Элективный курс
элективный курс по биологии (9 класс) по теме

Власть над геном. Программа элективного курса по биологии 9 класс

Курс «Власть над геном» предназначен для учащихся 9-х классов, интересующихся биологией и позволяющий им сделать осознанный и успешный выбор профиля. Этот элективный спецкурс посвящен отдельному разделу биологии «Генная инженерия», не входящему в обязательную программу данного предмета, включает в себя 8 часов. Разработан на основе элективного курса Приходской Л.И.

Актуальность курса  определяется тем, что величайшие достижения биологии еще не стали известны широким массам, а школьные программы просто не успевают за развитием науки. Речь идет о направленном изменении наследственности - генной инженерии.

Для развития мотивации к изучению курса в содержании делается акцент на значимость данной науки для человека, его здоровья.

Курс предусматривает лекционно-индивидуальную систему и самостоятельную работу с периодическими изданиями, где последнее время успешно освещаются итоги работ ученных в данном направлении.

Курс завершается написанием учениками работ с практическими выводами, предложениями о перспективах развития данной отрасли биологии в медицине, сельском хозяйстве и народном хозяйстве.

Результат: творческая работа учащихся.

Методические рекомендации

Данный курс предназначен для того, чтобы учащиеся 9-х классов смогли определиться в выборе профессии, связанной с какой-либо отраслью биологической науки, и соответствующего профиля обучения. Уже само название курса «Власть над генами» должно вызвать интерес учащихся, желание и стремление изучать биологию в старших классах. Отбор содержания курса «Власть над геном» и осуществлялся на основе ряда фактов, стимулирующих развитие познавательных интересов у школьников. Содержание занятий носит проблемный характер, благодаря рассмотрению вопросов, носящих дискуссионный характер, на которые до сих пор нет однозначных ответов. В содержание курса был включен ряд вопросов, которых исследуются в современной науке и широко освещаются в средствах массовой информации, например, проблемы клонирования, получения трансгенных продуктов питания, профилактика СПИДа.

Еще один фактор, помогающий школьнику определиться в выборе дальнейшего пути, связанного с изучением биологии, - это ориентация содержания курса на старшую школу.

В курс включены вопросы, детальное рассмотрение которых предлагается в старшей профильной школе.

Требования к уровню усвоения учебного материала

В результате изучения элективного курса учащиеся должны

Знать:

- Понятие о наследственности, историю изучения наследственности.

- Основные этапы развития генетики как науки.

- Строение ДНК, одноцепочные ДНК вирусов.

- Редупликацию ДНК, генетический код.

- Особенности строения молекулы белка, этапы синтеза белка.

- Механизмы реализации генетической информации.

- Современные представления о гене.

- Метод обратной транскрипции.

- Достижение генной инженерии.

- Выделение плазмид, создание векторов.

- Методы искусственного синтеза гена. Открытие рестриктаз, скрининг.

- Структура генома человека.

- Наследственные заболевания человека.

Уметь:

- Объяснить рисунки и схемы, представленные по теме.

- Самостоятельно планировать предполагаемые пути дальнейшего развития генной инженерии.

- Иллюстрировать ответ простейшими схемами.

- Характеризовать сущность основных достижений человека над генами.

- Объяснять механизмы создания, встраивания новых генов в геном организма,

- На основе полученных знаний уметь объяснять огромные перспективы идентификации генов, ответственных за возникновение наследственных и приобретенных заболеваний.

- Уметь объяснять этические, моральные проблемы власти человека над генами.

Содержание программы

Занятие 1. Открытие существования генов

1) Понятие о наследственности, история изучения наследственности, причуды наследственности, изменение наследственности, бессознательный и методический отбор.

2) Развитие генетики как науки, история открытия, основные выводы и понятия.

3) Возникновение генной инженерии до своего рождения: поиски, эксперименты, открытия.

Оборудование:

портреты Г. Менделя, Н.И. Вавилова. Ч. Дарвина, Т. Моргана, таблицы, иллюстрирующие схемы наследования признака.

Занятие 2. Разгадка структуры генов

1) Строение нуклеиновых кислот:

-открытия Д. Уотсона и Ф. Крика;

- правило Э. Чаргафа, правило комплиментарности;

- одноцепочетные ДНК вирусов.

