資源簡介

教學(xué)設(shè)計
課程基本信息
學(xué)科 生物 年級 高二 學(xué)期 春季
課題 第四章 第二節(jié) 基因工程及其延伸技術(shù)應(yīng)用廣泛
教學(xué)目標(biāo)
1.根據(jù)不同基因工程藥物的特點和生活實際選擇不同的受體細(xì)胞，并分析原因，培養(yǎng)科學(xué)思維； 2.設(shè)計簡單的實驗，理解乳腺生物反應(yīng)器的原理及應(yīng)用； 3.通過改良基因工程產(chǎn)物“胰島素”的時效性，了解蛋白質(zhì)工程的原理和過程，利用比較和分析的科學(xué)思維方法，歸納蛋白質(zhì)工程和基因工程的區(qū)別和聯(lián)系，形成結(jié)構(gòu)與功能觀； 4.舉例說明基因工程在法醫(yī)鑒定、農(nóng)牧業(yè)、環(huán)境保護(hù)等方面的應(yīng)用，認(rèn)同基因工程產(chǎn)生的社會效益、經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益；
教學(xué)內(nèi)容
教學(xué)重點： 1.通過真實情境的分析，從受體細(xì)胞的選擇角度培養(yǎng)學(xué)生依據(jù)實際情況選擇不同方案的能力； 2.聯(lián)系基因工程操作程序，理解乳腺生物反應(yīng)器的原理及應(yīng)用； 3.舉例說明蛋白質(zhì)工程的原理和過程，歸納基因工程與蛋白質(zhì)工程的區(qū)別和聯(lián)系； 4.基于基因工程的基本操作程序，理解基因工程及其延伸技術(shù)在法醫(yī)鑒定、農(nóng)牧業(yè)環(huán)境保護(hù)等方面的應(yīng)用；
教學(xué)難點： 1.聯(lián)系基因工程操作程序，理解乳腺生物反應(yīng)器的原理及應(yīng)用； 2.舉例說明蛋白質(zhì)工程的原理和過程，歸納基因工程與蛋白質(zhì)工程的區(qū)別和聯(lián)系；
教學(xué)過程
教學(xué)環(huán)節(jié)及設(shè)計意圖教師活動學(xué)生活動導(dǎo)入 設(shè)計意圖：自然導(dǎo)入，引出話題“基因工程生產(chǎn)藥物”闡述：第1課時中學(xué)習(xí)了基因工程在疾病診斷、治療、研究方面的應(yīng)用，今天我們來看看如何利用轉(zhuǎn)基因生物生產(chǎn)基因工程藥物。 提問：你知道哪些藥物是轉(zhuǎn)基因的嗎？舉例說出轉(zhuǎn)基因藥物 二、基因工程在醫(yī)療制藥方面的應(yīng)用 任務(wù)一：選擇適合的受體細(xì)胞 設(shè)計意圖：根據(jù)產(chǎn)品特點選擇合適的受體細(xì)胞，學(xué)會分析比較不同受體細(xì)胞的優(yōu)缺點 設(shè)計意圖：明確乳腺生物反應(yīng)器的制備過程 任務(wù)二：產(chǎn)物優(yōu)化 設(shè)計意圖：通過真實情境引導(dǎo)學(xué)生了解蛋白質(zhì)工程的誕生，體會蛋白質(zhì)工程的操作步驟。與基因工程相比較，說明蛋白質(zhì)工程是基因工程的延伸技術(shù)。 設(shè)計意圖：以改造胰島素為例了解蛋白質(zhì)工程的一般操作流程 設(shè)計意圖：總結(jié)蛋白質(zhì)工程的步驟，并與基因工程進(jìn)行聯(lián)系和比較，培養(yǎng)學(xué)生辯證的科學(xué)思維 情境一：糖尿病是近年來高發(fā)的“富貴病”，常見類型有Ⅰ型糖尿病即遺傳性糖尿病和Ⅱ型糖尿病,Ⅱ型糖尿病需要注射胰島素治療。傳統(tǒng)生產(chǎn)胰島素的方法是從豬、牛等動物的胰腺中提取。曾經(jīng)生產(chǎn)供一位糖尿病病人使用一年的胰島素需要上千頭牛，生產(chǎn)的成本非常高。 問題1：如何利用基因工程獲取更多的胰島素，從而降低醫(yī)療成本？ 微生物細(xì)胞作為受體細(xì)胞的優(yōu)點是什么？ 資料1：利用大腸桿菌生產(chǎn)胰島素技術(shù)簡單，前期研發(fā)成本低。隨著生物工程的研究和發(fā)展，發(fā)現(xiàn)用大腸桿菌生產(chǎn)的很多藥物由于缺乏轉(zhuǎn)譯后修飾，失去了天然產(chǎn)物所固有的生物活性。 問題2：為什么會出現(xiàn)“缺乏轉(zhuǎn)譯后修飾”？ 受體細(xì)胞的選擇作何調(diào)整？請說明理由 資料2：利用動物細(xì)胞發(fā)酵生產(chǎn)生物藥品產(chǎn)量極低，且培養(yǎng)過程需動物血清維持細(xì)胞活性，不僅提高了成本，而且給下游產(chǎn)物的純化帶來極大的困難。 問題3：如何解決以上問題？ 該基因插入的位點有何要求？請以獲取“血清白蛋白”為目的簡要說明該基因工程思路。 請注意受體細(xì)胞和血清白蛋白基因表達(dá)細(xì)胞有何區(qū)別 資料3：有人提議將乳腺蛋白基因的啟動子換成UroplakinⅡ基因啟動子(促進(jìn)目的基因在膀胱特異性表達(dá)。） 問題4：比較乳腺生物反應(yīng)器和膀胱生物反應(yīng)器 任務(wù)一：綜上，請小結(jié)不同受體細(xì)胞的利與弊，分析適用條件。 