蛋白质设计
专业术语
蛋白质设计，专业术语。
教学目标确定
在课程标准的具体内容标准中，与本节内容相对应的条目是“概述蛋白质的结构和功能”。要达成这一目标，讲授过程中 就应该以结构与功能相适应的生物学观点为主线，首先联系初中知识引导学生说出蛋白质有哪些重要功能，再结合教材中蛋白质主要功能示例，进行这一部分的学 习。在了解了蛋白质多种多样的功能后，重点学习蛋白质的结构。首先学习蛋白质的基本组成单位──氨基酸的结构特点，以及由氨基酸形成蛋白质的过程，然后, 组织学生运用刚获取的知识对人工合成蛋白质进行探讨，在探讨过程中理解蛋白质结构多样性的原因，最后再次呼应“结构与功能的适应”的观点，引导学生发现实 例中更深刻的知识，进而回归主题──蛋白质是生命活动的主要承担者。
根据以上对教材编排的理解，将本节知识目标定为:
1.说明氨基酸的结构特点，以及氨基酸的种类。
2.概述蛋白质的结构和功能。
3.理解蛋白质是生命活动的主要承担者。
4. 关注蛋白质研究的新进展 。
本节能力目标为：
1. 尝试建立氨基酸结构通式的球棍模型(模仿水平)。
2. 使用球棍模型演示脱水缩合过程，肽链形成具有空间结构的蛋白质(独立操作水平)。
3. 能够利用多媒体搜集相关信息，学会鉴别、选择、运用和分享信息。
本节情感目标为：
1.体验人工合成牛胰岛素的大致合成过程(感受水平)。
2.认同蛋白质是生命活动的主要承担者。
3.初步形成生物体的结构与功能、局部与整体、多样性与共同性相统一的观点。树立辩证唯物主义自然观，逐步形成科学的世界观。
4.认识生物科学的价值，乐于学习生物科学，初步养成质疑、求实、创新及勇于实践的科学精神和科学态度。
蛋白质设计 - 教学设计思路
由于学生缺乏有关氨基酸和蛋白质的化学知识(特别是对连接各原子间的化学键感到尤为困惑)，细胞的分子组成又是微 观的内容，比较抽象，所以在教学时，应注意联系学生的生活经验，利用模型模拟或图解加强教学的直观性，增加学生对微观内容的感性认识，使学生在主动获取知 识的过程中完成重点、难点知识的学习，锻炼动手能力、提高思维能力，形成相应的观点。
引导回顾初中知识创设问题情境
↓
交流归纳蛋白质的功能
↓
播放一则洗发水广告
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激发思考蛋白质与氨基酸的关系
↓
引入氨基酸及其种类的学习
↓
学生活动:观察四种氨基酸的结构式
↓
讨论、总结氨基酸的结构通式
↓
尝试用球棍模型模拟氨基酸的结构通式
↓
拓展思考氨基酸的结构特点及其他性质
↓
引出氨基酸种类的学习
↓
利用强烈的数据对比，过渡到氨基酸怎样形成蛋白质
↓
学生活动：阅读课文并观察氨基酸脱水缩合示意图
↓
学生活动：小组合作尝试描述
↓
启发引导完成旁栏思考， 并讨论肽链的空间结构
↓
观察氨基酸形成蛋白质的示意图
↓
分析蛋白质的结构层次
↓
介绍人工合成蛋白质的过程
↓
师生共同探讨人工合成牛胰岛素的过程
↓
导出蛋白质的多样性原因
↓
总结、评价回归主题
蛋白质设计 - 教学实施过程
学习阶段
教师组织与引导
学生活动
教学意图
问题导学
主动获取知识
加工信息，主动探究，了解知识的应用价值。
阐明结构与功能的关系，促进理解
系统总结
教师投影一则洗发水的产品介绍。启发思考：在洗发水中都含有哪些成分?为什么氨基酸能有效修复发质？发膜的主要成分是什么？
评价回答，总结蛋白质和氨基酸都是生命活动所必需的生命物质。它们之间存在着什么关系？
氨基酸是组成蛋白质的基本单位。
氨基酸有哪些特点呢？
展示四种氨基酸的结构式（甘氨酸、缬氨酸、丙氨酸、亮氨酸）
引导启发：
教师组织与引导
1.组成氨基酸的基本元素是什么？
2.四种氨基酸在结构上有哪些共同点？又有哪些差别之处？
教师给与必要的补充，注意语言表述的准确性。
3.尝试写出氨基酸分子的结构通式。
教师巡查学生书写情况，启发学生依据书写情况与教材作对比来发现问题，强调结构通式的不同写法。
引导学生通过球棍模型加深对氨基酸结构的理解，特别要形成其空间结构的认识：(通过对蛋白质的空间结构的理解，为下一步的理解肽链的空间结构做铺垫 )
桔红色球：氢原子
黑色球：碳原子
绿色球：氧原子
蓝色球：氮原子
小铁棍：化学键
弹簧棍：碳氧双键
(要求)装配出一个甘氨酸或丙氨酸
深入探讨:
1. 我们插装的甘氨酸的侧链基团是什么?
