科学史话　世界上第一个人工合成蛋白质的诞生名师教学设计

科学史话

世界上第一个人工合成蛋白质的诞生 元谋第一中学

杨华芬

前言：1965年，我国的科学工作者经过6年多坚持不懈的努力,获得了人工合成的牛胰岛素结晶。经鉴定，人工合成的胰岛素，它结构、生物活性、物理化学性质、结晶形状，都和天然的牛胰岛素完全一样，这是世界上第一个人工合成的蛋白质。十多年来，这项成果经受了长期实践的检验，证明数据完整可靠，可以重复。 一、教学目标

1、知识目标与技能：

①氨基酸的结构特点，以及氨基酸形成蛋白质的过程。

②蛋白质的结构和功能。

2、情感、态度、价值观：

①认同蛋白质是生命活动的主意承担者。

②关注蛋白质研究的新进展。

3、学情分析 本节课内容比较抽象，为避免学生产生枯燥、无味的感觉，需要充分调动学生的积极性、主动性，让学生主动探索。我主要从以下三个方面去调动学生的积极主动性：（1）注意将课本中的知识与日常生活的内容紧密联系，尽可能从生活中选取学生熟悉的事例来调动学生的学习兴趣；（2）事先布置生物学习小组成员自制蛋白质空间结构，以提高学生的积极性和理解力；（3）在教学过程中设置一些实践性、趣味性的问题，和学生一起分析讨论，增强师生互动。

二、教学重难点

1、教学重点

(1)氨基酸形成蛋白质的过程。

(2)蛋白质的结构和功能。

2、教学难点

(1)氨基酸形成蛋白质的过程。

(2)蛋白质的结构多样性的原因。

三、教学方法：

(1)直观教学法：通过多媒体辅助教学课件，增强了教学内容的直观性和启发性，培养学生的观察、探究能力，训练学生的归纳和比较能力，使学生更好地从感性认识上升为理性认识。

（2）问题探究教学法：①联系生活，创设情境，提出探索问题。②引导学生进行探究、推理。③查阅课本，小组讨论进行验证，培养学生主体意识，主动参与意识。

四、教学过程

教学活动 活动1 胰岛素的介绍

胰岛素是由胰脏内的胰岛β细胞受内源性或外源性物质如葡萄糖、乳糖、核糖、精氨酸、胰高血糖素等的刺激而分泌的一种蛋白质激素。胰岛素是机体内唯一降低血糖的激素，同时促进糖原、脂肪、蛋白质合成。外源性胰岛素主要用来糖尿病治疗。

第一代胰岛素-动物胰岛素

1921年弗雷德里克·班丁（Frederick Banting）与约翰·麦克劳德（John Macleod）合作首次成功提取到了胰岛素，不同种族哺乳动物（人、牛、羊、猪等）的胰岛素分子的氨基酸序列和结构稍有差异，其中猪胰岛素与人的最为接近。动物胰岛素是最早应用于糖尿病治疗的胰岛素注射制剂，一般是猪胰岛素，猪胰岛素与人胰岛素存在1至4个氨基酸的不同，因此容易发生免疫反应，注射部位皮下脂肪萎缩或增生，胰岛素过敏反应，并且由于其免疫原性高，容易反复发生高血糖和低血糖，容易出现胰岛素抵抗。

第二代胰岛素-人胰岛素

20世纪80年代，人们通过基因工程（重组DNA）(转基因）酵母（啤酒酵母.毕赤酵母或汉逊酵母）或重组中国仓鼠卵巢细胞（CHO）表达出高纯度的合成人胰岛素，其结构和人体自身分泌的胰岛素一样。

对比动物胰岛素，人胰岛素较少发生过敏反应或者胰岛素抵抗，所以皮下脂肪萎缩的现象也随之减少；由于人胰岛素抗体少，所以注射量比动物胰岛素平均减少30%；人胰岛素的稳定性高于动物胰岛素，常温25℃左右常温可保存人胰岛素4周。

在起效时间、峰值时间、作用持续时间上不能模拟生理性人胰岛素分泌模式。需在餐前30分钟注射、有较高的夜间低血糖风险。

第三代胰岛素-胰岛素类似物

20世纪90年代末,在对人胰岛素结构和成分的深入研究中发现,对肽链进行修饰:利用基因工程技术,改变胰岛素肽链上某些部位的氨基酸组合;改变等电点;增加六聚体强度;以钴离子替代锌离子;在分子中增加脂肪酸链,加大与白蛋白的结合,均有可能改变其理化和生物学特征,从而可研制出更适合人体生理需要的胰岛素类似物(insulinsimilitude)。胰岛素类似物可紧临餐使用，也称为餐时胰岛素或速效胰岛素。

