Рабочая программы элективного курса по биологии 10-11 кл
Предмет: | Биология |
---|---|
Категория материала: | Рабочие программы |
Автор: |
Скопинцева Юлия Владимировна
|
Рабочая программа
элективного курса «Молекулярная генетика и генная инженерия»
для обучающихся 11 класса
МОБУ «СОШ №9»
Г. Оренбурга
(базовый уровень)
на 2014/2015 учебный год
Составитель:
Скопинцева Ю.В. ,
учитель биологии
высшей квалификационной категории
Содержание
1.Пояснительная записка
2.Требования к уровню подготовки учащихся
3.Содержание программы
4.Тематический план
5.Календарно- тематическое планирование
6.Литература
Рабочая программа элективного курса «Молекулярная генетика и генная инженерия»
Пояснительная записка
Рабочая программа составлена на основе Программы элективных курсов. Биология. 10-11 классы. Профильное обучение под редакцией В.И. Сивоглазова, В.В. Пасечника. Использована авторская программа элективного курса «Молекулярная генетика и генная инженерия» под редакцией В.В. Велькова. Предлагаемая программа охватывает основные разделы молекулярной генетики прокариот и эукариот, которые знакомят учащихся с современными представлениями об основных генетических и биохимических процессах, протекающих в клетках, с главными механизмами функционирования генов у микроорганизмов, растений и животных, с принципами организации их генов и геномов. Особое внимание уделено развитию у учащихся понимания того, каким образом функционируют белки и гены; как различные генетические и метаболические процессы взаимосвязаны друг с другом и как они координировано регулируются факторами окружающей среды; каким образом знания молекулярно-генетических процессов применяются в генной инженерии для конструирования трансгенных организмов. Полученные знания могут стать основой, на которой в дальнейшем должно формироваться освоение основных биологических дисциплин, понимание механизмов эволюции и принципов, на которых основывается современная трансгенная биотехнология.
Наибольшее внимание в курсе уделено:
■принципам строения генов у прокариот и эукариот и механизмам их функционирования;
■принципам и правилам конструирования трансгенных (или рекомбинантных, генетически модифицированных) организмов, имеющих заданные свойства;
■основным методам и приемам генной инженерии;
■проблемам, связанным с возможной экологической опасностью трансгенных организмов.
Большое внимание уделено сравнению кардинально различных принципов строения генов прокариот и эукариот, а именно:
■различной организации структурных генов (кодирующих белки и стабильные РНК) у микроорганизмов, растений и животных;
■принципиально разной организации регуляторных генов прокариот и эукариот, регулирующих экспрессию генетической информации;
■строению регуляторных белков, взаимодействующих с регуляторными генами.
Особое внимание уделяется проблемам, возникающим при генно-инженерном конструировании прокариотных и эукариотных трансгенных организмов, содержащих чужеродные гены, соответственно из эукариот и прокариот, и методам решения этих проблем.
Курс базируется на обязательных учебных предметах, прежде всего на биологических дисциплинах и химии.
Элективный курс «Молекулярная генетика и генная инженерия» рассчитан на 35 часов (1 час в неделю) в 11 классе средней школы.
Цель курса
Формирование знания основных молекулярно-генетических процессов и представлений, как на их основе проводится генно-инженерное конструирование трансгенных организмов с заданными свойствами.
Задачи курса
Расширить и углубить знания учащихся о строении и функционировании генов прокариот и эукариот.
Дать представление о современном понимании молекулярных механизмов эволюции.
Обосновать основные принципы и методы генной инженерии как необходимое условие применения на практике знаний молекулярно-генетических процессов и принципов строения различных генов.
Расширить знания о молекулярных механизмах регуляции генов и о генно-инженерных методах, направленных на создание трансгенных организмов с заданными полезными свойствами.
Познакомить учащихся с основными принципами и проблемами современной трансгенной биотехнологии, основанной на применении организмов, полученных с помощью генной инженерии.
Основные требования к знаниям и умениям
Учащиеся должны знать:
■строение различных классов генов прокариот и эукариот;
■основные молекулярные механизмы репликации, рекомбинации и репарации генов;
■основные механизмы регуляции транскрипции генов и процессинга (сплайсинга) информационных РНК;
■основные механизмы, обеспечивающие биосинтез белков (трансляцию);
■важнейшие методы генной инженерии (выделение генов, модификацию генов, сшивание генов, внесение чужеродных генов в реципиентные организмы);
■принципы техники безопасности работ с трансгенными организмами;
■принципы оценки токсикологического и экологического риска при интродукции трансгенных организмов в окружающую среду (в особенности принципы оценки экологического риска трансгенных растений);
■важнейшие принципы биоэтики, связанные с генной терапией, с клонированием эмбриональных стволовых клеток человека, с репродуктивным клонированием человека.
