对_基因工程的应用_和_蛋白质工程_教学内容的优化整合_梁长余
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问题： 请尝试利用基因工程设计抗软化番茄的培 育过程。
学生设计 方 案，小 组 讨 论 完 善，并 讲 解 设 计 思 路， 最后，教师作点评、修正，重温基因工程的操作流程。
案例 2 基因治疗： 以气泡娃娃的故事作为引子。 SCID 是一种严重免疫缺陷疾病，这种疾病会使人的免 疫系统完全失去作用。科学家曾对一名双亲均正常的 患病女孩进行 临 床 诊 断，发 现 其 致 病 的 主 要 机 理 如 图 2 所示（ ADA 是腺苷酸脱氨酶，dATP 是双链三磷酸腺 苷） ，最终结果导致细胞发育失常，细胞损伤或死亡。 1991 年，美国批准了人类第一个对该免疫缺陷遗传病 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 甲状腺激素分泌的分级调节过程是怎样的？ 血糖平衡 的调节和甲状腺激素的调节都能在一定条件下达到 “自我”调节，你能说说这是为什么吗？ 此外，能列举 其他类似的例子吗？ 还能想出其他感兴趣的问题吗？ 这一过程，实际 是 对 前 一 段 学 习 过 程 中 学 生 理 解 学 习 状况及时的评价，加强和激励他们对“反馈调节”特点 的深入把握。
对电脑技术较 好 的 学 生，教 师 要 鼓 励 他 们 利 用 相 关软件构建血 糖 平 衡 调 节 的 计 算 机 模 型 ，并 帮 助 其 他 同学运用计算机模型搞清楚血糖平衡调节的过程，以 加深对知识的理解。?
图 1 通过基因工程培育抗软化番茄
图 2 SCID 的主要致病机理 （ SCID） 的基因治疗方案（ 图 3） 。
·22·
生物学教学 2016 年（ 第 41 卷） 第 3 期
图 3 SCID 的基因治疗过程
（ ① ～ ④表示过程，A、B 表示细胞或结构）
案例 3 生产药用蛋白———胰岛素： 近年来全世 3mL（ 300 单位） 胰岛素，而一位患者每天就需要 40 单
界糖尿病人数一直在快速增加，从 1985 年的 3000 万 位胰岛素，胰岛素供不应求的问题亟待解决。
人已增至 3． 66 亿，预计在今后 20 年内全球糖尿病人
问题： 尝试设计方案，通过基因工程生产人的胰岛
数将达 6 亿。然而，从一头猪或牛的胰腺中只能取出 素。
图 4 乳腺生物反应器设计方案
有多种设计方案，如工程菌生产、乳腺生物反应 蛋白质。
器、膀胱生物 反 应 器 等。 教 师 引 领 学 生 学 习 乳 腺 生 物
生物学教学 2016 年（ 第 41 卷） 第 3 期
·21·
对“基因工程的应用”和“蛋白质工程”教学内容的优化整合
梁长余 （ 江苏省常州市北郊高级中学东南大学附属中学 213031）
摘 要 尝试将不同版本高中生物学教材选修 3 中“基因工程的应用”和“蛋白质工程”的内容进行优化整合，以案例和提问的形 式从利用基因工程技术改善生物性状、获取基因产品的角度组织教学。 关键词 高中生物学教材 基因工程 蛋白质工程 优化整合
蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的， 是基因工程的延伸与发展。纵观目前我国各版本的高 中生物学教材，发 现“基 因 工 程 的 应 用 ”和“蛋 白 质 工 程”的内容均安排在选修 3《现代生物科技专题》，但对 其的组织编排却差异很大。笔者在教学中尝试将不同 版本教材相关 内 容 进 行 加 工 处 理 与 优 化 整 合 ，以 案 例 和提问的形式从利用基因工程技术改善生物性状、获 取基因产品的角度组织教学，收到了较好的效果。 1 改善生物的性状
可见蛋白质工程是基因工程的延伸与发展。蛋白
反应器（ 图 4） ，启发学生对三种设计方案进行多方位 质工程不仅能更充分地利用自然界存在的基因和蛋白
比较。例如，基因结构、基因表达水平、生产条件、生物 质，而且能在分子水平上对其进行再设计和改造，进而
性别（ 只能雌性） 和年龄（ 哺乳期） 等。
创造出自然界不存在的基因和蛋白质。
推测应有的氨基酸序列→基因修饰或合成相应的目的
基因→构建基因表达载体→导入受体细胞→产生相应
图 5 基因工程的应用和蛋白质工程及其案例?
