蛋白质工程课程教学大纲

第三节蛋白质工程●课标要求简述蛋白质工程。

●课标解读1．简述蛋白质工程的概念和原理。

2．说明蛋白质工程和基因工程的区别与联系。

3．举例说明蛋白质工程的应用和发展。

●教学地位蛋白质工程是基因工程的延伸，又称为第二代基因工程，是按照人们的需要，利用基因工程的原理对蛋白质进行改造。

目前蛋白质工程还有许多理论和技术问题等待解决，成功的实例还不多，但发展前景广阔。

在高考中考到的次数还不多，常在考查基因工程的非选择题中有一问涉及蛋白质工程。

●教法指导1．结合过程图，让学生理解蛋白质工程的基本原理。

2．结合具体的应用实例，让学生理解蛋白质工程的应用。

●新课导入建议玉米的营养价值不如小麦，原因是玉米中必需氨基酸赖氨酸的含量比较低。

玉米中赖氨酸含量低的原因是赖氨酸合成过程中的两种关键酶——天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的活性受到赖氨酸浓度的影响较大，当赖氨酸浓度达到一定量时，会抑制两种酶的活性。

所以玉米中赖氨酸的含量很难提高，如果我们将天冬氨酸激酶第352位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶的第104位的天冬酰胺变成异亮氨酸，就可以使玉米种子中的赖氨酸含量提高2倍，那么怎样对这两种酶进行改造呢？这就要依靠蛋白质工程。

●教学流程设计课前自主探究：阅读教材P30～35有关知识，填充【课前自主导学】空白，完成思考交流1、2。

⇒步骤1：课程导入：建议用【新课导入建议】方法导入课题。

⇒步骤2：尝试作答【课前自主导学】部分的【正误判断】，检查自学效果。

⇒步骤3：教师结合教材P30图1－17和教材P31图1－18让学生理解蛋白质工程的原理，通过【课堂互动探究】探究1归纳总结，通过例1强化。

⇓步骤6：诵读【结论语句】，尝试构建最优知识网络图解，互评后参看【本课知识小结】的网络构建。

课下完成【当堂双基达标】。

⇐步骤5：通过教材中的实例让学生认识蛋白质工程的应用，认识蛋白质工程的意义。

⇐步骤4：引导学生讨论蛋白质工程和基因工程的区别与联系，通过【课堂互动探究】探究2的表格进行比较。

《蛋白质工程》教学大纲二、课程目的和任务本课程系统介绍蛋白质工程领域的相关基础知识、主要方法和技术以及该方面的最新进展与具有典型意义的研究实例。

通过学习本课程，使学生掌握蛋白质工程科学的基本原理、基础知识、基本技能，熟悉从事蛋白质科学与工程研究的主要方法和技术，了解蛋白质工程领域的研究方向与最新科技成果，为日后从事蛋白质科学以及相关生命科学领域的科学研究与生产实践打下理论基础。

三、本课程与其它课程的关系本课程与生物化学、细胞生物学、微生物学、有机化学及相关实验课程密切相关，应先修以上课程。

四、教学内容、重点、教学进度、学时分配（一）绪论（2学时）1、主要内容蛋白质的生物学意义；蛋白质化学与蛋白质工程。

2、重点蛋白质的生物学意义；蛋白质工程的基本概念。

3、教学要求了解蛋白质的生物学意义以及蛋白质工程的基本概念、主要内容。

理解并掌握蛋白质工程的主要概念与研究内容。

按照学生对本章节知识点应达到的了解、理解、掌握等层次列出。

（二）蛋白质结构基础（10学时）1、主要内容蛋白质的结构生物学；蛋白质结构的基本组件；蛋白质结构的组织和主要类型；蛋白质空间结构的形成；蛋白质结构与蛋白质工程关系。

2、重点蛋白质结构多样性和复杂性；结构特点与蛋白质功能机理的密切关系。

3、教学要求了解蛋白质结构具有极大的多样性和极高的复杂性，构成蛋白质功能多样性的结构基础，蛋白质结构研究方面的最新科研成果；理解这些结构特点与丰富多彩的蛋白质功能机理的密切关系；掌握蛋白质结构特别是三维结构知识和不同蛋白质分子结构之间存在的共同特征。

（三）蛋白质分子设计（8 学时）1、主要内容蛋白质分子设计的基本原理；蛋白质结构分子设计；全新蛋白质设计。

2、重点蛋白质分子设计的基本概念及主要理论基础。

3、教学要求了解蛋白质设计的主要理论基础与核心内容，以及一些最新的蛋白质分子设计成果与设计特点；理解和掌握蛋白质分子设计的基本概念；以及与蛋白质结构方面的基本关系。