Учащиеся должны уметь:
■охарактеризовать основные принципы строения структурных и регуляторных генов и регуляторных белков прокариот и эукариот;
■объяснить молекулярные механизмы репликации, репарации и рекомбинации генов и принципы применения знания этих механизмов в генной инженерии;
■охарактеризовать основные механизмы экспрессии генов и применение этих механизмов в генно-инженерном конструировании;
■составлять принципиальные схемы конструирования рекомбинантных ДНК, экспрессирующих чужеродные гены, и обосновать принципы такого конструирования;
■охарактеризовать основные области практического применения трансгенных организмов.
По сравнению с авторской программой изменено количество часов в разделах:
§Раздел 3. Механизмы репликации, репарации и рекомбинации ДНК – 9 часов вместо предусмотренных 8 часов.
§Заключение – 2 часа вместо предусмотренного 1 часа.
Содержание курса
Общее количество часов - 34
Введение (2ч)
Молекулярная генетика как наука. Связь молекулярной генетики с биохимией нуклеиновых кислот и биохимией белков, с генетикой микроорганизмов, молекулярной биологией и биоинформатикой. Генная инженерия как технология конструирования трансгенных организмов. Значение молекулярной генетики для развития генной инженерии. Роль генной инженерии в биотехнологии, сельском хозяйстве, пищевой промышленности, медицине, охране окружающей среды.
Объекты и методы молекулярной генетики и генной инженерии. История развития молекулярной генетики и генной инженерии.
Демонстрация схемы, иллюстрирующей взаимосвязь молекулярной генетики и генной инженерии между собой и с другими науками.
Прокариотные и эукариотные организмы. Клетки микроорганизмов, клетки животных, клетки растений: разница и сходство. Нуклеоид микроорганизмов и ядро эукариотных клеток. Строение бактериальной и эукариотной хромосомы. Уровни организации эукариотной хромосомы. Эухроматин и гетерохроматин — активные и инертные области эукариотной хромосомы.
Демонстрациясхем:
■основные открытия в области молекулярной генетики;
■этапы развития генной инженерии;
■строение прокариотной и эукариотной клеток;
■организация прокариотных и эукариотных хромосом.
Раздел 1. Строение структурных генов (4ч)
Что такое ген: от морфологического признака к молекулярному механизму его формирования. Строение ДНК, РНК и белков. Центральный постулат молекулярной биологии: ДНК — РНК — белок и его развитие. «Простое» строение генов прокариот и сложное «мозаичное» строение генов эукариот. Экзоны и интроны. Сплайсинг. Альтернативный сплайсинг — механизм, с помощью которого один эукариотный ген может кодировать множество разных белков. Расположение генов в прокариотной хромосоме — опероны. Расположение генов в эукариотной хромосоме — мультигенные семейства. Повторяющиеся последовательности (сателлитная ДНК), их роль в организации хроматина. Пути генно-инженерного преодоления несовместимости механизмов экспрессии генов у прокариот и эукариот. Методы разрезания ДНК — эндонуклеазы рестрикции. Методы выделения генов: химический синтез, комплементация, обратная транскрипция, полимеразная цепная реакция и др.
Демонстрация схем:
■строение типичного прокариотного гена;
■строение типичного эукариотного гена (экзоны и интроны);
■конститутивный и альтернативный сплайсинг;
■строение оперона;
■строение мультигенного семейства;
■механизм действия эндонуклеаз рестрикции;
■методы выделения генов.
Раздел 2. Механизмы экспрессии генов (7 ч)
Молекулярные механизмы транскрипции. ДНК-зависимые РНК-полимеразы прокариот и эукариот, их функции. Активация генов как инициация транскрипции ДНК. Гены, регулирующие инициацию транскрипции: промотор, оператор, энхансер, сайленсер, инсулятор и др. Белки — регуляторы транскрипции: репрессоры и активаторы. Модификация нуклеосом как фактор регуляции транскрипции генов у эукариот. Элонгация и терминация транскрипции — терминаторы. Типичные механизмы регуляции транскрипции у прокариот: лактозный оперон. Типичные механизмы регуляции инициации транскрипции у эукариот — регуляция активности ДНК- зависимой РНК-полимеразы II — сборка транскриптосомы. Генно-инженерные методы обеспечения экспрессии чужеродных генов, векторы для экспрессии.
