2019-2020年高中生物 6.3基因治療和人類基因組計劃教案教案 浙科版必修2.doc

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2019-2020年高中生物 6.3基因治療和人類基因組計劃教案教案 浙科版必修2 一、教學目標： [知識目標]：知道基因治療的概念，理解基因治療的基本方法和基本程序。了解人類基因組計劃的內容、過程、意義及實施的艱巨性，學會利用互聯(lián)網(wǎng)收集有關人類基因組計劃的信息資料。探討基因檢測可能帶來的影響，理性思考科學進步的意義與價值。 [能力目標]：通過對SCID病基因治療圖的分析，提高學生識圖能力。培養(yǎng)學生利用互聯(lián)網(wǎng)搜集信息資料的能力、表達能力、語言組織能力和團隊合作能力。通過探討基因檢測對社會帶來的一系列問題，培養(yǎng)學生分析判斷能力。 [情感態(tài)度與價值觀]：正確認識人類基因組計劃的艱巨性，激發(fā)學生探求生命科學奧秘的興趣。培養(yǎng)科學態(tài)度及勇于探索、克服困難等科學素養(yǎng)，提高學生創(chuàng)新意識。 二、教材分析： [教材的地位作用]：《基因治療與人類基因組計劃》是本章的重點內容之一。此節(jié)內容是學生通過對第2冊前幾章有關遺傳變異知識的學習，意在理論聯(lián)系實際，也為以后基因工程的學習打下了基礎。 教材以治療SCID患者為例，介紹了基因治療的基本過程：第一步，ADA基因整合到逆轉錄病毒。第二步，此病毒感染人T淋巴細胞。第三步，ADA基因整合到人染色體上。第四步，把已整合的T淋巴細胞回注到病人體內。通過具體病例的介紹使學生理解基因治療的一般步驟和方法。第二個內容是介紹了人類基因組計劃的實施過程及意義。安排了一個課外活動：利用互聯(lián)網(wǎng)了解人類基因組計劃的實施過程和應用價值。通過每位學生親自查找，搜集資料，全班討論，獲得全面的信息，能培養(yǎng)學生收集信息的能力，并深刻認識到科學探索過程中的艱辛。學生活動：討論誰有權利知道基因檢測的結果。設置了多個討論題，供學生活動，從而使學生更深入地理解人類基因組計劃的意義，加深對前面知識的理解。 [教學重點]：基因治療的概念，SCID病的基因治療過程，人類基因組計劃的實施過程及意義. [難點]：SCID病的基因治療步驟。 學情分析：關于基因治療和人類基因組計劃是目前科學界的熱門話題，學生已從電 視或各種媒體中有所了解，并且通過本章以上幾節(jié)內容的學習，學生在 第一冊中已學習了病毒、細菌、淋巴細胞等細胞結構的特點，通過第二冊的學習，已掌握了有關組成基因的堿基序列、性狀及基因控制性狀等知識，為本章內容的學習打下了基礎。但是學生對從根本上治療疾病措施——基因治療的具體步驟不是很清楚。 三、教學設計： [課前準備]：教師：搜集信息、供學生討論閱讀。多媒體課件：基因治療SCID病的過程學生：分組通過互聯(lián)網(wǎng)搜集有關人類基因組計劃的實施過程的信息，討論并整理，制作成投影片，供課堂上使用。 [教學過程]： 1、設疑，導入新課 [師]：我國有很多糖尿病患者，此病的病癥是什么？ [生]：尿糖、多飲、多食、多尿。 [師]：病因是什么？ [生]：胰島病變，胰島素含量下降，血糖上升。 [師]：治療方法是如何改進的？ 學生討論 [生]：早期治療方案是利用從動物中提取出來的胰島素治療，因為是動物體內的，效果不是很理想。如果直接從人體血清中提取，不僅費用昂貴，而且產量很少。幾年前科學家將人體內控制合成胰島素的基因成功地導入了一奶牛受精卵內，從而穩(wěn)定地從乳汁中獲得了大量的胰島素。但是病人還是必須定時注射胰島素。那么最根本最徹底的辦法是把正常胰島素基因轉入胰島細胞中，使細胞恢復合成胰島素的能力,即基因治療。 2、案例教學，獲得新知 教師提供一事例：“法國氣泡兒童事件”。該事件發(fā)生在法國巴黎某醫(yī)院實施SCID病基因治療臨床試驗中。該免疫缺陷癥表現(xiàn)為T細胞和B細胞的嚴重免疫缺陷，如不治療，嬰兒會在出生后一年內，由于嚴重和反復的感染而夭折。