Giáo án chuyên đề Sinh học 12 cánh diều Bài 1: Thành tựu và nguyên tắc ứng dụng của sinh học phân tử

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ học tập

- Dựa trên câu trả lời của HS, GV dẫn dắt HS hình thành khái niệm sinh học phân tử.

- GV yêu cầu HS trả lời câu hỏi 1 SCĐ tr.6: Đối tượng nghiên cứu của sinh học phân tử là gì?

Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS nghiên cứu mục I SCĐ tr.6 và thực hiện nhiệm vụ theo hướng dẫn của GV.

- GV quan sát, định hướng HS (nếu cần thiết).

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- HS xung phong trả lời câu hỏi.

- HS khác theo dõi, nhận xét, góp ý.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- GV nhận xét, đánh giá.

- GV chuẩn kiến thức và yêu cầu HS ghi chép đầy đủ vào vở.

- GV kết luận: Sinh học phân tử là lĩnh vực khoa học nghiên cứu về cấu trúc, chức năng và sự tương tác giữa các đại phân tử sinh học, chủ yếu là nucleic acid và protein.

- GV chuyển sang hoạt động tiếp theo.

I. KHÁI NIỆM SINH HỌC PHÂN TỬ

- Khái niệm: Sinh học phân tử là lĩnh vực khoa học nghiên cứu về cấu trúc, chức năng và sự tương tác giữa các đại phân tử sinh học.

- Đối tượng nghiên cứu: 

+ Nucleic acid và protein; 

+ Các quá trình, cơ chế liên quan trong tế bào sống; 

+ Các kĩ thuật thao tác trên các đại phân tử này để nghiên cứu và ứng dụng vào thực tiễn.

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV chia lớp thành các nhóm, mỗi nhóm khoảng 4 – 6 HS. 

- GV yêu cầu HS các nhóm nghiên cứu nội dung mục II SCĐ tr.6 - 8, hoàn thành bảng sau:

Bảng 1.1. Một số thành tựu hiện đại về lí thuyết của sinh học phân tử

- Để củng cố kiến thức, GV yêu cầu cá nhân HS trả lời các câu hỏi sau:

1. Kĩ thuật PCR có ứng dụng như thế nào trong đời sống?

2. Lấy ví dụ ứng dụng của kĩ thuật PCR trong thực tiễn.

Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS nghiên cứu nội dung mục II SCĐ tr.6 - 8 và thực hiện nhiệm vụ theo hướng dẫn của GV.

- GV quan sát, định hướng HS (nếu cần thiết).

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện nhóm trình bày.

- Các nhóm khác theo dõi, nhận xét, góp ý.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- GV nhận xét, đánh giá.

- GV chuẩn kiến thức và yêu cầu HS ghi chép đầy đủ.

- GV kết luận: Một số thành tựu lí thuyết nổi bật về sinh học phân tử: Mô hình cấu trúc xoắn kép của phân tử DNA, thuyết trung tâm của sinh học phân tử, mã di truyền, cơ chế điều hòa phiên mã của gene, dự đoán và tách chiết enzyme giới hạn, công nghệ DNA tái tổ hợp, kĩ thuật giải trình tự DNA, kĩ thuật PCR, giải mã trình tự hệ gene người.

- GV chuyển sang hoạt động tiếp theo.

II. MỘT SỐ THÀNH TỰU HIỆN ĐẠI VỀ LÍ THUYẾT CỦA SINH HỌC PHÂN TỬ

Bảng 1.1. Một số thành tựu hiện đại về lí thuyết 

của sinh học phân tử

(Đính kèm dưới hoạt động)

Hướng dẫn trả lời câu hỏi củng cố:

1. Một số ứng dụng của kĩ thuật PCR trong đời sống:

+ Nhân bản đặc hiệu đoạn DNA: nhân dòng gene, chuẩn bị nguyên liệu cho các kĩ thuật sinh học phân tử.

+ Y học: xét nghiệm PCR chẩn đoán tác nhân gây bệnh, chẩn đoán đột biến di truyền, chuẩn bị gene lành cho liệu pháp gene.