教 师 引 领 学 生 分 析 图 形 ，了 解 基 因 治 疗 的 大 体 流 程，并作适当提醒： ①基因治疗不是对病变基因的修复 和切除； ②正常基因没有改变病变基因的表达途径，在 基因治疗的过 程 中，正 常 基 因、病 变 基 因 都 可 以 表 达， 由于正常基因 的 表 达 掩 盖 了 病 变 基 因 的 表 达 ，使 病 人 表现正常，最终达到治疗疾病的目的； ③基因治疗虽有 成功案例，但目前仍处于临床试验阶段。 2 获取基因产品
力ห้องสมุดไป่ตู้通过优化设计和定点诱变，将胰岛素分子上的两个 工程和基因工程的应用有更深入的认识。
氨基酸加以改变，即胰岛素 B 链 B28 脯氨酸 － B29 赖
氨酸改为 B28 赖氨酸 － B29 脯氨酸，使改造后的胰岛
素既保持了天 然 胰 岛 素 分 子 的 主 要 构 象 ，又 能 解 聚 为
单体，提高了进入血液的速度和高效性能。
案例 1 抗软化番茄的培育： 番茄是一种双子叶 植物，其营养丰富，是人们喜爱的一类果蔬。在普通番 茄细胞中含有 多 聚 半 乳 糖 醛 酸 酶 基 因 ，控 制 细 胞 产 生 多聚半乳糖醛 酸 酶，该 酶 能 破 坏 细 胞 壁，使 番 茄 软 化， 不耐贮藏。科学家通过基因工程成功培育出了抗软化 番茄，这种番茄保鲜时间长，口味更佳（ 图 1） 。
案例 4 蛋白质工程生产胰岛素： 通过基因工程 3 梳理总结
技术生产的胰 岛 素 进 入 血 液 的 速 度 缓 慢 ，易 于 堆 积 在
将“改善生物 性 状 ”和“获 取 基 因 工 程 产 品 ”及 其
皮下聚合形成二聚体或多聚体。科学家经过不懈的努 相关案例进行梳理和总结（ 图 5） ，可使学生对蛋白质
问题： 要获得高性能胰岛素，直接对天然胰岛素加
以改造是否可行，为什么？ 你有更好的方案吗？
启发学生 回 顾“中 心 法 则 ”相 关 内 容，逆 向 推 理，
且蛋白质结构 过 于 复 杂、难 以 操 作，即 便 改 造 成 功，也
不能遗传给后代。这样，蛋白质工程的概念自然生成，
即预期蛋白质的功能→设计预期的蛋白质三维结构→
学生设计 方 案，小 组 讨 论 完 善，并 讲 解 设 计 思 路， 最后，教师作点评、修正，重温基因工程的操作流程。
案例 2 基因治疗： 以气泡娃娃的故事作为引子。 SCID 是一种严重免疫缺陷疾病，这种疾病会使人的免 疫系统完全失去作用。科学家曾对一名双亲均正常的 患病女孩进行 临 床 诊 断，发 现 其 致 病 的 主 要 机 理 如 图 2 所示（ ADA 是腺苷酸脱氨酶，dATP 是双链三磷酸腺 苷） ，最终结果导致细胞发育失常，细胞损伤或死亡。 1991 年，美国批准了人类第一个对该免疫缺陷遗传病 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 甲状腺激素分泌的分级调节过程是怎样的？ 血糖平衡 的调节和甲状腺激素的调节都能在一定条件下达到 “自我”调节，你能说说这是为什么吗？ 此外，能列举 其他类似的例子吗？ 还能想出其他感兴趣的问题吗？ 这一过程，实际 是 对 前 一 段 学 习 过 程 中 学 生 理 解 学 习 状况及时的评价，加强和激励他们对“反馈调节”特点 的深入把握。
对电脑技术较 好 的 学 生，教 师 要 鼓 励 他 们 利 用 相 关软件构建血 糖 平 衡 调 节 的 计 算 机 模 型 ，并 帮 助 其 他 同学运用计算机模型搞清楚血糖平衡调节的过程，以 加深对知识的理解。?