SCID常規(guī)療法是進行骨髓移植，但是它的配型很困難，而且會由于捐獻者患有感染性的單核細胞增多癥，導致病人產生淋巴瘤。 [師]SCID病的病因：腺苷脫氨酶（ADA）缺陷引起，ADA催化腺苷和脫氧腺苷成為肌苷和2-脫氧肌苷，ADA在淋巴細胞中最多，ADA缺乏導致脫氧腺苷和脫氧三磷酸腺苷蓄積在細胞內，特別是淋巴細胞內。這兩種代謝產物對淋巴細胞具有毒性，它們能抑制核糖核苷酸還原酶活性而阻礙DNA合成。 [生]：閱讀書本130頁圖6-11及相關內容。 [師]：多媒體動畫展示 [師]：病毒、細菌、T淋巴細胞結構有何區(qū)別？ [生]：病毒無細胞結構，細菌原核細胞，無染色體，人T淋巴細胞為真核細胞，有真正的細胞核。 [師]：細菌中的ADA基因是如何整合到反轉錄病毒上的？ [生]：逆轉錄病毒感染細菌。 [師]：T淋巴細胞的功能是什么？ [生]：免疫。 [師]：T淋巴細胞能與被抗原入侵的宿主細胞密切接觸，激活靶細胞內的溶酶體酶，使靶細胞的通透性發(fā)生改變，最終導致靶細胞裂解死亡，細胞內的抗原也因失去藏身之所而為抗體消滅。同時，T淋巴細胞還能釋放出可溶性免疫活性物質——淋巴因子，如白細胞介素、干擾素等。淋巴因子大都是通過加強各種有關細胞的作用來發(fā)揮免疫效應的。 [師]：T淋巴細胞如何得到ADA基因？ [生]：逆轉錄病毒的感染。 師小結：基因治療SCID病基本步驟：（1）讓反轉錄病毒作為載體，首先將細菌中的ADA基因整合到病毒核酸上。（2）用它去感染病人T淋巴細胞，體外培養(yǎng)T淋巴細胞，篩選出ADA基因已整合到染色體上的細胞。（3）將攜帶正常ADA基因的T淋巴細胞回注到病人體內。從而歸納出一般基因治療的過程： 圖 1-9 基因治療的步驟 3、搜集信息，培養(yǎng)能力 [教師指導學生活動]提供材料，學生分組討論這些資料。 材料一 人類基因組計劃是人類歷史上第一次由全世界各國不分大小、不分強弱，所有科學家一起執(zhí)行的科研項目。實施人類基因組計劃伊始，發(fā)達國家具有遠見的科學家即號召全球各個國家的政府都重視這一項目，并號召全世界科學家共同參與，建議所有的進展、所有的數(shù)據(jù)、所有的實驗資源應隨時公布于眾，讓全世界所有國家免費享用。在實施過程中，各國科學家精誠合作、共享材料、共享數(shù)據(jù)，共同攻關。這在人類自然科學史上，是史無前例的。人類基因組計劃與另兩個有全球性意義的項目，即曼哈頓原子彈計劃和阿波羅登月計劃相比，更顯示了人類的諧同與進步，自（wsjk.cn） 材料二 人類基因組計劃（Human Genome Project，HGP）也稱人類基因測序計劃，主要目標是完成對人類的基因組的所有堿基序列的測定，闡明人體中全部基因的位置、結構、功能、表達、調控方式及致病突變的全部信息。自（http：//kexing.cn） 材料三 1989年美國成立“國家人類基因組研究中心”。諾貝爾獎獲得者、 DNA分子雙螺旋模型提出者沃森（J．waston）出任第一任主任。1990年，歷經(jīng)5年辯論之后，美國國會批準美國的“人類基因組計劃”于同年10月1日正式啟動。美國的人類基因組計劃總體規(guī)劃是：擬在15年內至少投入30億美元，進行對人類全基因組的分析。此計劃在1993年作了修改，其主要內容包括：人類基因組的基因圖構建與序列分析；人類基因的鑒定；基因組研究技術的建立；人類基因組研究的模式生物；信息系統(tǒng)的建立。此外，還有人類基因組研究的社會、法律與倫理問題，交叉學科的技術訓練，技術的轉讓，研究計劃外延等共9方面的內容。自（http：//wsjk.cn） 材料四 人類基因組草圖也僅僅是草圖 1990年首先在美國啟動的“人類基因組計劃”是為了測定組成人類基因組的核苷酸序列。人類基因組大約由30億個堿基對組成，打個比方，就像是一部由30億個由ATCG四個字母交替組成的大書。這個計劃的目的，就是要知道這四個字母的排列順序。但是由于技術的原因，在測序之前，需要先把這本書撕成許多個片斷分別閱讀，然后再把這些片斷拼接起來恢復成一本完整的書。