Giáo án chuyên đề Sinh học 12 kết nối Bài 1: Khái quát sinh học phân tử và các thành tựu

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ 

- GV đặt vấn đề, giới thiệu về nguồn gốc ra đời của chuyên ngành sinh học phân tử:

+ Năm 1868: Friedrich Miescher xác định và phân lập được chất chính có trong nhân tế bào là nuclein.

Friedrich Miescher (1844 - 1895)

+ Năm 1938: được coi là thời điểm ra đời của chuyên ngành sinh học phân tử.

+ Năm 2022: có tới 100 giải thưởng Nobel trao cho các thành tựu của sinh học phân tử trong tổng số 228 giải thưởng về sinh lí, y học hoặc hóa học.

- GV yêu cầu HS thảo luận cặp đôi và hoàn thành Phiếu học tập số 1:

- Dựa trên sản phẩm của HS, GV yêu cầu HS rút ra kết luận về khái niệm sinh học phân tử.

Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ 

- HS đọc thông tin mục I, thảo luận cặp đôi và thực hiện nhiệm vụ theo hướng dẫn của GV.

- GV quan sát; hướng dẫn HS (nếu cần thiết).

Bước 3: Báo cáo, thảo luận

- Đại diện nhóm HS trình bày.

- Các HS nhóm khác nhận xét, bổ sung.

Bước 4: Kết luận, nhận định

- GV nhận xét, đánh giá câu trả lời của các nhóm HS, thái độ làm việc của HS trong nhóm.

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

- GV dẫn dắt sang hoạt động tiếp theo.

I. KHÁI NIỆM SINH HỌC PHÂN TỬ

- Khái niệm: Sinh học phân tử là chuyên ngành sinh học nghiên cứu về cấu trúc, chức năng của các đại phân tử trong tế bào và các quá trình sống xảy ra ở cấp độ phân tử, qua đó, phát triển các kĩ thuật áp dụng các thành tựu của sinh học phân tử vào thực tiễn.

Thông tin bổ sung

1. Câu chuyện hấp dẫn của Friedrich Miescher và khám phá mang tính đột phá của ông về DNA

Việc phát hiện ra DNA của Friedrich Miescher vào năm 1869 đã đánh dấu một bước ngoặt trong lĩnh vực sinh học phân tử và di truyền học. Là một nhà nghiên cứu nghiên cứu thành phần của các tế bào bạch huyết, Miescher tình cờ phát hiện ra một phân tử mới mà ông gọi là nucleon, mà ngày nay chúng ta gọi là DNA. Khám phá này được thực hiện khi nghiên cứu mẫu nhân tế bào, đã mở ra một thế giới hiểu biết hoàn toàn mới về các khối xây dựng cơ bản của sự sống và cách chúng được truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác (https://youtu.be/UpT5_l3iq7E).  

2. Một số giải thưởng Nobel về sinh học phân tử từ năm 2022

- Năm 2022: Nhà di truyền học người Thụy Điển Svante Pääbo đạt giải Nobel y sinh về thành tựu giải mã bộ gene những giống loài người (homonins) đã tuyệt chủng và góp phần xây dựng giả thiết về sự tiến hóa của loài người (nguồn: https://tuoitre.vn/nobel-y-sinh-2022-giai-ma-gene-de-hieu-tien-hoa-cua-loai-nguoi-20221004073744856.htm).

- Năm 2023: Hội đồng Nobel tại Viện Karolinska ở thủ đô Stockholm của Thụy Điển đã công bố giải Nobel Y sinh năm 2023 thuộc về nhà khoa học người Hungary Katalin Kariko và nhà khoa học người Mỹ Drew Weissman với phát hiện về việc biến đổi cơ sở nucleoside để phát triển vaccine công nghệ mRNA hiệu quả trong phòng ngừa COVID-19 (nguồn: https://nvsk.vnanet.vn/giai-nobel-y-sinh-2023-va-cac-giai-nobel-y-sinh-trong-10-nam-gan-day-1-125756.vna).  

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ 

- GV chia lớp thành các nhóm, mỗi nhóm khoảng 6 - 8 HS. 

- GV yêu cầu HS đọc nhanh mục II.1 SGK tr.6 trong 3 phút và trả lời câu 1 hộp Dừng lại và suy ngẫm SGK tr.8: Nêu một số phát minh quan trọng trong sinh học phân tử.

