Изучение вопросов биотехнологии в курсе химии средней школы (стр. 17 из 18)
УРОК №8 по теме «Основы генной инженерии»
Задачи:
1. Образовательная: знакомство с современной биотехнологией – генетической инженерией, основные направления и задачи. Принципиальные методы создания искусственных генетических структур.
2. Развивающая: а) развитие познавательного интереса учащихся;
б) формирование логического мышления в процессе освоения теоретических приемов конструирования генетических структур;
в) формирование умений и навыков умственного и практического труда.
3. Воспитательная: а) в целях формирования диалектического мировоззрения показать познаваемость тонких механизмов реализации генетической программы организма и возможности воздействия человека на геномы различных живых объектов;
б) воспитание мотивации к обучению.
Ход урока:
1. Организация класса
Обсуждение вопросов, возникнувших при оформлении практической работы.
2. Актуализация знаний
«…там, где природа кончает производить свои виды, там человек начинает из природных вещей создавать, с помощью этой же самой природы, бесчисленные виды новых вещей». (Л. Да Винчи: расшифрованные записные книжки)
С глубокой древности человек мечтал создавать новые виды животных … людей. Достаточно вспомнить множество мифов о русалках, кентаврах, сиренах и других сказочных (?!) персонажах. Кто знает, может в недалеком будущем они станут реальностью.
На сегодняшнем уроке мы попытаемся разобраться, что служит основанием для таких суждений.
3. Изучение нового материала
Если вы вспомните первое занятие, то сами скажете, в какой «биотехнологической эре» мы сейчас живем (эра генетической инженерии).
Попробуем разобраться в этом термине:
генетическая (генная) – затрагивающая генетические структуры (какие это структуры?);
инженерия подразумевает конструирование, модификацию в механическом смысле.
Итак, запишите определение:
Генная инженерия – система экспериментальных приемов, позволяющих конструировать лабораторным путем искусственные генетические структуры, вводить их в клетку и позволяющих в ней совершать работу.
Возможно, у вас вызвало недоумение словосочетание «совершать работу». Вспомним простейшую схему реализации генетической информации:
участок ДНК (ген) РНК белок (на доске)и именно белок реализует генетическую информацию сам по себе или, если он фермент, запускает превращение каких-то веществ. Например, собаки не нуждаются в поступлении извне витамина С, а синтезируют его из компонентов углеводистой пищи. Следовательно, если гены, кодирующие нужные ферменты такого превращения, «пересадить» от собаки организму, испытывающему недостаток витамина С (морской свинке, человеку!?!), то проблема будет решена. Правда, данный перенос генов на современном этапе утопичен, но я привел его как наглядный пример биотехнологического использования.
Успехи в генной инженерии стали возможны благодаря изучению простейших живых существ (вирусов и бактерий) на генетическом уровне. Прежде, чем извлечь нужный ген из микроорганизма, надо знать его местоположение. Составлены так называемые генетические карты многих штаммов бактерий и вирусов методами классической генетики. Нужен «почтальон» – носитель генов, предназначенных для переноса («вектор»). Такие имеются в природе с незапамятных времен: плазмиды и бактериофаги. Плазмиды – кольцевые молекулы ДНК, относительно небольших размеров, самостоятельно существующие независимо от хромосомы бактерии. Они обусловливают вне хромосомную наследственность (кстати, у человека её обусловливают митохондрии). И конечно нужны «хирургические скальпели» молекулярных размеров, позволяющие резать ДНК в нужных местах. И такие инструменты всегда были рядом с нами и даже в нас: ферменты специфического расщепления ДНК – рестриктазы. Роль их в клетке – разрушение вирусных ДНК. Каждая рестриктаза специфична по-своему, но все они имеют одну общую особенность – действуют на последовательности, читаемые в одной цепи ДНК, идентично другой, но в противоположную сторону:
5´ ГААТТЦ 3´ 5´ ЦТТААГ 3´«перевертыши»: «А роза упала на лапу Азора».
Обратите внимание, что образовались однотяжевые последовательности, комплементарные друг другу, «липкие концы». Уже известно более 500 рестриктаз, позволяющих расщеплять ДНК в 120 последовательностях. Впервые их применили в 1972 году в США.