所謂完成了“工作草圖”，這僅僅指的是初步把這些片斷拼湊了起來，里面還有空白和錯誤，并不是一本完整準確的書。 即使在兩三年以后得到了完整的書，也絕不意味著就讀懂了這本書。知道了基因組序列并不是就破譯人類基因的奧秘。人類基因組絕大部分是沒有功能意義的DNA序列，只有少部分是有意義的，包括了大約十萬個基因。在獲得基因組完整序列之后，下一步的工作，是把其中的全部基因找出來。只有找到了這十萬個基因，了解了其編碼的蛋白質的結構和基本功能以及基因調控的機制，才可以說初步破譯了人類基因的奧秘，這是極其艱巨的工作，目前已從基因組序列找出來的人類基因已有三萬多個，但是能跟被編碼的蛋白質對上號的，也不過數(shù)千個。最樂觀的估計，沒有幾十年的時間，不可能初步完成這項破譯，而如果要把所有蛋白質的相互關系研究透徹，那要花上更長久的時間。 即使到了這個遙遙無期的時刻，也絕不意味著我們完全掌握了人類遺傳的奧秘。人類基因組計劃是源于一個并不恰當?shù)挠^念，以為存在著一種典型的純粹的人，可以用少數(shù)幾個人（塞來拉公司用的是5個不同種族的人）的基因組來代表人類基因組。但是人類的遺傳有著無限多的變異性。基因的變異遠多于蛋白質的變異，并不存在一本單一的基因標準“密碼本”。如果將某些個特定個體的遺傳當成了人類遺傳的標準而忽視了人類遺傳的多樣性，是極其危險的。 人類基因組的完整序列，無疑能成為遺傳學研究的重要工具，至少，它有助于我們更快速地鑒定、克隆人類基因，特別是那些已先在別的生物中發(fā)現(xiàn)的基因。但是，人類基因組序列所起的作用是相當有限的。就像一張地圖，它能給旅行者帶來很大的便利，卻不能保證就能達到目的地。何況還存在著無數(shù)不盡相同的地圖。人類基因組序列的獲得，只是全面破譯人類遺傳奧秘的起點，而不是結束。自《叩問基因時代的爭論》方舟子著 P35。 材料五 六國科學家公布人類基因組細節(jié)研究成果 新華網(wǎng)華盛頓2月11日專電（記者吳偉農）人類基因計劃、美國塞萊拉遺傳信息公司、美國《科學》雜志和英國《自然》雜志聯(lián)合宣布，繼科學家去年繪制成功人類基因組工作框架圖之后，他們又繪制出了更加準確、清晰、完整的人類基因組圖譜，對人類基因的面貌有了新的發(fā)現(xiàn)： 一、基因數(shù)量少得驚人。一些研究人員曾經(jīng)預測人類約有14萬個基因，但塞萊拉公司將人類基因總數(shù)定在2．6383萬到3．9114萬個之間。如果最終確定出的基因數(shù)在這個范圍內，比如3萬個左右，那么，人類只比果蠅多大約1．3萬個基因。塞萊拉公司的科學家測出的序列準確地覆蓋了基因組的95％，并已經(jīng)確定了所有基因的2/3，平均測序精度為99．96％。 二、人類基因組中存在“熱點”和大片“荒漠”，人類基因組序列中所謂的“荒漠”就是包含極少或根本不包含基因的部分，基因組上大約1／4的區(qū)域是長長的、沒有基因的片段。基因密度在第17、第19和第22號染色體上最高，在X染色體，第4、第18號和Y染色體上相對貧瘠。 三、35．3％的基因組包含重復的序列。這意味著所有這些重復序列，即原來被認為的“垃圾DNA”應該被進一步研究。事實上，第19號染色體57％是重復的。除了重復片段，科學家還鑒定了210萬個人與人之間不同的基因序列，這些序列被稱為“單核苷酸多態(tài)性”，它們通常是無害的。 地球上人與人之間99．99％的基因密碼是相同的。研究發(fā)現(xiàn)，來自不同人種的人比來自同一人種的人在基因上更為相似。在整個基因組序列中，人與人之間的變異僅為萬分之一。在談到這一發(fā)現(xiàn)的意義時，《科學》雜志總編肯尼迪說，塞萊拉科學家揭示的人類基因組面貌是一項出色的成就，它代表了所有迄今完成的最準確的人類基因組，也為人類醫(yī)學新發(fā)展提供了嶄新的、激動人心的前景。 [學生活動]：學生分組閱讀、討論上述資料。 [教師活動]：教師提出具體問題，并用實物投影儀投射在大屏幕上。 1.人類基因組計劃于哪年啟動？耗資多少？有哪些國家參與？ 