- Dựa trên câu trả lời của HS kết hợp Hình 1.2, GV yêu cầu các nhóm trao đổi, thảo luận trả lời câu hỏi sau: Trong số các thành tựu sinh học phân tử nổi bật được mô tả Hình 1.2, hãy đề xuất lựa chọn 3 thành tựu mà em cho là có tính cách mạng. Lí giải nguyên nhân lựa chọn.

- HS ghi lại ý kiến cá nhân của mình, sau đó cả nhóm thống nhất và trình bày câu trả lời vào bảng nhóm.

- Dựa trên sản phẩm của các nhóm, GV yêu cầu HS thảo luận nhóm trả lời các câu hỏi sau:

1.  Công nghệ giải trình tự gene và hệ gene đem lại những ứng dụng gì trong nghiên cứu khoa học và trong thực tiễn?

2.  Bằng cách nào hệ thống CRISPR - Cas9 có thể cho phép các nhà khoa học phá hỏng một gene hoặc thay thế một gene trong tế bào? Việc phá hỏng hoặc thay thế gene được thực hiện nhằm mục đích gì?

Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ 

- HS đọc thông tin mục II.1, kết hợp quan sát Hình 1.1, 1.2 và thực hiện nhiệm vụ theo hướng dẫn của GV.

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

Bước 3: Báo cáo, thảo luận

- GV sử dụng https://vongquaymayman.co/ mời đại diện nhóm trình bày.

- Các nhóm khác nhận xét, bổ sung.

Bước 4: Kết luận, nhận định

- GV đánh giá, nhận xét kết quả trả lời của HS, thái độ làm việc của HS trong nhóm.

- GV chuẩn kiến thức, yêu cầu HS ghi chép.

- GV dẫn dắt sang hoạt động tiếp theo.

II. MỘT SỐ THÀNH TỰU LÍ THUYẾT VÀ ỨNG DỤNG CỦA SINH HỌC PHÂN TỬ

1. Thành tựu lí thuyết

- Kĩ thuật giải trình tự DNA: giúp giải trình tự gene và hệ gene.

- Kĩ thuật tạo DNA tái tổ hợp: giúp sinh vật biến đổi gene, xây dựng ngân hàng gene,...

- Kĩ thuật chỉnh sửa gene nhờ hệ thống CRISPR - Cas9: giúp chỉnh sửa gene trong tế bào theo ý muốn của con người.

Hướng dẫn trả lời câu hỏi thảo luận:

1.  Ứng dụng của công nghệ giải trình tự gene và hệ gene:

- Xác định gene đột biến, gene gây bệnh di truyền; chẩn đoán nguy cơ mắc bệnh di truyền, chẩn đoán nguyên nhân gây bệnh di truyền.

Ví dụ: xác định bệnh thiếu máu hồng cầu hình liềm do đột biến gene (HbA → HbS).

(Nguồn: https://www.researchgate.net/figure/Sickle-cell-anemia-is-caused-by-a-single-nucleotide-mutation-in-the-HBB-gene-Normal_fig1_372483644) 

- Xác định danh tính; quan hệ huyết thống; xác định nguồn gốc của các dịch bệnh (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK114494/). 

2.  CRISPR - Cas9 gồm một loại enzyme là Cas9 (được tìm thấy ở các tế bào vi khuẩn), có chức năng cắt DNA và một phân tử DNA hướng dẫn (crRNA), giúp Cas9 cắt đúng vị trí cần cắt trên DNA đích dựa trên nguyên tắc bổ sung giữa phân tử RNA hướng dẫn với trình tự nucleotide cần cắt trên DNA đích.

Nếu đưa Cas9 cùng với RNA hướng dẫn có trình tự nucleotide bắt đôi bổ sung với một đoạn của gene đích vào trong tế bào thì hệ thống sẽ cắt đôi gene đích. Các đoạn bị cắt sau đó được tế bào nối lại nhưng ở dạng đột biến mất chức năng.

Nếu muốn sử dụng hệ thống CRISPR - Cas9 để thay thế gene bệnh trong tế bào bằng gene bình thường, các nhà khoa học cần đưa vào tế bào CRISPR - Cas9 kèm theo allele bình thường. Sau khi hệ thống CRISPR - Cas9 cắt phá hủy gene đích, các enzyme sửa sai của tế bào sẽ lắp allele bình thường vào vị trí của gene bệnh.

→ Việc phá hỏng hoặc thay thế gene được thực hiện để điều trị các bệnh di truyền ví dụ như bệnh hồng cầu hình liềm, bệnh teo cơ Duchenne,...

https://youtu.be/2pp17E4E-O8?si=4bm_ZS2rFx6BxBxG