo)的確定蛋白質(zhì)工程的誕生是有其理論與技術(shù)條件支撐的，正如課本中開(kāi)頭描述的，它是隨著分子生物學(xué)、晶體學(xué)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(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

2、發(fā)展等因素有關(guān)（本書(shū)前沿動(dòng)態(tài)中有簡(jiǎn)要介紹）。蛋白質(zhì)工程目前的現(xiàn)狀：成功的例子不多，主要是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)發(fā)揮其功能需要依賴于正確的空間結(jié)構(gòu)，而科學(xué)家目前對(duì)大多數(shù)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)了解很少。這樣學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生認(rèn)識(shí)到科學(xué)探索之路的漫長(zhǎng)、艱辛和永無(wú)止境。學(xué)生在必修課中已學(xué)習(xí)過(guò)中心法則及蛋白質(zhì)具有復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)等知識(shí)。這是學(xué)習(xí)新知識(shí)的基礎(chǔ)。既然蛋白質(zhì)的功能是由DNA決定的，那么要制造出新的蛋白質(zhì)，就要改造DNA。所以蛋白質(zhì)工程的原理應(yīng)該是中心法則的逆推。結(jié)合課本中插圖，可以較明確地說(shuō)明這一點(diǎn)。教學(xué)目標(biāo)：1.舉例說(shuō)出蛋白質(zhì)工程崛起的緣由。2.簡(jiǎn)述蛋白質(zhì)工程的原理。3.嘗試運(yùn)用逆向思維分析和解決問(wèn)題。教學(xué)重點(diǎn)：

3、（1）為什么要開(kāi)展蛋白質(zhì)工程的研究？（2）蛋白質(zhì)工程的原理。教學(xué)難點(diǎn)：蛋白質(zhì)工程的原理。教學(xué)方法：采用問(wèn)題-探究-新問(wèn)題-再探究的教學(xué)模式?！皫煛敝拍睿篌w是從先秦時(shí)期的“師長(zhǎng)、師傅、先生”而來(lái)。其中“師傅”更早則意指春秋時(shí)國(guó)君的老師。說(shuō)文解字中有注曰：“師教人以道者之稱(chēng)也”?！皫煛敝x，現(xiàn)在泛指從事教育工作或是傳授知識(shí)技術(shù)也或是某方面有特長(zhǎng)值得學(xué)習(xí)者。“老師”的原意并非由“老”而形容“師”?！袄稀痹谂f語(yǔ)義中也是一種尊稱(chēng)，隱喻年長(zhǎng)且學(xué)識(shí)淵博者?！袄稀薄皫煛边B用最初見(jiàn)于史記，有“荀卿最為老師”之說(shuō)法。慢慢“老師”之說(shuō)也不再有年齡的限制，老少皆可適用。只是司馬遷筆下的“老師”當(dāng)然不是今日意義上

4、的“教師”，其只是“老”和“師”的復(fù)合構(gòu)詞，所表達(dá)的含義多指對(duì)知識(shí)淵博者的一種尊稱(chēng)，雖能從其身上學(xué)以“道”，但其不一定是知識(shí)的傳播者。今天看來(lái)，“教師”的必要條件不光是擁有知識(shí)，更重于傳播知識(shí)。 二、教學(xué)設(shè)計(jì)思路新課一開(kāi)始，可以帶領(lǐng)學(xué)生回憶原有知識(shí)：要想讓一種生物的性狀在另一種生物中表達(dá)，在種內(nèi)可以用常規(guī)雜交育種的辦法實(shí)現(xiàn)，但要使有生殖隔離的種間生物實(shí)現(xiàn)基因交流，就顯得力不從心了。基因工程的誕生，為克服這一遠(yuǎn)緣雜交的障礙問(wèn)題，帶來(lái)了新的希望。于是取得了豐碩成果：大腸桿菌為人類(lèi)生產(chǎn)出了胰島素，牛的乳腺生物反應(yīng)器為人類(lèi)制造出了蛋白質(zhì)類(lèi)藥物，煙草植物體內(nèi)含有了某種藥物蛋白至此，人們也只是實(shí)現(xiàn)了世界上

