科学前沿 组装细胞教学设计一等奖

科学前沿

组装细胞

楚雄一中

徐建宾

一、教学目标

（1）了解什么叫组装细胞

（2）了解组装细胞的方法。

（3）科学发现需要理性思维和实验的结合。

（4）让学生知道科学学说的建立过程是一个不断开拓、继承、修正和发展的过程。

二、学情分析

学生对细胞形态的多样性已有初步认识，学生初步具有对比学习的能力，通过对资料的对比学习，让学生了解科学的发展前景。

三、教学过程

组装细胞，实际上就是要人工组装生命。因为大多数科学家将生命定义为一个可以独立于其他细胞而生存、生长和复制的细胞。

基本背景：1990年，科学家发现人体生殖道支原体可能是最小、最简单的细胞。1995年，美国科学家文特尔(C.Venter)领导的研究小组，对这种支原体的基因组成进行了测序，发现它仅有480个基因。如果在480个基因中辨认出细胞生活必不可少的"基本基因"，那么就有希望人工合成这些基因--一段不长的DNA分子。

方法：文特尔的方法是破坏一个又一个基因，看哪些基因是绝对不可或缺的，终于筛选出了300个对生命活动必不可少的基因，但其中的100个基因的重要性尚不清楚。

结论：文特尔以及其他一些科学家认为，如果能人工合成这300个基因的DNA分子，再用一个细胞膜把它和环境分隔开，在培养基中培养，让它能够生存、生长和繁殖，组装细胞就成功了。科学家现在已经能够合成长度为5000个碱基对的DNA片段，文特尔估计生殖道支原体的DNA的碱基对比这要多100倍，因此，DNA的人工合成还需要方法上的创新。怎样给DNA分子包上细胞膜也是一个难题。他们的设想是，把生殖道支原体细胞的DNA破坏掉，再把人工合成的基因组"注入"支原体细胞，但是目前还没有找到好的"注入"方法。

发展：随着细胞分子生物学的迅速发展，人类对干细胞的研究取得了巨大成就。目前干细胞研究的对象包括胚胎干细胞和成体干细胞。具备强大的分化潜能的干细胞为细胞组装的研究提供了丰富的细胞来源。另一方面，随着物理技术和微制造技术的发展，相继出现了一些精密操纵微米甚至纳米级微粒、微滴的使能技术，如光镊、激光引导直写(LGDW)、微滴喷射、微笔、蘸笔纳米技术等。这些技术利用光、电、热和压电等物理效应，可以操纵粒子在三维空间进行组装。其中一部分使能技术由于对细胞的生理伤害较小，已经被用来组装细胞。

可能应用于细胞组装的使能技术有如下几种:光镊技术、LGDW技术、微滴喷射技术和静电喷射技术。

看以下资料回答问题：

组装细胞，实际上是要人工组装生命。1990年，科学家发现人体某种支原体可能是最小、最简单的细胞。1995年，美国科学家文特尔领导的研究小组，测定了该支原体的基因组，发现了其中仅有480个基因，并最终筛选出300个对生命活动必不可少的基因。文特尔等科学家认为，如果能人工合成含有这些基因的DNA分子，再有一个细胞膜将其与环境分隔开来，在培养基中培养，让它能够生存、生长和繁殖，组装细胞就成功了。当然，组装细胞还存在很多困难，如支原体DNA的碱基对的总数是现在人类能够合成的DNA的几十倍，又如要包上细胞膜也是一个难题。

请分析以上资料，回答下列问题：

（1）什么是细胞？______________________________________________________。

（2）最小、最简单的细胞是___________，它属于原核细胞，用同类的其它细胞相比，它缺

少的结构是_______________。

（3）蛋白质是生命活动的主要承担者，维持最小细胞正常生命活动至少要有蛋白质约

种，这些蛋白质主要在__________________________________等方面发挥作用。构成这些蛋白质的基本组成单位是氨基酸，结构简式是_____________。

（4）科学家研究最小最简单的细胞的最重要的意义是__________________________。

答案：（1）细胞是生物体结构和功能的基本单位（2）支原体 细胞壁 （3）300 组成细胞的结构物质、催化、运输（至少回答2项，分别属于结构和功能两方面，）

（4）为人工合成细胞即人工组装生命奠定了基础