图 1 通过基因工程培育抗软化番茄
图 2 SCID 的主要致病机理 （ SCID） 的基因治疗方案（ 图 3） 。
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生物学教学 2016 年（ 第 41 卷） 第 3 期
图 3 SCID 的基因治疗过程
（ ① ～ ④表示过程，A、B 表示细胞或结构）
案例 3 生产药用蛋白———胰岛素： 近年来全世 3mL（ 300 单位） 胰岛素，而一位患者每天就需要 40 单
界糖尿病人数一直在快速增加，从 1985 年的 3000 万 位胰岛素，胰岛素供不应求的问题亟待解决。
人已增至 3． 66 亿，预计在今后 20 年内全球糖尿病人
问题： 尝试设计方案，通过基因工程生产人的胰岛
数将达 6 亿。然而，从一头猪或牛的胰腺中只能取出 素。
图 4 乳腺生物反应器设计方案
有多种设计方案，如工程菌生产、乳腺生物反应 蛋白质。
器、膀胱生物 反 应 器 等。 教 师 引 领 学 生 学 习 乳 腺 生 物
生物学教学 2016 年（ 第 41 卷） 第 3 期
·21·
对“基因工程的应用”和“蛋白质工程”教学内容的优化整合
梁长余 （ 江苏省常州市北郊高级中学东南大学附属中学 213031）
摘 要 尝试将不同版本高中生物学教材选修 3 中“基因工程的应用”和“蛋白质工程”的内容进行优化整合，以案例和提问的形 式从利用基因工程技术改善生物性状、获取基因产品的角度组织教学。 关键词 高中生物学教材 基因工程 蛋白质工程 优化整合
蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的， 是基因工程的延伸与发展。纵观目前我国各版本的高 中生物学教材，发 现“基 因 工 程 的 应 用 ”和“蛋 白 质 工 程”的内容均安排在选修 3《现代生物科技专题》，但对 其的组织编排却差异很大。笔者在教学中尝试将不同 版本教材相关 内 容 进 行 加 工 处 理 与 优 化 整 合 ，以 案 例 和提问的形式从利用基因工程技术改善生物性状、获 取基因产品的角度组织教学，收到了较好的效果。 1 改善生物的性状
可见蛋白质工程是基因工程的延伸与发展。蛋白
反应器（ 图 4） ，启发学生对三种设计方案进行多方位 质工程不仅能更充分地利用自然界存在的基因和蛋白
比较。例如，基因结构、基因表达水平、生产条件、生物 质，而且能在分子水平上对其进行再设计和改造，进而
性别（ 只能雌性） 和年龄（ 哺乳期） 等。
创造出自然界不存在的基因和蛋白质。
推测应有的氨基酸序列→基因修饰或合成相应的目的
基因→构建基因表达载体→导入受体细胞→产生相应
图 5 基因工程的应用和蛋白质工程及其案例?
教 师 引 领 学 生 分 析 图 形 ，了 解 基 因 治 疗 的 大 体 流 程，并作适当提醒： ①基因治疗不是对病变基因的修复 和切除； ②正常基因没有改变病变基因的表达途径，在 基因治疗的过 程 中，正 常 基 因、病 变 基 因 都 可 以 表 达， 由于正常基因 的 表 达 掩 盖 了 病 变 基 因 的 表 达 ，使 病 人 表现正常，最终达到治疗疾病的目的； ③基因治疗虽有 成功案例，但目前仍处于临床试验阶段。 2 获取基因产品
力ห้องสมุดไป่ตู้通过优化设计和定点诱变，将胰岛素分子上的两个 工程和基因工程的应用有更深入的认识。
氨基酸加以改变，即胰岛素 B 链 B28 脯氨酸 － B29 赖
氨酸改为 B28 赖氨酸 － B29 脯氨酸，使改造后的胰岛
素既保持了天 然 胰 岛 素 分 子 的 主 要 构 象 ，又 能 解 聚 为
单体，提高了进入血液的速度和高效性能。
案例 1 抗软化番茄的培育： 番茄是一种双子叶 植物，其营养丰富，是人们喜爱的一类果蔬。在普通番 茄细胞中含有 多 聚 半 乳 糖 醛 酸 酶 基 因 ，控 制 细 胞 产 生 多聚半乳糖醛 酸 酶，该 酶 能 破 坏 细 胞 壁，使 番 茄 软 化， 不耐贮藏。科学家通过基因工程成功培育出了抗软化 番茄，这种番茄保鲜时间长，口味更佳（ 图 1） 。
案例 4 蛋白质工程生产胰岛素： 通过基因工程 3 梳理总结
技术生产的胰 岛 素 进 入 血 液 的 速 度 缓 慢 ，易 于 堆 积 在
将“改善生物 性 状 ”和“获 取 基 因 工 程 产 品 ”及 其
皮下聚合形成二聚体或多聚体。科学家经过不懈的努 相关案例进行梳理和总结（ 图 5） ，可使学生对蛋白质
问题： 要获得高性能胰岛素，直接对天然胰岛素加
以改造是否可行，为什么？ 你有更好的方案吗？
启发学生 回 顾“中 心 法 则 ”相 关 内 容，逆 向 推 理，
且蛋白质结构 过 于 复 杂、难 以 操 作，即 便 改 造 成 功，也
不能遗传给后代。这样，蛋白质工程的概念自然生成，
即预期蛋白质的功能→设计预期的蛋白质三维结构→