2.人類基因組計劃的研究對象是什么？ 3.耗此巨資意義何在？我國有什么必要參與其中？ 4. 2000年6月26日宣布的“人類基因組草圖”完成的是什么？是不是如同《中國青年報》（2000年6月27日）所言“人類基因密碼破譯”？ 5.某報道說，當某科學家被記者問到，以后是否可能用轉基因技術創(chuàng)造出從事 特殊服務的“新人類”，如不吃不拉埋頭苦干的轉基因奴隸時， 他斷言“這是可能的！”（《南方周未》xx年7月7日）你的意見呢？ 6.由于人類基因組計劃的實施，某科學家預言：“不久的幾年內，人們將看到一健康的5 000種遺傳病以及與遺傳密切相關的癌癥、心血管疾病、關節(jié)炎、糖尿病、高血壓、精神病等，都可以得到早期診斷和治療。你同意此種說法嗎？ [學生活動]：利用互聯(lián)網(wǎng)了解人類基因組計劃的實施過程 請每小組指定一員把課前準備的材料制作成的PPT文件展示給全班同學，并用簡練的語言向同學們介紹。 [學生討論]：（1）你認為人類基因組研究最核心的理論基礎是什么？ （2）在人類基因組計劃中最核心的技術是什么？（3）在人類基因組計劃研究中，有國家參與，也有私人公司參與，私人公司的參與有什么意義？ （4）在實施人類基因組計劃的過程中，多個國家進行了國際合作，這體現(xiàn)了今天的科學發(fā)展具有什么特點？ （5）在實施人類基因組計劃的過程中，計算機技術發(fā)揮了什么樣的作用？ [師]：人類基因組計劃的應用價值有那些？ [生]：（1）追蹤疾病基因。（2）估計遺傳風險（3）優(yōu)生優(yōu)育（4）建立個人擋案（5）用于基因治療。 [師]：隨著基因組計劃的完成，科學家已找到了許多致病基因。人們可通過基因檢測來發(fā)現(xiàn)自己是否帶有致病基因，那么基因診斷的方法如何呢？出示基因診斷示意圖： 圖 1-6 基因診斷示意圖 學生討論： 什么是探針？ 對DNA進行兩次熱處理的原因？ 基因診斷的原理是什么？ 師生小結：探針就是用放射性同位素、熒光分子等標記的DNA分子。第一次對DNA進行熱處理是為了讓DNA解旋后成單鏈DNA進行擴增，第二次是為了讓單鏈DNA與探針DNA進行雜交?；蛟\斷的原理是DNA分子的雜交原理。 學生活動：討論誰有權利知道基因檢測的結果。 學生討論：就基因檢測給社會、人們的生活帶來的一系問題展開討論。 個人知道自己的基因檢測結果有什么價值？ 保險公司、企業(yè)雇主為什么想獲得他人的基因信息？ 關于“個人基因信息是否應該得到保護”這個問題，你的 觀點是什么？ 列舉支持你的觀點的全部理由。 嘗試建立一套法律條例，來規(guī)范基因檢測資料的使用，并說明理由。 小組討論，結果課堂展示。 練習鞏固： 1、基因治療是指---------（ ） A 把健康的外源基因導入有基因缺陷的細胞中，達到治療疾病的目的 B對有缺陷的細胞進行修復，從而使其恢復正常，從而達到治療疾病的目的 C運用人工誘變的方法，使有基因缺陷的細胞發(fā)生基因突變，從而恢復正常 D運用基因工程技術，把有缺陷的基因切除，從而達到治療疾病的目的 2、半乳糖血癥病人由于細胞內不能合成1-磷酸半乳糖尿苷酰轉移酶，從而導致體內半乳糖積累引起肝臟等功能變損。美國的一位科學家用帶有半乳糖苷酶基因的噬菌體侵染患者的離體組織細胞，結果發(fā)現(xiàn)這些組織細胞能夠利用半乳糖了，這種治療疾病的方法稱為：（ ） A 免疫治療 B化學治療 C 基因治療 D 藥物治療 3、1990年10月，國際人類基因組計劃正式啟動，以揭示生命和各種遺傳現(xiàn)象的奧秘。下圖A、B表示人類體細胞染色體組成。請回答問題： （1）從染色體形態(tài)和組成來看，表示女性的染色體是圖 ，男性的染色體組成可以寫成 （2）染色體的化學成分主要是 （3）血友病的致病基因位于 染色體上，請將該染色體在A、B圖上用筆圈出。唐氏綜合征是圖中21號染色體為 條所致。 （4）建立人類基因組圖譜需要分析 條染色體的 序列。 （5）有人提出“吃基因補基因”，你是否贊成這種觀點，試從新陳代謝角度簡要說明理由。 。 普陀第三中學 繆朝陽