情境二：目前臨床使用胰島素制劑注射后120 min才出現(xiàn)高峰，與人體生理狀態(tài)不符。將胰島素B鏈的28號和29號氨基酸互換，可以加快胰島素的起效時間。科研人員通過一定的工程技術(shù)手段，將胰島素B鏈的28號和29號氨基酸互換，獲得了速效胰島素，已在臨床上廣泛應(yīng)用。 問題1：該工程技術(shù)是在什么層面進(jìn)行操作？ 問題2：你能推測該工程技術(shù)的操作思路嗎？ 展示蛋白質(zhì)工程的概念并介紹其作用。 蛋白質(zhì)工程：通過設(shè)計和改造編碼蛋白質(zhì)的基因，從而改變氨基酸序列，最終獲得特定功能的蛋白質(zhì)。 任務(wù)二：以“蛋白質(zhì)、氨基酸、mRNA、DNA”為骨架構(gòu)，利用合適的箭頭和文字說明建蛋白質(zhì)工程的基本過程 問題3：該工程技術(shù)與基因工程有何區(qū)別與聯(lián)系？ 為什么蛋白質(zhì)工程改造基因而不是直接改造蛋白質(zhì) ？ 思考，回答：將胰島素基因?qū)胛⑸锛?xì)胞，進(jìn)行培養(yǎng)增殖產(chǎn)生胰島素 學(xué)生回答：培養(yǎng)成本低、繁殖快、產(chǎn)物量大 思考，回答：大腸桿菌是原核生物，沒有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體，對于核糖體上形成的蛋白質(zhì)缺乏加工過程 學(xué)生回答：改成動物細(xì)胞或者植物細(xì)胞（真核細(xì)胞） 討論、回答：培養(yǎng)成轉(zhuǎn)基因動物，并從蛋白分泌旺盛的動物細(xì)胞中獲取，例如乳腺細(xì)胞 學(xué)生回答：出入乳腺蛋白基因啟動子后面，泌乳期可以不斷產(chǎn)生，而且純化方便，降低成本。 用血清白蛋白基因與質(zhì)粒構(gòu)建重組DNA→導(dǎo)入受精卵→胚胎體外培養(yǎng)→胚胎移植 思考、回答：膀胱生物反應(yīng)器不受性別限制，不受時間（泌乳期）限制 微生物細(xì)胞：易培養(yǎng)易繁殖，成本低，產(chǎn)物多，但產(chǎn)物不一定有生物活性； 植物細(xì)胞：易培養(yǎng)，但產(chǎn)物提取成本較高； 動物細(xì)胞：培養(yǎng)成本高，產(chǎn)物產(chǎn)量低，難純化，常利用生物發(fā)生器。 思考后回答： 操作層面：DNA分子（核苷酸序列） 改造目的：蛋白質(zhì)的功能 根據(jù)胰島素功能設(shè)計改造胰島素結(jié)構(gòu)→推測氨基酸序列→逆推基因核苷酸序列→改變核苷酸特定位點序列→改造后的基因?qū)胧荏w細(xì)胞并表達(dá) 小組合作討論，完成任務(wù) 聯(lián)系：目的基因的表達(dá)結(jié)果常常并不理想，合成的蛋白質(zhì)不能很好地行駛功能，無法滿足人們的需求。蛋白質(zhì)工程可以彌補基因工程這個缺憾，卻離不開基因工程技術(shù)。 區(qū)別：基因工程得到的是天然存在的蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)工程得到的不是；基因工程是對基因進(jìn)行剪切和連接，蛋白質(zhì)工程是對基因進(jìn)行合成和改造。 ①蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，直接改造難度大。②蛋白質(zhì)是由基因編碼的，改造了基因，便可以間接改造蛋白質(zhì)。③基因可以遺傳，蛋白質(zhì)無法遺傳。 三、基因工程在其他方面的應(yīng)用 1.基因工程在法醫(yī)鑒定方面的應(yīng)用 親子鑒定 個體識別 2.基因工程在改良農(nóng)牧業(yè)品種方面的應(yīng)用 設(shè)計意圖：引導(dǎo)學(xué)生辯證地看待轉(zhuǎn)基因技術(shù) 3.基因工程在環(huán)境保護(hù)方面的應(yīng)用 4.基因工程在食品工業(yè)方面的應(yīng)用 設(shè)計意圖：課堂小結(jié)，辯證地看待基因工程，培養(yǎng)學(xué)生批判性思維 播放視頻，展示親子鑒定的演變 展示電泳結(jié)果圖，引導(dǎo)學(xué)生判斷親緣關(guān)系 展示番茄圖片，從不同角度提問學(xué)生想要改良的番茄性狀 小結(jié)基因工程在改良農(nóng)牧業(yè)品種方面的成果和對人類生活產(chǎn)生的影響 提問:轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品安全性 提問：你還能說出基因工程在哪些方面的應(yīng)用？請小組代表上臺展示 課后思考：我們應(yīng)該如何看待基因工程對人類產(chǎn)生的影響？如何利用？ 觀看視頻，了解親子鑒定的原理和技術(shù)進(jìn)步 分析電泳結(jié)果圖，判斷親緣關(guān)系 思考、討論、回答 討論、回答、爭論 學(xué)生展示 學(xué)生討論、回答

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