蛋白质工程重点备课讲稿一、名词解释1、蛋白质工程（Protein Engineering）——以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础，通过化学、物理和分子生物学的手段进行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，以满足人类对生产和生活的需求的工程技术。

2、结构模体（supersecondary structure，motif）——介于蛋白质二级结构和三级结构之间的空间结构,指相邻的二级结构单元组合在一起，彼此相互作用，排列形成规则的、在空间结构上能够辨认的二级结构组合体，并充当三级结构的构件（block building），其基本形式有αα、βαβ和βββ等。

3、结构域（domain）——是在二级结构或超二级结构的基础上形成三级结构的局部折叠区，它是相对独立的紧密球状实体。

4、蛋白质的折叠(protein folding)——从体内新生的多肽链或体外变性的多肽链的一维线性氨基酸序列转化为具有特征三维结构的活性蛋白质的过程。

5、分子伴侣（molecular chaperone）——一大类相互之间没有关系的蛋白质，它们具有的共同功能是帮助其他含蛋白质的结构在体内进行非共价的组装和卸装，但不是这些结构在发挥其正常的生物学功能时的永久组成部分。

6、晶胞(Unit cel l)——空间点阵的单位（大小和形状完全相同的平行六面体），是晶体结构的最小单位。

7、核磁共振现象（nuclear magnetic resonance ，NMR）——指核磁矩不为零的核，在外磁场的作用下，核自旋能级发生塞曼分裂(Zeeman splitting)，共振吸收某一特定频率的射频辐射（radio frequency, RF）的物理过程。

8、化学势（位）移（）——在有机化合物中，各种氢核周围的电子云密度不同（结构中不同位置）共振频率有差异，即引起共振吸收峰的位移，这种现象称为化学位移。

9、耦合常数（J）——由于自旋裂分形成的多重峰中相邻2峰间的距离。

《蛋白质工程》课程教学大纲赵艮贵课程名称：蛋白质工程课程类型: 专业基础课总学时：讲课学时：36学分：2适用对象: 生物技术专业先修课程：生物化学，细胞生物学，分子生物学，基因工程一、课程性质、目的和任务蛋白质工程是随着生物化学、分子生物学、结构生物学、晶体学和计算机技术等的迅猛发展而诞生的，也与基因组学、蛋白质组学、生物信息学等的发展密切相关，是融合了蛋白质晶体学、蛋白质动力学、蛋白质化学和计算机辅助设计等多学科而发展起来的新兴研究领域。

由于蛋白质工程学科的边缘性，所以本课程在介绍蛋白质基本内容的同时，兼顾学科发展动向，旨在使学生了解现代蛋白质工程理论的新进展并为相关学科提供知识和技术。

二、教学基本要求通过本课程的学习，使学生掌握蛋白质工程的基本理论、基础知识、主要研究方法和技术以及生物信息学和现代生物技术在蛋白质工程上的应用及典型研究实例，熟悉从事蛋白质工程的重要方法和途径。

努力培养学生具有科学思维方式、启发学生科学思维能力和勇于探索，善于思考、分析问题的能力，激发学生的学习热情，为未来的学习和工作奠定坚实的理论和实践基础。

三、教学内容及要求教学内容教学要求1 绪论：蛋白质工程的物质基础；蛋白质工程的原理；蛋白质工程的程序和操作方法；蛋白质工程的产生与发展；蛋白质工程的应用领域理解掌握蛋白质工程研究内容和蛋白质工程设计的原理2蛋白质结构基础：蛋白质的生物学功能及应用；常见蛋白质氨基酸的结构特征、分类、肽和多肽链；蛋白质的空间结构及维持蛋白质空间构象的作用力；研究蛋白质空间构象的技术和方法；蛋白质氨基酸序列结构及空间结构与功能的关系；蛋白质间的相互作用与特殊结构；参与蛋白质与DNA分子间相互作用的结构域；蛋白质的变性与复性；多肽链的折叠蛋白和酶；蛋白质的去折叠和错误折叠。

要求掌握蛋白质各个结构层次的组成、基本特点和维持结构的作用力、结构与功能的关系。

蛋白质的变性和复性、蛋白质的折叠以及分子伴侣和折叠酶在蛋白质折叠中的作用。

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。

蛋白质工程教学计划一、教学目标本课程的教学目标是通过系统的理论教学和实践操作，使学生掌握蛋白质工程的基本原理、方法和技术，具备独立设计和构建蛋白质工程相关项目的能力，为学生将来从事相关科研和实际应用工作打下坚实基础。