活动2【复习】《生命活动的主要承担者──蛋白质》

——蛋白质的结构和功能

展示一些富含蛋白质的食物。

设问：

这食物中的蛋白质摄入后是直接变成人体的蛋白质还是要经过一些变化呢？我们吃了一块鱼肉身上会不会长出鱼肉来呢？

蛋白质是由许多氨基酸组成的，氨基酸是组成蛋白质的基本单位。食物中的蛋白质要经过消化成为各种氨基酸后才能被人体吸收利用

蛋白质作为一种高分子化合物，是由很多个氨基酸构成的，那么氨基酸之间是如何连接在一起构成蛋白质分子的呢？

请同桌的两位同学站起来，问：“假设你们就是两个氨基酸分子，要形成一种物质应该怎样连接起来呢？”

问：两只手分别代表什么？

问：这两个基团怎样连接起来的？

问：握住的手的位置相当于什么？并请同学们写出肽键的结构式。在学生写完后，讲解肽键，要强调书写的规范性

讲解什么是二肽，然后提问：什么是多肽、肽链？然后配合幻灯片跟学生讲解三肽、多肽、肽链。肽链程线性，可以折叠、盘曲，形成空间结构。

最后共同归纳出氨基酸到蛋白质有哪些大致的结构层次以及蛋白质的组成元素。

氨基酸结构式

Ｒ

│

NH2─Ｃ─COOH

│

Ｈ

问题一：请一排三个学生起立，先两个同学握手，问：两个氨基酸结合脱去多少分子水？形成的肽键有多少个？

如果是三个、四个、------八个呢？肽键数和失去的水分子数有什么关系？

要求学生总结出n个氨基酸连成一条肽链要脱去多少分子水和形成多少个肽

键？

问：刚才几个同学连成的这个队伍叫什么？

强调这是多个氨基酸形成一条肽链的情况，如果是几条肽链又会是怎样的情况呢？

再请出八个学生，分别让他们自由地排列成两排、三排（每排至少两人）。用m代表肽链的数目，让学生仔细观察并总结出计算水分子数与肽键数的公式。

氨基酸只有20种，但是蛋白质却是多达1010—1012种，为什么会有这么多的种类的蛋白质呢？投放幻灯片，学生参与活动并总结出蛋白质结构多样性的原因：

①氨基酸数目不同

②氨基酸排列顺序不同

③氨基酸种类不同

④多肽链盘曲、折叠方式不同

引导学生观察、阅读蛋白质主要功能示例，利用多媒体课件，大量展示蛋白质在生物体各项生命活动中起作用的实例。重点指导学生将蛋白质功能的多样性与蛋白质结构的多样性联系在一起，帮助学生树立“结构与功能相适应”的生物学观点。

蛋白质的功能：

⑴有些蛋白质是构成细胞和生物体的重要物质（结构蛋白）；

⑵有些蛋白质有催化作用（酶）；

⑶有些蛋白质有调节作用（激素蛋白）；

⑷有些蛋白质有运输作用（载体蛋白）；

⑸有些蛋白质有免疫作用（抗体）。

……

教师引导学生总结:蛋白质承担着这么多功能，所以蛋白质是生命活动的主要承担者。

教师总结：鉴于蛋白质的重要功能，人类对蛋白质研究的步伐从来没有停止过，即人类基因组计划之后，就开始了国际人类蛋白质组计划。我国在蛋白质的研究上也曾取得骄人的成绩：是世界上第一个人工合成蛋白质的国家。鼓励学生去阅读课后的科学史话，使学生了解我国在人工合成蛋白质上取得的成就，增强民族自豪感。阅读科学前沿，关注蛋白质研究的新进展。

课堂反馈

1.2个氨基酸分子缩合形成二肽，并生成一分子

水，这分子水中的氢来自（

）

A.羧基

B.氨基

C.羧基和氨基

D.连接在碳原子上的氢

2.谷氨酸的R基为－C3H5O2，在一个谷氨酸分子中，含有碳和氧的原子数分别是（

）

A.4、4

B.5、4

C.4、5

D.5、5 3.下列叙述中，哪项是对蛋白质功能的高度概括（

）

A.细胞和生物体重要的结构物质

B.收缩、运输、免疫等活动的物质基础

C.调节细胞和生物体新陈代谢的重要物质

D.生命活动的主要承担着者

4.蛋白质和多肽的主要区别是在于蛋白质（

）

A.含有的氨基酸更多

B.空间结构更复杂

C.相对分子质量更大

D.能水解成多种氨基酸

5.据下列结构式，回答问题：

CH3

H

H ｜

|

｜

H2N—C—CO—NH—C—CO—NH—C—COOH

｜

｜

｜

H

CH2

CH2

｜

｜

CO

COOH

｜

NH2 （1）该化合物中有

种氨基酸。

（2）该化合物中有

个肽键。

（3）该化合物是由

个氨基酸失去

分子

水而形成的，这样的反应叫做

（4）该化合物叫做

。

。