Есть ферменты, сшивающие разрывы ДНК (на доске):
ААТТ ААТТ ______________________ ____________________________________________  ТТАА ТТАА рестриктаза = ААТТ ТТАА (плазмида) | ААТТ ___________________ ___________________ ТТАА (нужный ген) = ААТТ ___________________ ___________________ ТТАА (раскрытая плазмида) | ААТТ ТТАА ТТАА ААТТ гибридная ДНК (после сшивки) |
Теперь обновленные плазмиды, поглощенные бактериями из раствора, можно размножить в миллионы раз – клонировать. А встроенный ген будет работать и нарабатывать нужный белок, витамин, аминокислоту… Это мы рассмотрим на следующем уроке.
УРОК №9 по теме «Применение генной инженерии»
Задачи:
1. Образовательная: знакомство учащихся с применением достижений генной инженерии в биотехнологии: клонирование генов в различных организмах. Проблемы и перспективы данного направления.
2. Развивающая: а) развитие познавательного интереса учащихся в связи с занимательностью материала;
б) формирование логического мышления в ходе познания путей получения современных лекарственных препаратов и новых сортов растений;
в) формирование умений и навыков умственного и практического труда.
3. Воспитательная: а) в целях формирования диалектического мировоззрения показать хрупкость состояния природного равновесия и все возрастающую роль человека в поддержании этого равновесия;
б) воспитание мотивации к обучению.
Ход урока:
1. Организация класса
Объясните, как можно пересадить ген от одного микроорганизма другому?
2. Актуализация знаний
Итак, мы разобрались, как можно пересадить ген от одного организма другому. Сегодня посмотрим, к чему это приводит или может привести.
3. Изучение нового материала
В настоящее время основные работы по генной модификации организмов ведутся с бактериями, так как они наиболее изучены и просты. Многие штаммы микроорганизмов также являются сверхпродуцентами различных биологически активных веществ.
Материал к уроку смотри клонирование в клетках различных организмов(главаI).
«Мы почувствовали себя ничтожными существами, богохульно дерзнувшими затронуть силы, бывшие до сих пор в неприкосновенности». (Генерал Фарелл, очевидец взрыва первой экспериментальной атомной бомбы 16.07.1945)
УРОК №10 Итоговая проверочная работа
I вариант
1. Определение биотехнологии
2. Принцип работы биофильтра, аэротенка
3. Напишите уравнения реакций микробиологического окисления пирита, выщелачивания медных отвалов
4. Определение иммобилизованного фермента. Методы иммобилизации.
5. Что такое генная инженерия?
II вариант
1. Этапы развития биотехнологии
2. Уравнения процессов молочнокислого и спиртового брожения, получения уксуса
3. Определение биометаногенеза, этапы
4. Принцип отбора мутантов с нарушениями регуляторных систем
5. Как вы понимаете понятия: вектор, рестриктазы
3.3 Примерный план включения материала элективного курса в темы неспециализированной программы по химии
| Занятия элективного курса | Материал «стандартных» уроков |
| Биотехнологические процессы в пищевой промышленности. | Углеводы, процессы брожения; Получение этилового спирта |
| Биотехнологическая переработка отходов | Охрана гидросферы; получение низших УВ(биометаногенез) |
| Бактериальное выщелачивание | Получение металлов; экологические аспекты химии – переработка промышленных отходов |
| Основы получения БАВ. Производство кормового белка. Производство аминокислот, витаминов и антибиотиков | Химия и жизнь; биологически активные вещества |
| Применение ферментов | Белки, ферменты |
| Основы генной инженерии. Применение генной инженерии | Нуклеиновые кислоты, перспективы изучения |
3.4Педагогический эксперимент
Приведённая практическая работа была выполнена на занятиях школы №18 со школьниками 10 «А» и 10 «Б» и со студентами 5 курса биолого-химического факультета КГПУ им. К.Э. Циолковского.
Занятие по теме «Микробиологическое выщелачивание» было также проведено со студентами (БХ-51) за невозможностью использования резервов школы.
Кроме того, был изучен и переработан опыт учителей средней школы №18 г. Калуги в преподавании темы «Биотехнология». Данная тема затрагивается ими в 11 классе в модуле «Химия в жизни общества» (по программе О.С. Габриеляна).
Вывод
Педагогический эксперимент выявил некоторые технические и временные недостатки предлагаемой практической работы. По нашему мнению целесообразнее её проводить во внеурочное время: на факультативных занятиях и кружках.