二、教学内容1. 蛋白质结构与功能- 蛋白质的结构、功能和生物学意义- 蛋白质结构的研究方法- 蛋白质与其他生物分子的相互作用2. 蛋白质工程基础- 基因工程与蛋白质工程的关系- 蛋白质表达和纯化技术- 蛋白质修饰和功能改造技术3. 蛋白质设计与构建- 蛋白质结构预测与模拟- 蛋白质工程方法和技术- 蛋白质工程的应用领域4. 实验操作与项目设计- 蛋白质表达系统的构建- 蛋白质纯化和鉴定技术- 蛋白质功能改造和应用研究三、教学方法1. 理论教学采用课堂讲授、案例分析和讨论等多种方法，使学生掌握蛋白质工程的基本理论知识。

2. 实践操作实验室操作是蛋白质工程课程的重要组成部分，通过实验操作，使学生掌握蛋白质表达、纯化和功能改造的基本技术。

3. 项目设计鼓励学生在课程学习的基础上，进行小型的蛋白质工程项目设计，培养学生的科研和实践能力。

四、教学手段1. 教学设备- 实验室设备：包括PCR仪、电泳仪、分光光度计、离心机等。

- 计算机及软件：用于蛋白质结构预测与模拟，以及数据分析和图表制作。

2. 教学资料- 教材：选用蛋白质工程相关的专业教材。

- 课件：制作蛋白质工程相关的PPT课件，便于课堂教学和学生学习。

3. 实验材料- 实验材料：包括蛋白质表达载体、蛋白质纯化试剂盒、蛋白质功能改造试剂等。

五、教学过程1. 开设理论课程本课程会分为多个模块进行理论课教学，包括蛋白质结构与功能、蛋白质工程基础、蛋白质设计与构建等内容。

2. 安排实验操作在理论教学的基础上，安排相关的实验操作课程，包括蛋白质表达和纯化实验、蛋白质功能改造实验等，使学生能够将理论知识应用到实际操作中。

3. 项目设计鼓励学生进行小型的蛋白质工程项目设计，可以是文献综述、实验设计或者理论模拟等，培养学生的科研能力和创新思维。

教案：1.4《蛋白质工程》教案（新人教版选修3）1.4 蛋白质工程的崛起一、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。

二、教学重点和难点1.教学重点（1）为什么要开展蛋白质工程的研究？（2）蛋白质工程的原理。

2.教学难点蛋白质工程的原理。

三、教学策略1.建议采用“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。

图1-4 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。

蛋白质工程教案教案标题：蛋白质工程教学目标：1. 了解蛋白质工程的基本概念和原理2. 掌握蛋白质工程的常见方法和技术3. 理解蛋白质工程在生物医药领域的应用和意义教学内容：1. 蛋白质工程的定义和发展历史2. 蛋白质结构与功能的关系3. 蛋白质工程的常见方法：基因工程、蛋白质设计、蛋白质改造等4. 蛋白质工程在药物研发、生物制药、生物催化等领域的应用教学过程：1. 导入：通过展示蛋白质工程在生物医药领域的成功案例，引起学生对蛋白质工程的兴趣和好奇心2. 理论讲解：介绍蛋白质工程的基本概念、原理和常见方法，引导学生了解蛋白质工程的重要性和应用价值3. 案例分析：结合实际案例，让学生分析蛋白质工程在药物研发、生物制药等领域的具体应用和意义4. 实验操作：设计简单的蛋白质工程实验，让学生亲自操作，体验蛋白质工程的方法和技术5. 讨论交流：组织学生讨论蛋白质工程的前景和挑战，激发学生的创新思维和探索精神教学评估：1. 实验报告：要求学生完成蛋白质工程实验，并撰写实验报告，评价学生对蛋白质工程方法和技术的掌握程度2. 学习成绩：通过课堂测试和作业评定学生对蛋白质工程理论知识的掌握情况3. 讨论表现：评价学生在讨论交流环节中的表现，包括思维深度、逻辑性和表达能力教学资源：1. 教材：提供相关的蛋白质工程教材和参考书籍2. 实验设备：提供蛋白质工程实验所需的实验器材和试剂3. 案例资料：准备蛋白质工程在生物医药领域的成功案例资料，用于案例分析和讨论交流教学反思：在教学过程中，要注重培养学生的实验操作能力和创新意识，引导学生关注蛋白质工程的最新进展和未来发展方向。

