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2019-2020年高中生物 6.3基因治療和人類基因組計(jì)劃教案教案 浙科版必修2 一、教學(xué)目標(biāo)： [知識(shí)目標(biāo)]：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(jì)劃的內(nèi)容、過程、意義及實(shí)施的艱巨性，學(xué)會(huì)利用互聯(lián)網(wǎng)收集有關(guān)人類基因組計(jì)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(xué)進(jìn)步的意義與價(jià)值。 [能力目標(biāo)]：通過對SCID病基因治療圖的分析，提高學(xué)生識(shí)圖能力。培養(yǎng)學(xué)生利用互聯(lián)網(wǎng)搜集信息資料的能力、表達(dá)能力、語言組織能力和團(tuán)隊(duì)合作能力。通過探討基因檢測對社會(huì)帶來的一系列問題，培養(yǎng)學(xué)生分析判斷能力。 [情感態(tài)度與價(jià)值觀]：正確認(rèn)識(shí)人類基因組計(jì)劃的艱巨性，激發(fā)學(xué)生探求生命科學(xué)奧秘的興趣。培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度及勇于探索、克服困難等科學(xué)素養(yǎng)，提高學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)。 二、教材分析： [教材的地位作用]：《基因治療與人類基因組計(jì)劃》是本章的重點(diǎn)內(nèi)容之一。此節(jié)內(nèi)容是學(xué)生通過對第2冊前幾章有關(guān)遺傳變異知識(shí)的學(xué)習(xí)，意在理論聯(lián)系實(shí)際，也為以后基因工程的學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)。 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(zhuǎn)錄病毒。第二步，此病毒感染人T淋巴細(xì)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(xì)胞回注到病人體內(nèi)。通過具體病例的介紹使學(xué)生理解基因治療的一般步驟和方法。第二個(gè)內(nèi)容是介紹了人類基因組計(jì)劃的實(shí)施過程及意義。安排了一個(gè)課外活動(dòng)：利用互聯(lián)網(wǎng)了解人類基因組計(jì)劃的實(shí)施過程和應(yīng)用價(jià)值。通過每位學(xué)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(xué)生收集信息的能力，并深刻認(rèn)識(shí)到科學(xué)探索過程中的艱辛。學(xué)生活動(dòng)：討論誰有權(quán)利知道基因檢測的結(jié)果。設(shè)置了多個(gè)討論題，供學(xué)生活動(dòng)，從而使學(xué)生更深入地理解人類基因組計(jì)劃的意義，加深對前面知識(shí)的理解。 [教學(xué)重點(diǎn)]：基因治療的概念，SCID病的基因治療過程，人類基因組計(jì)劃的實(shí)施過程及意義. [難點(diǎn)]：SCID病的基因治療步驟。 學(xué)情分析：關(guān)于基因治療和人類基因組計(jì)劃是目前科學(xué)界的熱門話題，學(xué)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(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生在 第一冊中已學(xué)習(xí)了病毒、細(xì)菌、淋巴細(xì)胞等細(xì)胞結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，通過第二冊的學(xué)習(xí)，已掌握了有關(guān)組成基因的堿基序列、性狀及基因控制性狀等知識(shí)，為本章內(nèi)容的學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)。但是學(xué)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(xué)設(shè)計(jì)： [課前準(zhǔn)備]：教師：搜集信息、供學(xué)生討論閱讀。多媒體課件：基因治療SCID病的過程學(xué)生：分組通過互聯(lián)網(wǎng)搜集有關(guān)人類基因組計(jì)劃的實(shí)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(xué)過程]： 1、設(shè)疑，導(dǎo)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(jìn)的？ 學(xué)生討論 [生]：早期治療方案是利用從動(dòng)物中提取出來的胰島素治療，因?yàn)槭莿?dòng)物體內(nèi)的，效果不是很理想。如果直接從人體血清中提取，不僅費(fèi)用昂貴，而且產(chǎn)量很少。