5、現(xiàn)有基因在轉(zhuǎn)基因生物中的表達(dá)。但一個(gè)新問(wèn)題出現(xiàn)了，生物產(chǎn)生的天然蛋白質(zhì)是在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中形成的，它的結(jié)構(gòu)、性能不能完全滿足人類(lèi)生產(chǎn)和生活的需要。為了加深這一點(diǎn)的認(rèn)識(shí)，可調(diào)動(dòng)學(xué)生從書(shū)中找實(shí)例（干擾素例子、工業(yè)用酶的例子）加以佐證。于是要對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，制造出目前從天然蛋白質(zhì)中找不到的蛋白質(zhì)。這樣人們又開(kāi)始了新一輪的探索，蛋白質(zhì)工程應(yīng)運(yùn)而生了。本節(jié)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)操作部分共1課時(shí)，發(fā)酵部分在課下時(shí)間完成。三、教學(xué)實(shí)施的程序教學(xué)過(guò)程教學(xué)內(nèi)容教學(xué)手段預(yù)期目標(biāo)其實(shí),任何一門(mén)學(xué)科都離不開(kāi)死記硬背,關(guān)鍵是記憶有技巧,“死記”之后會(huì)“活用”。不記住那些基礎(chǔ)知識(shí),怎么會(huì)向高層次進(jìn)軍?尤其是語(yǔ)文學(xué)科涉獵的范圍很廣,

6、要真正提高學(xué)生的寫(xiě)作水平,單靠分析文章的寫(xiě)作技巧是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,必須從基礎(chǔ)知識(shí)抓起,每天擠一點(diǎn)時(shí)間讓學(xué)生“死記”名篇佳句、名言警句,以及豐富的詞語(yǔ)、新穎的材料等。這樣,就會(huì)在有限的時(shí)間、空間里給學(xué)生的腦海里注入無(wú)限的內(nèi)容。日積月累,積少成多,從而收到水滴石穿,繩鋸木斷的功效。 1創(chuàng)設(shè)情景，引入對(duì)蛋白質(zhì)工程崛起的學(xué)習(xí)。師：根據(jù)前面所學(xué)內(nèi)容，試概括說(shuō)出基因工程解決了哪些生活、生產(chǎn)中難以解決的問(wèn)題。生：基因工程可以生產(chǎn)人類(lèi)需要的藥物，如胰島素、干擾素等，我們吃的，使某些食品如番茄、土豆等農(nóng)業(yè)中的抗蟲(chóng)棉、抗病毒煙草等，上述產(chǎn)品有些是常規(guī)方法難以生產(chǎn)或者生產(chǎn)成本高?！敖虝?shū)先生”恐怕是市井百姓最為熟悉的一種

7、稱(chēng)呼，從最初的門(mén)館、私塾到晚清的學(xué)堂，“教書(shū)先生”那一行當(dāng)怎么說(shuō)也算是讓國(guó)人景仰甚或敬畏的一種社會(huì)職業(yè)。只是更早的“先生”概念并非源于教書(shū)，最初出現(xiàn)的“先生”一詞也并非有傳授知識(shí)那般的含義。孟子中的“先生何為出此言也？”；論語(yǔ)中的“有酒食，先生饌”；國(guó)策中的“先生坐，何至于此？”等等，均指“先生”為父兄或有學(xué)問(wèn)、有德行的長(zhǎng)輩。其實(shí)國(guó)策中本身就有“先生長(zhǎng)者，有德之稱(chēng)”的說(shuō)法?？梢?jiàn)“先生”之原意非真正的“教師”之意，倒是與當(dāng)今“先生”的稱(chēng)呼更接近?？磥?lái)，“先生”之本源含義在于禮貌和尊稱(chēng)，并非具學(xué)問(wèn)者的專(zhuān)稱(chēng)。稱(chēng)“老師”為“先生”的記載，首見(jiàn)于禮記?曲禮，有“從于先生，不越禮而與人言”，其中之“先生”