同时，要注重理论与实践相结合，让学生在实际操作中深化对蛋白质工程的理解和掌握。

《蛋白质工程》教学大纲Protein Engineering课程编码：27A11714 学分：1.5 课程类别：专业任选课计划学时：24 其中讲课：24 实验或实践：0适用专业：生物技术专业推荐教材：刘贤锡著，《蛋白质工程原理与技术》，山东大学出版社，2002年。

参考书目：汪世华著，《普通高等教育"十一五"规划教材-蛋白质工程》，科学出版社，2008年。

课程的教学目的与任务通过本课程的学习，掌握蛋白质工程的基本理论、基础知识、主要研究方法和技术以及蛋白质工程的应用，熟悉从事蛋白质工程的重要方法和途径。

形成科学的思维方式、培养学生科学思维能力和勇于探索、善于思考、分析问题的能力，激发学生对蛋白质工程的学习热情，为将来的学习和工作奠定坚实的理论和实践基础。

课程的基本要求本课程的教学目的是使学生掌握蛋白质和蛋白质工程的概念，并在此基础上通过对蛋白质分子设计、蛋白质的热力学和动力学、蛋白质的修饰和表达、蛋白质的结构的学习，加深蛋白质的功能和应用的掌握,通过蛋白质组学的学习了解蛋白质工程的原理。

同时兼顾学科发展动向，着重涉及当今蛋白质工程的应用。

旨在使本科生了解现代蛋白质工程理论的新进展并为相关学科提供知识和技术。

各章节授课内容、教学方法及学时分配建议（含课内实验）第一章：绪论建议学时：2 [教学目的与要求] 了解蛋白质工程发展的历史及理论基础、基本研究内容与研究程序，掌握蛋白质结构与功能的关系，了解蛋白质工程的发展方向。

[教学重点与难点] 本部分教学重点也是难点为蛋白质结构与功能的关系。

[授课方法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授课内容]§1.1 蛋白质工程概论蛋白质工程的理论基础蛋白质工程的研究内容蛋白质工程的基本程序§1.2蛋白质工程的应用研究蛋白质结构与功能的关系改变蛋白质的特性生产蛋白质和多肽类活性物质设计合成全新蛋白质§1.3 蛋白质工程展望第二章：蛋白质的结构与功能建议学时：4 [教学目的与要求] 了解蛋白质组成与结构，掌握蛋白质的二级、超二级、结构域、三级、四级结构的概念以及不同空间结构的主要代表结构，并掌握不同的蛋白结构与蛋白质功能的关系，了解蛋白质与蛋白质相互作用及主要实例。

《蛋白质工程》学历案一、学习目标1、理解蛋白质工程的概念和原理。

2、掌握蛋白质工程的操作流程。

3、了解蛋白质工程的应用领域和发展前景。

二、学习重难点1、重点（1）蛋白质工程的原理和操作流程。

（2）蛋白质工程与基因工程的区别和联系。

2、难点（1）蛋白质结构与功能的关系。

（2）蛋白质工程中理性设计和非理性设计的方法。

三、学习过程（一）知识回顾1、基因工程的概念和操作步骤。

2、中心法则的内容。

（二）引入新课通过展示一些利用蛋白质工程生产的新型蛋白质产品，如具有特殊功能的酶、药物蛋白等，引发学生对蛋白质工程的兴趣，从而引出本节课的主题。

（三）蛋白质工程的概念1、定义：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。

2、与基因工程的关系：蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程。

基因工程是通过基因重组实现基因的转移，从而生产出自然界已有的蛋白质；而蛋白质工程则是通过对基因的改造，实现对蛋白质的改造或创造新的蛋白质。

（四）蛋白质工程的原理1、蛋白质的结构层次（1）一级结构：指蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺序。

（2）二级结构：指多肽链主链在一级结构的基础上进一步盘旋、折叠形成的构象，如α螺旋、β折叠等。

（3）三级结构：指在二级结构的基础上，多肽链进一步折叠形成的更复杂的结构，包括侧链基团的相互作用。

（4）四级结构：指具有两条或两条以上多肽链的蛋白质，各亚基之间的相互作用形成的结构。

2、蛋白质结构与功能的关系（1）蛋白质的结构决定其功能。

不同的蛋白质具有不同的结构，从而具有不同的功能。

（2）蛋白质的功能是其结构的外在表现。

当蛋白质的结构发生改变时，其功能也可能发生改变。

（五）蛋白质工程的操作流程1、预期蛋白质的功能根据生产和生活的需要，确定需要改造或创造的蛋白质的功能。

2、设计蛋白质的结构根据预期的功能，设计蛋白质的结构。