Демонстрация схем:
■ДНК-зависимые РНК-полимеразы прокариот и эукариот, их функции;
■строение регуляторных областей транскрипции у прокариот и эукариот;
■основные типы белков, регуляторов транскрипции у прокариот и эукариот;
■механизм регуляции транскрипции эукариотных генов за счет ковалентной модификации нуклеосом;
■строение и функционирование лактозного оперона;
■сборка транскриптосомы и активация ДНК-зависимой РНК-полимеразы II;
■векторы для экспрессии клонированных генов.
Раздел 3. Механизмы репликации, репарации и рекомбинации ДНК (9 ч)
Полуконсервативный механизм репликации ДНК. ДНК-зависимые ДНК-полимеразы прокариот и эукариот, их функции, механизм их действия. Белки и ферменты репликации: ДНК-лигаза, топоизомераза, ДНК-гираза и др. Суперспирализация ДНК. Участок инициации репликации хромосомы — origin. Применение ферментов репликации в генной инженерии. Векторы для автономной репликации чужеродной ДНК.
Обеспечение точности репликации ДНК и спонтанный мутагенез. Механизмы репарации неправильно спаренных оснований и их роль в эволюции. Эксцизионная репарация ДНК. Индуцируемая репарация, sols -ответ, индуцируемые стрессами мутагенные ДНК-зависимые
ДНК-полимеразы, их роль в адаптивном мутагенезе и эволюции. Применение ферментов репарации в генной инженерии. Направленная модификация генов — сайт- направленный мутагенез. Основные принципы белковой инженерии.
Механизмы рекомбинации. Законная (гомологическая) рекомбинация и сайт-специфическая рекомбинация. Рекомбинационная репарация. Их генетическая роль. Эволюционная роль рекомбинации. Применение гомологической и сайт-специфической рекомбинации в генной инженерии для интеграции чужеродных генов в хромосому реципиентного организма и для инактивации хромосомных генов. Векторы для адресованной интеграции чужеродной ДНК в хромосому. Получение новых высокоактивных генов путем рекомбинационной «перетасовки» экзонов.
Незаконная рекомбинация и мобильные генетические элементы прокариот и эукариот. Механизм перемещения бактериальных мобильных генетических элементов. Роль транспозонов в эволюции микроорганизмов, в распространении лекарственной устойчивости среди микроорганизмов. Применение транспозонов в генной инженерии для конструирования векторных молекул и для проведения перестроек в геноме.
Мобильные генетические элементы эукариот. Транспозиция за счет обратной транскрипции — ретротранспозоны. Связь между ретротранспозонами и ретровирусами. Роль мобильных генетических элементов в эволюции эукариот. Применение обратной транскрипции в генной инженерии. Мобильные генетические элементы как векторы для эукариот. Плазмиды, бактериофаги и вирусы эукариот. Принципы их строения и методы их применения в генной инженерии в качестве векторов. Трансмиссибельные и конъюгативные плазмиды, их роль в эволюции микроорганизмов и в генной инженерии. Умеренные бактериофаги как векторы. Эукариотные вирусы в генной инженеии эукариот. Проблемы структурной и репликативной стабильности рекомбинантных ДНК.
Демонстрациясхем:
■репликация ДНК;
■векторы для автономной репликации чужеродных генов;
■репарация неправильно спаренных оснований;
■эксцизионная репарация, применение репаративного синтеза ДНК в генной инженерии;
■методы направленного внесения мутаций в ген, сайт- направленный мутагенез, принципы белковой инженерии;
■гомологическая и сайт-специфическая рекомбинация;
■векторы для адресованной интеграции клонированных генов в хромосому;
■транспозоны и механизм их транспозиции;
■применение транспозонов в генной инженерии;
■классы мобильных генетических элементов эукариот, механизмы их транспозиции;
■применение ретротранспозонов и обратной транскрипции в генной инженерии;
■строение разных классов плазмид, бактериофагов и вирусов эукариот;
■методы конструирования и применения векторов на основе плазмид и вирусов.