2. R基的不同如何决定氨基酸种类的不同?尝试用模型变换(课下完成)
3. R基上能不能含有-NH2或-COOH?
课件展示特殊氨基酸
赖氨酸(含-NH2)
天冬氨酸(含-COOH)
启发引导:
生物体中组成蛋白质的氨基酸只有20种，而据估计，生物界的蛋白质种类多达1010～1012种。
氨基酸是怎样形成蛋白质的呢?
根据由部分到整体的认知规律，
先引导:两个相同或不同的氨基酸分子脱水缩合过程
讨论:
1. 氨基酸形成蛋白质的大致过程是怎样的?
2. 两个氨基酸脱水缩合反应生成一个二肽，失去几分子水?
3. 三个氨基酸脱水缩合，失去几分子水?
4. N个氨基酸脱水缩合反应呢?
演示:
氨基酸分子脱水缩合形成两条链的过程
1. 拿一条两头系有不同颜色紧扣的绳子表示一条多肽链
2. 拿剪刀从中间剪开表示肽键的断裂
思考:肽键断裂后需要作出哪些修饰，使其形成两条完整的多肽链?
评价学生回答加以总结教师组织与引导
引导学生观察:
“氨基酸形成蛋白质的示意图”
完成“思考与讨论”
利用课前搜集的有关人工合成蛋白质材料，联系本书的科学家访谈:
1. 如果你是中国人工合成牛胰岛素科研领导小组的成员，你认为首先应做哪些方面的工作以免少走弯路?
2. 设计一个怎样的方案，以期更科学、更合理?(方案要合理)
3.如果人工合成的牛胰岛素没有达到预期的结果，你应该做哪些方面的分析?
评价学生回答，总结出蛋白质结构多样性的四大原因。
引导学生再次思考蛋白质功能实例中如何体现结构与功能的适应这一生物学观点。
讨论:
1.对于蛋白质的功能，你还能作出补充吗?
2.人类研究蛋白质的功能有什么意义?
教师组织与引导。
展示知识概念图。
本节课要理解:氨基酸形成蛋白质的过程，蛋白质的结构和功能多样性的原因。
思考回答：许多蛋白质是构成细胞和生物体结构的重要物质,称为结构蛋白,如羽毛、肌肉、头发的成分主要是蛋白质。
思考回答：C、H、O、N等。
观察对比， 尝试用语言描述。
倾听，并以小组为单位，合作完成。
总结氨基酸在空间结构上的特点。
学生思考回答:
1.甘氨酸的侧链基团是氢基
2.学生初步思考
3.R基上可以含有-NH2或-COOH，进一步理解 “每个氨基酸分子至少都含有一个-NH2和-COOH”
获取信息，主动思考，体会巨大的数字差别蕴含有哪些信息。
观察“氨基酸脱水缩合示意图”，阅读氨基酸脱水缩合过程的文字、图解，以小组为单位，讨论交流，并尝试利用手中的模型模拟此过程。
根据模型作出描述。
思考作答。
总结得出公式:
形成肽键数(脱去的水分子数)=氨基酸分子数-肽链条数。
主动参与交流表达，更深入理解氨基酸形成蛋白质的过程，运用已学知识，解决实际问题。
1. 整合资料信息，能说出几个关键步骤。
2.方案要合乎生物学原理，合成后的牛胰岛素要验证其是否有活性。
3. 合成多肽链时少一个氨基酸分子。
合成多肽链时，氨基酸的连接顺序出现错误。
合成多肽链时，未严格按照规定的17种氨基酸进行合成。
未严格按照其肽链折叠方式进行合成(意思对即可)。
能够深层挖掘，作出相应描述。
回答问题，了解“国际人类蛋白质组计划”的研究进展及成就。
学生能回答出组成蛋白质的基本单位──氨基酸，氨基酸分子的结合方式，蛋白质的结构层次，蛋白质结构多样性的原因，及其与蛋白质功能多样性的关系。
激发学生的学习兴趣，寓教于乐，同时为知识点的切入提供了良好的素材，为讲述氨基酸是组成蛋白质的基本单位做铺垫。
考虑到这里出现的“基本单位”一词，学生接受可能有些许困难，所以采取了直接讲授的方法。
这一环节的教学属于本节的重难点，培养学生处理信息的能力。使其主动感知知识的形成。
由于学生的化学知识有限，通过动手环节会更直观，突破学习难点，进而加深对各学科间相互关系的认识。
激发学生思维，加深对教材的理解，培养学生吃透知识的能力。
通过强烈的数字对比启发学生主动发现问题提出问题，进而解决问题。
在实际动手操作中享受学习的快乐。
利用归纳演绎的方法由易到难，逐步推测氨基酸形成蛋白质的过程。
利用演示方法突破本节课的难点。
体验角色变换的快乐，同时考查学生对已学知识的灵活运用程度。
强调科学发展的过程，渗透科学方法、科学精神的教育。
回归主题，阐明蛋白质是生命活动的主要承担者。
激发学生对科技前沿研究工作的兴趣。
通过总结使学生获得蛋白质是生命活动的主要承担者的基本认识
科学研究
2022年，华盛顿大学医学院生物学家团队设计了一种生成氨基酸序列的新算法，名为ProteinMPNN，运行时间约为1秒，不需要专家定制即可运行。这一蛋白质设计方面的研究成果发表在《科学》杂志上。
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