幾年前科學(xué)家將人體內(nèi)控制合成胰島素的基因成功地導(dǎo)入了一奶牛受精卵內(nèi)，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(shí)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(zhuǎn)入胰島細(xì)胞中，使細(xì)胞恢復(fù)合成胰島素的能力,即基因治療。 2、案例教學(xué)，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(shí)施SCID病基因治療臨床試驗(yàn)中。該免疫缺陷癥表現(xiàn)為T細(xì)胞和B細(xì)胞的嚴(yán)重免疫缺陷，如不治療，嬰兒會(huì)在出生后一年內(nèi)，由于嚴(yán)重和反復(fù)的感染而夭折。SCID常規(guī)療法是進(jìn)行骨髓移植，但是它的配型很困難，而且會(huì)由于捐獻(xiàn)者患有感染性的單核細(xì)胞增多癥，導(dǎo)致病人產(chǎn)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(xì)胞中最多，ADA缺乏導(dǎo)致脫氧腺苷和脫氧三磷酸腺苷蓄積在細(xì)胞內(nèi)，特別是淋巴細(xì)胞內(nèi)。這兩種代謝產(chǎn)物對淋巴細(xì)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(guān)內(nèi)容。 [師]：多媒體動(dòng)畫展示 [師]：病毒、細(xì)菌、T淋巴細(xì)胞結(jié)構(gòu)有何區(qū)別？ [生]：病毒無細(xì)胞結(jié)構(gòu)，細(xì)菌原核細(xì)胞，無染色體，人T淋巴細(xì)胞為真核細(xì)胞，有真正的細(xì)胞核。 [師]：細(xì)菌中的ADA基因是如何整合到反轉(zhuǎn)錄病毒上的？ [生]：逆轉(zhuǎn)錄病毒感染細(xì)菌。 [師]：T淋巴細(xì)胞的功能是什么？ [生]：免疫。 [師]：T淋巴細(xì)胞能與被抗原入侵的宿主細(xì)胞密切接觸，激活靶細(xì)胞內(nèi)的溶酶體酶，使靶細(xì)胞的通透性發(fā)生改變，最終導(dǎo)致靶細(xì)胞裂解死亡，細(xì)胞內(nèi)的抗原也因失去藏身之所而為抗體消滅。同時(shí)，T淋巴細(xì)胞還能釋放出可溶性免疫活性物質(zhì)——淋巴因子，如白細(xì)胞介素、干擾素等。淋巴因子大都是通過加強(qiáng)各種有關(guān)細(xì)胞的作用來發(fā)揮免疫效應(yīng)的。 [師]：T淋巴細(xì)胞如何得到ADA基因？ [生]：逆轉(zhuǎn)錄病毒的感染。 師小結(jié)：基因治療SCID病基本步驟：（1）讓反轉(zhuǎn)錄病毒作為載體，首先將細(xì)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(xì)胞，體外培養(yǎng)T淋巴細(xì)胞，篩選出ADA基因已整合到染色體上的細(xì)胞。（3）將攜帶正常ADA基因的T淋巴細(xì)胞回注到病人體內(nèi)。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(dǎo)學(xué)生活動(dòng)]提供材料，學(xué)生分組討論這些資料。 材料一 人類基因組計(jì)劃是人類歷史上第一次由全世界各國不分大小、不分強(qiáng)弱，所有科學(xué)家一起執(zhí)行的科研項(xiàng)目。實(shí)施人類基因組計(jì)劃伊始，發(fā)達(dá)國家具有遠(yuǎn)見的科學(xué)家即號召全球各個(gè)國家的政府都重視這一項(xiàng)目，并號召全世界科學(xué)家共同參與，建議所有的進(jìn)展、所有的數(shù)據(jù)、所有的實(shí)驗(yàn)資源應(yīng)隨時(shí)公布于眾，讓全世界所有國家免費(fèi)享用。在實(shí)施過程中，各國科學(xué)家精誠合作、共享材料、共享數(shù)據(jù)，共同攻關(guān)。這在人類自然科學(xué)史上，是史無前例的。人類基因組計(jì)劃與另兩個(gè)有全球性意義的項(xiàng)目，即曼哈頓原子彈計(jì)劃和阿波羅登月計(jì)劃相比，更顯示了人類的諧同與進(jìn)步，自（wsjk.cn） 材料二 人類基因組計(jì)劃（Human Genome Project，HGP）也稱人類基因測序計(jì)劃，主要目標(biāo)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(jié)構(gòu)、功能、表達(dá)、調(diào)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(jiǎng)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(huì)批準(zhǔn)美國的“人類基因組計(jì)劃”于同年10月1日正式啟動(dòng)。美國的人類基因組計(jì)劃總體規(guī)劃是：擬在15年內(nèi)至少投入30億美元，進(jìn)行對人類全基因組的分析。