8、意為“年長(zhǎng)、資深之傳授知識(shí)者”，與教師、老師之意基本一致。師：基因工程的實(shí)質(zhì)是將一種生物的基因轉(zhuǎn)移到另一種生物體內(nèi)，使后者產(chǎn)生它本身不能產(chǎn)生的蛋白質(zhì)，進(jìn)而表現(xiàn)出新的性狀。但基因工程，人們也只是實(shí)現(xiàn)了世界上現(xiàn)有基因在轉(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(gè)新問(wèn)題出現(xiàn)了，生物產(chǎn)生的天然蛋白質(zhì)是在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中形成的，它的結(jié)構(gòu)、性能不能完全滿足人類(lèi)生產(chǎn)和生活的需要。我們?cè)撛趺崔k？單靠“死”記還不行,還得“活”用,姑且稱(chēng)之為“先死后活”吧。讓學(xué)生把一周看到或聽(tīng)到的新鮮事記下來(lái),摒棄那些假話套話空話,寫(xiě)出自己的真情實(shí)感,篇幅可長(zhǎng)可短,并要求運(yùn)用積累的成語(yǔ)、名言警句等,定期

9、檢查點(diǎn)評(píng),選擇優(yōu)秀篇目在班里朗讀或展出。這樣,即鞏固了所學(xué)的材料,又鍛煉了學(xué)生的寫(xiě)作能力,同時(shí)還培養(yǎng)了學(xué)生的觀察能力、思維能力等等,達(dá)到“一石多鳥(niǎo)”的效果。 生：對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行定向改造，以滿足人類(lèi)的生產(chǎn)和生活需要。學(xué)生討論贊揚(yáng)也是教育的一種方式。舉例聯(lián)系舊知識(shí)使學(xué)生回憶基因工程的有關(guān)內(nèi)容。引起學(xué)生對(duì)蛋白質(zhì)工程的感性認(rèn)識(shí)。2學(xué)習(xí)蛋白質(zhì)工程的崛起的緣由師：大家都知道人類(lèi)基因組計(jì)劃，那么你們知道國(guó)際人類(lèi)蛋白質(zhì)組計(jì)劃嗎？它與蛋白質(zhì)工程有什么關(guān)系？師：人類(lèi)蛋白質(zhì)組計(jì)劃是繼人類(lèi)基因組計(jì)劃后，生命科學(xué)乃至自然科學(xué)領(lǐng)域一項(xiàng)重大的科學(xué)命題。2019年國(guó)際人類(lèi)蛋白質(zhì)組組織宣告成立。2019年該組織正式提出啟動(dòng)了

10、兩項(xiàng)重大國(guó)際合作行動(dòng)：一項(xiàng)是由中國(guó)科學(xué)家牽頭執(zhí)行的人類(lèi)肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃；另一項(xiàng)是以美國(guó)科學(xué)家牽頭執(zhí)行的人類(lèi)蛋白質(zhì)組計(jì)劃，由此拉開(kāi)了蛋白質(zhì)組計(jì)劃的帷幕。師：通過(guò)上面的學(xué)習(xí)我們已經(jīng)大概了解了蛋白質(zhì)工程崛起的理由。生：基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)卻不一定完全符合人類(lèi)生產(chǎn)和生活的需要。師：歸納的很好！我們剛才提到的干擾素在體外保存相當(dāng)困難，如果將其分子上的一個(gè)半胱氨酸變成絲氨酸，那么在-70度的條件下可以保存半年。師：對(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，你認(rèn)為應(yīng)該直接對(duì)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作，還是通過(guò)對(duì)基因的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)？生：通過(guò)對(duì)基因的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榛驔Q定蛋白質(zhì)的合成。介紹一些比較前沿的

11、知識(shí)。這部分知識(shí)較新，學(xué)生了解的較少，一教師講述為主。學(xué)生歸納及時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生。學(xué)生討論進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容的興趣。使學(xué)生認(rèn)識(shí)到我國(guó)科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展。培養(yǎng)學(xué)生的歸納能力提出問(wèn)題，誘導(dǎo)思考，解決困難。3學(xué)習(xí)蛋白質(zhì)工程的基本原理師：下面讓我們一起來(lái)回憶一下生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)合成的過(guò)程。生：基因mRNA形成氨基酸序列的多肽鏈盤(pán)曲折疊成有一定空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)行使生物功能師：同學(xué)們說(shuō)的對(duì)！但蛋白質(zhì)工程卻與之相反，它的基本途徑是什么呢？生：從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列找到相應(yīng)的脫氧核苷酸序列（基因）師：下面我們利用蛋白質(zhì)工程原理來(lái)解決課本27頁(yè)討。論題。生：-丙氨酸-色