2) Удвоение (редупликация) ДНК.

3) Строение и свойства белков.

4) Механизм реализации генетической информации: виды РНК, процессы транскрипции,

- ДНК - РНК - гибридизация нетранскрибируемая ДНК, образование и - РНК.

5) От РНК к белку, т - РНК, процесс трансляции, генетический код, регуляция работы гена.

6) Современные представления о гене.

Оборудование: модель ДНК, модель «синтез белка»; шаблон «генетический код»; схема «строение гена», «гибрид ДНК - РНК».

Занятие 3. Передача генов из клетки в клетку

1) Создание первой рекомбинантной ДНК:

- геном прокариотической клетки;

-конъюгация бактерий; клетки-доноры и клетки-акцепторы.

2) Открытие бактериофагов, строение бактериофага, геном фага.

3) Открытие ферментов рестриктаз, разделение растрикционных фрагментов методом электрофореза, получение рестрикционных карт.

4) Открытие плазмид, обмен генов у бактерий через плазмиды, выделение плазмидных ДНК в чистом виде, метод селективных сред.

5) Перенос рекомбинантной плазмиды в бактериальную клетку, создание векторов.

6) Создание «библиотеки генов».

7) Клонирование генов в клетках эукариот.

Оборудование: схема получения рекомбинантной» ДНК; схема конструирования и переноса рекомбинантной ДНК в клетку бактерии; схема расщепления ДНК рестриктазой; рисунок строение бактериофага.

Занятие 4. Генная инженерия первые успехи

1) Болезни и наследственность: инфекционные заболевания, вызываемые бактериями (чума, холера, дизентерия, туберкулез, дифтерия) и вирусами (грипп, оспа, корь и т.д.), болезни, вызванные грибками и простейшими (малярия, сонная болезнь и т.д.) т.е. болезни, определяемые средой.

- Болезни, которые наследуются от родителей: генетические дефекты, мутации, (серповидно -клеточная анемия, гемофилия и др.)

- Предрасположенность организма к болезням (инфаркт, склероз, инсульт, гипертония, диабет, рак и т.д.).

2) Проблемы иммунологии: антигены, иммуноглобулин. Иммунная система человека, типы иммунных клеток, механизм иммунного ответа, проблемы пересадки органов,

- иммунодепрессанты, аутоаллергия.

3) Открытие и создание вакцин, работы Э.Дженнера, Л. Пастера, создание гаммаглобулинов (сыворотки).

Оборудование:

портрет Л. Пастера, Э. Дженнера; схема работы систем иммунного ответа.

Занятие 5. Успехи генной инженерии в медицине

1) Строение вирусов, получение субъединичных генно-инженерных вакцин, методы введения в геном вируса осповакцины.

2) Достижение современной иммунологии - гибридомы, способы получения моноклональных антител, их использование для диагностики инфекционных болезней, инфаркта, выявление метастаз рака и т.д. Создание противомалярийной вакцины: клонирование гена, кодирующего белок с антигенными свойствами к малярийному плазмодию. Поиски, эксперименты на пути борьбы с сонной болезнью.

3) Интерфероны и вирусы: явление интерференции, синтез в клетках интерферона, типы интерферонов, создание интерферонов из донорской крови и клеток человеческой плаценты. Получение генно-инженерных интерферонов: работы по клонированию генов интерферонов, получение штамма кишечной палочки, который синтезирует человеческий интерферон.

Оборудование: схемы получения гибридом; схема работы иммунной системы.

Занятие 6. Болезни, по-настоящему наследственные

1) Хромосомные болезни: изменение структуры отдельных хромосом, их количества в кариотипе, пороки развития, моносомия по аутосомам, моносомия по половым хромосомам, синдром Дауна, синдром «кошачьего крика», синдром Шершевского-Тернера и т.д.

2) Генные энзимопатии: наследственные дефекты обмена углеводов (галактоземия, мукополисахаридозы), наследственные нарушения обмена липидов и липопротеинов (сфинголипседозы), наследственные дефекты обмена аминокислот (фенилкетонурия, альбинизм), наследственные дефекты обмена витаминов, дефект белков крови (гемоглобинопатии), дефект структурных белков (коллагеновые болезни).