此計(jì)劃在1993年作了修改，其主要內(nèi)容包括：人類基因組的基因圖構(gòu)建與序列分析；人類基因的鑒定；基因組研究技術(shù)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(huì)、法律與倫理問題，交叉學(xué)科的技術(shù)訓(xùn)練，技術(shù)的轉(zhuǎn)讓，研究計(jì)劃外延等共9方面的內(nèi)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(dòng)的“人類基因組計(jì)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(gè)堿基對組成，打個(gè)比方，就像是一部由30億個(gè)由ATCG四個(gè)字母交替組成的大書。這個(gè)計(jì)劃的目的，就是要知道這四個(gè)字母的排列順序。但是由于技術(shù)的原因，在測序之前，需要先把這本書撕成許多個(gè)片斷分別閱讀，然后再把這些片斷拼接起來恢復(fù)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(cuò)誤，并不是一本完整準(zhǔn)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(gè)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(gè)基因，了解了其編碼的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和基本功能以及基因調(diào)控的機(jī)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(gè)，但是能跟被編碼的蛋白質(zhì)對上號的，也不過數(shù)千個(gè)。最樂觀的估計(jì)，沒有幾十年的時(shí)間，不可能初步完成這項(xiàng)破譯，而如果要把所有蛋白質(zhì)的相互關(guān)系研究透徹，那要花上更長久的時(shí)間。 即使到了這個(gè)遙遙無期的時(shí)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(jì)劃是源于一個(gè)并不恰當(dāng)?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(gè)人（塞來拉公司用的是5個(gè)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(yuǎn)多于蛋白質(zhì)的變異，并不存在一本單一的基因標(biāo)準(zhǔn)“密碼本”。如果將某些個(gè)特定個(gè)體的遺傳當(dāng)成了人類遺傳的標(biāo)準(zhǔn)而忽視了人類遺傳的多樣性，是極其危險(xiǎn)的。 人類基因組的完整序列，無疑能成為遺傳學(xué)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(dāng)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(dá)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(diǎn)，而不是結(jié)束。自《叩問基因時(shí)代的爭論》方舟子著 P35。 材料五 六國科學(xué)家公布人類基因組細(xì)節(jié)研究成果 新華網(wǎng)華盛頓2月11日專電（記者吳偉農(nóng)）人類基因計(jì)劃、美國塞萊拉遺傳信息公司、美國《科學(xué)》雜志和英國《自然》雜志聯(lián)合宣布，繼科學(xué)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(zhǔn)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(yù)測人類約有14萬個(gè)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(gè)之間。如果最終確定出的基因數(shù)在這個(gè)范圍內(nèi)，比如3萬個(gè)左右，那么，人類只比果蠅多大約1．3萬個(gè)基因。塞萊拉公司的科學(xué)家測出的序列準(zhǔn)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(diǎn)”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?；蛎芏仍诘?7、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(fù)的序列。這意味著所有這些重復(fù)序列，即原來被認(rèn)為的“垃圾DNA”應(yīng)該被進(jìn)一步研究。事實(shí)上，第19號染色體57％是重復(fù)的。除了重復(fù)片段，科學(xué)家還鑒定了210萬個(gè)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(gè)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(shí)，《科學(xué)》雜志總編肯尼迪說，塞萊拉科學(xué)家揭示的人類基因組面貌是一項(xiàng)出色的成就，它代表了所有迄今完成的最準(zhǔn)確的人類基因組，也為人類醫(yī)學(xué)新發(fā)展提供了嶄新的、激動(dòng)人心的前景。 [學(xué)生活動(dòng)]：學(xué)生分組閱讀、討論上述資料。 [教師活動(dòng)]：教師提出具體問題，并用實(shí)物投影儀投射在大屏幕上。 1.人類基因組計(jì)劃于哪年啟動(dòng)？耗資多少？有哪些國家參與？ 2.人類基因組計(jì)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(bào)》（2000年6月27日）所言“人類基因密碼破譯”？ 5.某報(bào)道說，當(dāng)某科學(xué)家被記者問到，以后是否可能用轉(zhuǎn)基因技術(shù)創(chuàng)造出從事 特殊服務(wù)的“新人類”，如不吃不拉埋頭苦干的轉(zhuǎn)基因奴隸時(shí)， 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(jì)劃的實(shí)施，某科學(xué)家預(yù)言：“不久的幾年內(nèi)，人們將看到一健康的5 000種遺傳病以及與遺傳密切相關(guān)的癌癥、心血管疾病、關(guān)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(xué)生活動(dòng)]：利用互聯(lián)網(wǎng)了解人類基因組計(jì)劃的實(shí)施過程 請每小組指定一員把課前準(zhǔn)備的材料制作成的PPT文件展示給全班同學(xué)，并用簡練的語言向同學(xué)們介紹。 [學(xué)生討論]：（1）你認(rèn)為人類基因組研究最核心的理論基礎(chǔ)是什么？ （2）在人類基因組計(jì)劃中最核心的技術(shù)是什么？（3）在人類基因組計(jì)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(shí)施人類基因組計(jì)劃的過程中，多個(gè)國家進(jìn)行了國際合作，這體現(xiàn)了今天的科學(xué)發(fā)展具有什么特點(diǎn)？ （5）在實(shí)施人類基因組計(jì)劃的過程中，計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)揮了什么樣的作用？ [師]：人類基因組計(jì)劃的應(yīng)用價(jià)值有那些？ [生]：（1）追蹤疾病基因。（2）估計(jì)遺傳風(fēng)險(xiǎn)（3）優(yōu)生優(yōu)育（4）建立個(gè)人擋案（5）用于基因治療。 [師]：隨著基因組計(jì)劃的完成，科學(xué)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(xué)生討論： 什么是探針？ 對DNA進(jìn)行兩次熱處理的原因？ 基因診斷的原理是什么？ 師生小結(jié)：探針就是用放射性同位素、熒光分子等標(biāo)記的DNA分子。第一次對DNA進(jìn)行熱處理是為了讓DNA解旋后成單鏈DNA進(jìn)行擴(kuò)增，第二次是為了讓單鏈DNA與探針DNA進(jìn)行雜交?；蛟\斷的原理是DNA分子的雜交原理。 學(xué)生活動(dòng)：討論誰有權(quán)利知道基因檢測的結(jié)果。 學(xué)生討論：就基因檢測給社會(huì)、人們的生活帶來的一系問題展開討論。 個(gè)人知道自己的基因檢測結(jié)果有什么價(jià)值？ 保險(xiǎn)公司、企業(yè)雇主為什么想獲得他人的基因信息？ 關(guān)于“個(gè)人基因信息是否應(yīng)該得到保護(hù)”這個(gè)問題，你的 觀點(diǎn)是什么？ 列舉支持你的觀點(diǎn)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(jié)果課堂展示。 練習(xí)鞏固： 1、基因治療是指---------（ ） A 把健康的外源基因?qū)胗谢蛉毕莸募?xì)胞中，達(dá)到治療疾病的目的 B對有缺陷的細(xì)胞進(jìn)行修復(fù)，從而使其恢復(fù)正常，從而達(dá)到治療疾病的目的 C運(yùn)用人工誘變的方法，使有基因缺陷的細(xì)胞發(fā)生基因突變，從而恢復(fù)正常 D運(yùn)用基因工程技術(shù)，把有缺陷的基因切除，從而達(dá)到治療疾病的目的 2、半乳糖血癥病人由于細(xì)胞內(nèi)不能合成1-磷酸半乳糖尿苷酰轉(zhuǎn)移酶，從而導(dǎo)致體內(nèi)半乳糖積累引起肝臟等功能變損。美國的一位科學(xué)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(xì)胞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些組織細(xì)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(xué)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(jì)劃正式啟動(dòng)，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(xì)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(xué)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(bǔ)基因”，你是否贊成這種觀點(diǎn)，試從新陳代謝角度簡要說明理由。 。 普陀第三中學(xué) 繆朝陽