12、氨酸-賴氨酸-甲硫氨酸-苯丙氨酸-mRNA：GCU(或C或A或G)UGGAAA（或G）AUGUUU（或C）DNA的一條鏈：CGA（或G或T或C）ACCTTT（或C）TACAAA（或G）確定了基因的堿基序列后，就可以根據(jù)人類(lèi)的需要改造它，通過(guò)人工合成的方法或從基因庫(kù)中獲取。師：回答的很好。通過(guò)以上的討論我們來(lái)總結(jié)一下什么是蛋白質(zhì)工程。生：蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過(guò)基因修飾或基因合成，對(duì)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(lèi)的生產(chǎn)和生活的需求。師：基于以上蛋白質(zhì)工程的原理，能不能根據(jù)人類(lèi)需要的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相應(yīng)的基因，導(dǎo)入適合的細(xì)菌中，讓

13、細(xì)菌生產(chǎn)人類(lèi)需要的蛋白質(zhì)食品呢？學(xué)生討論。讓文字與插圖結(jié)合，使抽象的文字在直觀的插圖中得以體現(xiàn)。培養(yǎng)學(xué)生的逆向思維能力在解決問(wèn)題中加強(qiáng)對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的深層次理解。解決本節(jié)課的難點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的歸納能力。培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。4學(xué)習(xí)蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展和前景師：蛋白質(zhì)工程取得的進(jìn)展向人們展示了誘人的前景。1、在生物工程制藥領(lǐng)域、蛋白質(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(zhǎng)鼠人嵌合抗體減少因機(jī)體高度過(guò)敏而引起的副作用。2、蛋白質(zhì)工程可通過(guò)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

14、蛋白質(zhì)工程應(yīng)用于微電子方面。異想天開(kāi)能不能根據(jù)人類(lèi)需要的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的基因，導(dǎo)入合適的細(xì)菌中，讓細(xì)菌生產(chǎn)人類(lèi)所需要的蛋白質(zhì)食品呢？師：為什么說(shuō)蛋白質(zhì)工程是一項(xiàng)認(rèn)識(shí)科學(xué)探索難度很大的工程？目前要設(shè)計(jì)出之路永無(wú)止境更加符合人類(lèi)需要的蛋白質(zhì)還需經(jīng)過(guò)艱辛的探索和努力？生：主要是蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，人類(lèi)對(duì)蛋白質(zhì)的高級(jí)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(jì)出一個(gè)嶄新而具有生命功能作用的蛋白質(zhì)，而且一個(gè)嶄新的蛋白質(zhì)會(huì)帶來(lái)什么危害也是人們所擔(dān)心的。讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到科學(xué)探究之路的漫長(zhǎng)、艱辛和永無(wú)止境。當(dāng)堂鞏固1.蛋白質(zhì)工程操作程序的基本思路與基因工程有什么不同？解決本課的難點(diǎn)5作業(yè)完成思考與探究課內(nèi)與課外結(jié)合。四、教學(xué)反思積極思維思辯是最能鍛煉學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、思維能力和合作學(xué)習(xí)的能力。通過(guò)蛋白質(zhì)工程崛起一課的開(kāi)展，使學(xué)生學(xué)習(xí)到了在課堂教學(xué)中所不能學(xué)到的東西，同時(shí)也是對(duì)學(xué)生能力的一個(gè)檢測(cè)。教師在教學(xué)過(guò)程中，指導(dǎo)學(xué)生加強(qiáng)與已有知識(shí)的聯(lián)系，用逆向思維的方法解決新問(wèn)題，把課堂的大部分時(shí)間還給學(xué)生，讓學(xué)生通過(guò)學(xué)生自己閱讀、觀察、討論來(lái)構(gòu)建，自主構(gòu)建出自己所思所想。如，對(duì)于如何將基