3) Наследственные болезни с невыясненным первичным биохимическим дефектом: муковисцидозы, ахондроплазия, миопатии.

4) Болезни с наследственным предрасположением: псориаз, шизофрения, сахарный диабет.

5) Первые попытки излечения наследственного дефекта: получение инсулина из поджелудочной железы животных.

6) Клонирование гена человеческого инсулина, саматропина. Лечение карликового роста, акромегалии. Открытие энкефалинов и эндорфинов, их связь с нервными и психическими расстройствами.

7) Попытки генной хирургии вставить «здоровый» ген в организм наследственно больного человека (ген ГГФРТ). Клонирование гена фактора VIII для лечения гемофилии.

8) Пренатальная диагностика наследственных заболеваний.

Оборудование: рисунок наследственно больных людей с ахондроплазией, Дауна, «кошачьего крика», синдром кляйнфельтера, Шершевского-Тернера, Эдвардса, Патау.

Занятие 7. Генная инженерия и онкология

1) Отличие клеток злокачественной опухали от здоровых клеток: неограниченный рост, метастазирование, миграция клеток по лимфатической и кровеносной системе.

2) Теории происхождения раковых клеток: нарушение регуляции работы генов под действием внешних и внутренних факторов, мутагенная теория - мутации в соматических клетках организма, концерогенная теория, концерогенные факторы. Вирусно-генетическая теория Л. А. Зильбера: включение нуклеиновой кислоты вируса в геном клетки, изменение регуляции генов в ней.

3) Открытие фермента обратной транскриптазы-ревертазы, ретровирусы, синтез ДНК на матрице РНК.

Потенциально концерогенные аденовирусы, онкогены и продукты их трансляции -онкобелки. Открытие протоонкогенов в нормальных клетках всех животных от низших червей до человека. Превращение протоонкогена в онкоген. Лейкозы, их формы и вирусы, которые могут их вызывать: вирус Т-клеточного лейкоза, вирус лейкоза крупного рогатого скота, вирус анемии лошадей, вирус СПИД, (иммунодефицита), строение вируса иммунодефицита, пути передачи вируса. Практическая сторона изучения злокачественных опухолей: активация клеток иммунной систем и химиотерапевтический, относительная эффективность их.

Оборудование: схемы выделения онкогена, строения генов вирусов Т-клеточного лейкоза и иммунодефицита, лечения человека, больного подулярной лимфомой.

Занятие 8. Генная инженерия и практическая микробиология

1) Биотехнология и ее этапы развития:

-древняя биотехнология (каменный век);

-промышленная микробиология (с середины XIX века), применение биотехнологических методов в пищевой промышленности и сельском хозяйстве;

-современная биотехнология: инженерная энзимология, получение иммобилизованных ферментов, иммобилизованных клеток с увеличенным числом генов, конструирование штаммов бактерий со сверхпродукцией незаменимых аминокислот для получения не только кормового, но и пищевого белка из микроорганизмов.

-проникновение биотехнологии в производство CMC , биометаллургию, интерес биотехнологий со сторон нефтяников.

Литература

1. Асланян М.М. Удивительная история овечки Долли. /Биология в школе - 1998 - №1.
2. Богданов А.А., Медников В.М. Власть над геном. - М.: Просвещение. 1989 г.
3. Боринская С.А. Гены в нашей жизни. /Биология в школе - 2001- №2.
4. Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. «Биология» в 3 т. - М.: Мир, 2001 г.
5. Дебабов В.Г. Биотехнология: вклад в решение глобальных проблем. /Биология в школе -1997-№1.
6. Ленин В.С., Сухих Г.Т. Медицинская клеточная биология. - М.: БЭБ, 1998 г.
7. Медицинская генетика. /Под редакцией Н.П. Бочкова - М.: Мастерство, 2001 г.
8. Новинова Т.А. Генная инженерия бактерий. /Биология в школе - 2004-№1.
9. Общая биология. /Под редакцией Рувинского А.О. - М.: Просвещение, 1993 г.
10. Стволанская Н.С. Истоки и перспективы международной программы «Геном человека»./Биология в школе - 2002 - №2.
11. Янковский Н.К., Боринская С.А. Человек и его гены /Биология в школе - 2001-№4, №5.