Giáo án chuyên đề Sinh học 12 kết nối Bài 3: Công nghệ gene

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ 

Nhiệm vụ 1. Khái niệm công nghệ gene

- GV yêu cầu HS nghiên cứu nội dung mục I.1 SCĐ và trả lời câu hỏi sau: Công nghệ gene là gì? Công nghệ gene tạo ra những sản phẩm nào? 

Nhiệm vụ 2. Quy trình công nghệ gene

- GV sử dụng kĩ thuật khăn trải bàn, yêu cầu các nhóm (4 - 6 HS) nghiên cứu nội dung mục I.2, kết hợp quan sát hình 3.1 và hoàn thành bảng sau:

- Để củng cố kiến thức, GV yêu cầu HS thảo luận trả lời câu hỏi Dừng lại và suy ngẫm SCĐ tr.21: Hãy vẽ sơ đồ phác thảo ba bước của một quy trình công nghệ gene cơ bản. Lấy ví dụ về nhân dòng và biểu hiện một gene của người (như gene quy định hormone sinh trưởng HGH) trong tế bào vi khuẩn E.coli. Mục đích chuyển gene HGH của người vào tế bào vi khuẩn là gì?

Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ 

- HS nghiên cứu nội dung mục I, kết hợp quan sát hình ảnh 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

- GV mời đại diện nhóm trình bày.

- Các nhóm khác nhận xét, bổ sung.

- HS xung phong trả lời câu hỏi (Đính kèm dưới hoạt động).

- HS khác theo dõi, nhận xét, góp ý.

Bước 4: Kết luận, nhận định

- GV nhận xét, đánh giá.

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

- GV dẫn dắt sang hoạt động tiếp theo.

I. KHÁI NIỆM VÀ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GENE

1. Khái niệm

- Công nghệ gene là quy trình công nghệ sử dụng các kĩ thuật DNA tái tổ hợp để thay đổi kiểu gene và kiểu hình của sinh vật.

- Công nghệ gene tạo ra các sinh vật biến đổi gene.

2. Quy trình công nghệ gene

Bước 1: Phân lập gene chuyển: phân lập gene đích ra khỏi hệ gene của tế bào cho và nhân bản thành nhiều bản sao giống nhau.

Bước 2: Cài gene cần chuyển vào vector: trộn gene đích với vector (sau khi đã xử lí bằng enzyme giới hạn) và enzyme ligase để chúng nối lại với nhau, tạo ra DNA tái tổ hợp.

Bước 3: Chuyển vector vào tế bào nhận: vector mang gene đích được đưa vào tế bào nhận bằng nhiều cách khác nhau: biến nạp, tải nạp, súng bắn gene, vi tiêm,...

Hướng dẫn trả lời câu hỏi Dừng lại và suy ngẫm SCĐ tr.21:

+ HS vận dụng kiến thức vừa học để phác họa thành sơ đồ.

+ Mục đích chuyển gene HGH của người vào tế bào vi khuẩn là để tạo ra lượng lớn hormone GH phục vụ cho các mục đích khác nhau, ví dụ: tiêm cho người bị lùn bẩm sinh do thiếu GH.

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ 

- GV yêu cầu nhóm HS nghiên cứu nội dung mục II, thảo luận và hoàn thành Phiếu học tập số 1 (Đính kèm dưới hoạt động).

- Để củng cố kiến thức, GV yêu cầu HS trả lời câu hỏi 2 hộp Dừng lại và suy ngẫm SCĐ tr.23: Tại sao vector cần có ba thành phần (thuộc tính phân tử): trình tự khởi đầu tái bản, gene chỉ thị chọn lọc và vị trí nhân dòng?

Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ 

- HS nghiên cứu nội dung mục II, kết hợp quan sát hình 3.2 - 3.5 và thực hiện nhiệm vụ theo hướng dẫn của GV.

- GV quan sát; định hướng HS.

Bước 3: Báo cáo, thảo luận

- Đại diện nhóm HS trình bày.

- Các nhóm khác theo dõi, nhận xét, bổ sung.

- HS xung phong trả lời câu hỏi củng cố:

+ Trình tự khởi đầu tái bản là cần thiết để các enzyme của tế bào có thể nhận ra và tái bản DNA tái tổ hợp.