Раздел 4. Механизмы трансляции (4 ч)
Основные свойства генетического кода: вырожденность (избыточность), систематичность, помехоустойчивость. Разные эффективности декодирования различных синонимичных кодонов при кодировании различных типов генов. Аппарат трансляции у прокариот и эукариот. Строение рибосомы, белковые факторы трансляции. Связь между транскрипцией и трансляцией у прокариот. Механизм регуляции экспрессии оперонов биосинтеза аминокислот — аттенюация транскрипции за счет трансляции лидерного пептида — триптофановый оперон. Просходит ли трансляция в ядрах эукариот? Строение лидерных зон у матричных РНК прокариот и эукариот. Методы генной инженерии, обеспечивающие высокоэф- фективную трансляцию чужеродных мРНК. Векторы для суперпродукции белков клонированных генов. Проблемы генной инженерии штаммов суперпродуцентов низкомолекулярных соединений (аминокислот) — принципы метаболической инженерии.
Демонстрациясхем:
■строение рибосом прокариот и эукариот, рРНК, рибосомальных белков;
■стадии трансляции у прокариот и эукариот;
■строение лидерных зон прокариотных и эукариотных мРНК;
■механизм регуляции транскрипции триптофанового оперона;
■векторы для суперпродукции.
Практическое занятие
Разработка и защита проектов конструирования рекомбинантных ДНК, предназначенных для решения различных научных и практических задач.
Раздел 5. Методы получения трансгенных микроорганизмов, растений и животных (4 ч)
Методы введения рекомбинантных ДНК в реципиентные организмы. Трансформация микроорганизмов и методы селекции трансформантов. Векторы для селекции рекомбинантных ДНК. Основные классы трансгенных микроорганизмов: суперпродуценты полезных соединений, штаммы биодеструкторы для очистки (биоремеди- ации) окружающей среды от загрязнителей, трансгенные микроорганизмы, повышающие эффективность сельского хозяйства.
Культуры клеток растений. Трансформация клеток растений, методы селекции трансформантов и регенерации из них трансгенных растений. Векторы для растений. Основные классы трансгенных растений: инсектицидные, устойчивые к гербицидам, устойчивые к стрессам, продуцирующие ценные соединения.
Культуры клеток животных. Трансформация клеток животных и методы селекции трансформантов. Получение трансгенных животных. Микроинъекция рекомбинантных ДНК в ядра яйцеклеток. Основные типы транс- генных животных: с повышенной продукцией биомассы, трансгенные животные как биореакторы для получения ценных белков.
Принципы и проблемы репродуктивного клонирования животных. Эпигенетические эффекты и жизнеспособность клонов.
Демонстрациясхем:
■методы трансформации микроорганизмов, клеток растений и клеток животных;
■методы селекции трансформантов;
■получение трансгенных растений и животных;
■репродуктивное клонирование.
Раздел 6. Трансгенные организмы и проблемы обеспечения биобезопасности (2ч)
Потенциальные опасности, связанные с применением трансгенных организмов. Токсикологический риск при применении трансгенных организмов для производства пищи и кормов. Типы экологических рисков при интродукции трансгенных организмов (в особенности, трансгенных растений) в окружающую среду и принципы их оценки. Государственное регулирование промышленного применения трансгенных организмов. Отношение общества к трансгенной биотехнологии. Принципы биоэтики при генной терапии.
Демонстрациясхем:
■основные типы рисков, связанных с применением трансгенных организмов;
■принципы оценки рисков, связанные с интродукцией трансгенных организмов в окружающую среду.
Заключение (2ч)
Итоговая конференция «Молекулярная генетика и генная инженерия в XXI веке».
Тематический план
Рекомендуемая литература
Multimedia – поддержка курса «общая биология»
1.Открытая биология (версия 2,6). Физикон, 2006
2.«Кирилл и Мефодий. 10 кл. Общая биология»
3.«Кирилл и Мефодий. 11 кл. Общая биология»
4.Основы общей биологии, 9 класс («1С:Образование», 2007)
5.Биология, 10 класс («1С:Образование», 2008)
Интернет-ресурсы
Календарно-тематическое планирование элективного курса
«Молекулярная генетика и генная инженерия»
Тип материала: | Документ Microsoft Word (doc) |
---|---|
Размер: | 172 Kb |
Количество скачиваний: | 110 |