+ Pháp y, khoa học hình sự: xác định danh tính nạn nhân, nghi can, xác định quan hệ huyết thống.

2. Trong xét nghiệm di truyền xác định huyết thống, sử dụng kĩ thuật PCR để nhân lên nhiều bản sao của gene từ mẫu sinh học của cha (mẹ) và con, tạo nguyên liệu giải trình tự gene.

Thành tựu

Thời gian

Tác giả

Nội dung

Ý nghĩa

Mô hình cấu trúc xoắn kép của phân tử DNA

1953

Watson và Crick

Phân tử DNA có cấu trúc hai mạch polynucleotide ngược chiều, song song, xoắn kép, đơn phân là các nucleotide.

Giúp giải thích phương thức thông tin di truyền được lưu giữ và truyền qua các thế hệ.

Thuyết trung tâm của sinh học phân tử

1958

Crick

Mô tả các nguyên lí cơ bản của quá trình lưu trữ và truyền thông tin di truyền từ DNA tới protein qua trung gian RNA.

Thúc đẩy các hiểu biết về cơ chế sinh học phân tử và các ứng dụng trong thực tiễn.

Cơ chế điều hòa phiên mã của gene

1961

F. Jacob và J. Monod

Cơ chế điều hòa quá trình phiên mã ở operon lac của vi khuẩn E.coli.

Giúp hiểu rõ cơ chế kiểm soát và điều hòa sự truyền thông tin di truyền từ DNA đến mRNA, ứng dụng trong nghiên cứu về các nguyên nhân gây bệnh và các can thiệp y khoa, liệu pháp gene.

Mã di truyền

1961

M.W. Nirenberg và J.H. Matthaei

Bộ mã di truyền gồm 64 mã bộ ba (codon).

Giúp giải thích thông tin di truyền được truyền như thế nào từ DNA tới protein.

Dự đoán và tách chiết enzyme giới hạn

1962 – 1970

W. Arber 

H. Smith

Dự đoán sự tồn tại của enzyme giới hạn.

Tách chiết và mô tả enzyme giới hạn.

Cho phép thực hiện các thao tác trên DNA, từ đó cho phép phát triển các kĩ thuật là các công cụ sinh học phân tử cơ bản.

Công nghệ DNA tái tổ hợp

1972 – 1973

P. Berg

A.C.Y. Chang và H.W. Boyer

Tạo ra phân tử DNA tái tổ hợp đầu tiên.

Tạo ra plasmid tái tổ hợp, ứng dụng trên E.coli.

Thúc đẩy sự ra đời của công nghệ di truyền.

Kĩ thuật giải trình tự DNA

1977

F. Sanger

Kĩ thuật giải trình tự DNA đầu tiên.

Giúp xác định trình tự nucleotide trên DNA, cung cấp công cụ cho nghiên cứu thông tin di truyền, cấu trúc gene, hiểu rõ hệ gene, nghiên cứu và chẩn đoán bệnh tật di truyền, y học cá nhân,...

Kĩ thuật PCR

1985

K.B. Mullis

Kĩ thuật PCR cho phép khuếch đại số bản sao DNA trong ống nghiệm dựa trên trình tự DNA khuôn.

Ứng dụng nhân bản đặc hiệu đoạn DNA, y học, pháp y, khoa học hình sự.

Giải mã trình tự hệ gene người

Bắt đầu năm 1990, kết thúc năm 2003, hoàn chỉnh năm 2022

Hội đồng hệ gene người

Hệ gene người hoàn chỉnh.

https://www.cbc.ca/radio/quirks/apr-2-new-human-genome-lion-cuddle-chemical-pluto-s-ice-volcanoes-and-more-1.6404243/scientists-sequence-complete-gap-free-human-genome-for-the-first-time-1.6405476 

Ý nghĩa quan trọng trong lĩnh vực di truyền học người, mở ra khả năng ứng dụng trong y học chính xác, nghiên cứu bệnh tật (ung thư, lão hóa,...), y học cá nhân.