+ Gene chỉ thị hay còn gọi là gene thông báo có các sản phẩm dễ nhận biết nhằm giúp sàng lọc các tế bào chuyển gene. Gene chỉ thị thường là gene kháng thuốc kháng sinh hoặc gene có sản phẩm có thể dễ nhận biết thông qua màu sắc khi sản phẩm của gene được nhuộm bởi thuốc nhuộm đặc hiệu. Mỗi vector cần phải có hai gene chỉ thị, một gene có vị trí để cài gene chuyển, gene còn lại thường là gene kháng kháng sinh dùng để nhận biết tế bào chuyển gene.

+ Vị trí nhân dòng là vị trí nhận biết của enzyme cắt giới hạn để có thể cắt vector và gắn gene chuyển vào đó. Vị trí này thường nằm trong vùng mã hoá của một gene. Ví dụ: Hình 3.8 SCĐ cho thấy vị trí nhân dòng ở vector pUC19 nằm trong vùng mã hoá của gene lacZ. Do vậy, khi đưa vào vi khuẩn các enzyme polymerase của vi khuẩn có thể nhận ra promoter của gene lacZ và phiên mã gene chuyển.

+ Các vector là plasmid, ngoài các trình tự nucleotide nói trên còn phải chứa gene điều hoà để điều hòa sự hoạt động của gene chuyển mà nó mang.

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 giới thiệu một số vector: 

II. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA CHUYỂN GENE

1. Vai trò của vector

- Giúp mang gene đích vào trong tế bào nhận.

- Giúp gene đích có thể tồn tại, tái bản, phiên mã và dịch mã bình thường trong tế bào nhận.

2. Đặc điểm của vector

- Có một trình tự khởi đầu tái bản.

- Có gene chỉ thị chọn lọc, ví dụ: gene kháng kháng sinh, gene phục hồi khuyết dưỡng,...

- Có vị trí nhân dòng.

3. Tạo vector tái tổ hợp

- Xử lí gene đích và vector bằng cùng một loại enzyme giới hạn.

- Trộn vector với gene đích, bổ sung enzyme ligase để nối gene đích vào vector.

PHIẾU HỌC TẬP SỐ 1

Tìm hiểu cơ sở khoa học của chuyển gene

Nhóm: ………………………………………….. Lớp: ………………………………….

Họ và tên thành viên: …………………………………………………………………….

……………………………………………………………………………………………

1. Vector chuyển gene là gì? Có những loại vector nào? Vì sao khi chuyển gene từ loài này sang loài khác lại cần phải sử dụng vector?

2. Hoàn thành nội dung của bảng sau về cấu tạo của vector chuyển gene.

3. Để có thể tạo vector tái tổ hợp thì cần phải sử dụng những loại enzyme nào? Vai trò của mỗi loại enzyme đó là gì?

PHIẾU HỌC TẬP SỐ 2

Tìm hiểu cơ sở khoa học của chuyển gene

Nhóm: ………………………………………….. Lớp: ………………………………….

Họ và tên thành viên: …………………………………………………………………….

……………………………………………………………………………………………

1. Vector chuyển gene là gì? Có những loại vector nào? Vì sao khi chuyển gene từ loài này sang loài khác lại cần phải sử dụng vector?

- Vector là công cụ của công nghệ gene, giúp vận chuyển và gắn kết gene chuyển vào DNA hệ gene của tế bào nhận.

- Một số loại vector được dùng trong công nghệ gene: vector plasmid, vector virus, cosmid, plasmid Ti.

- Khi một đoạn DNA ngoại lai xâm nhập vào bên trong tế bào thì hệ thống enzyme của tế bào sẽ phân hủy giống như cơ chế miễn dịch ở người chống lại các tác nhân bên ngoài xâm nhập vào cơ thể. Muốn gene chuyển vào tế bào có thể tồn tại, tái bản và phiên mã, dịch mã được thì gene phải được cài vào hệ gene của tế bào chủ hoặc ở trong một cấu trúc cho phép gene tồn tại, nhân bản, phiên mã và dịch mã bình thường.

2. Hoàn thành nội dung của bảng sau về cấu tạo của vector chuyển gene.

3. Để có thể tạo vector tái tổ hợp thì cần phải sử dụng những loại enzyme nào? Vai trò của mỗi loại enzyme đó là gì?

- Enzyme giới hạn: gene chuyển và vector mang gene phải được xử lí bằng cùng một loại enzyme giới hạn để có cùng loại đầu dính có thể liên kết được với nhau theo nguyên tắc bổ sung.

- Enzyme ligase: hình thành liên kết phosphodiester giữa các đoạn DNA.