科学前沿 组装细胞教案评析

人教版高中生物

必修1《分子与细胞》

第1章

走近细胞

科学前沿

组装细胞

一、研究意义

罗伯特•虎克，英国博物学家、发明家，1665年他用自制的复合显微镜观察一块软木薄片的结构，发现它们看上去像一间间长方形的小房间（实际上看到的是细胞壁），就把它命名为细胞“cell”，至今仍被使用。现在尽管生物科学的研究已经进入了分子水平，并且对生物大分子（如核酸、蛋白质等）的研究已经相当深入，但是这些大分子并没有生命，而细胞是一个可以独立生活、生长和增殖的最简单的生命体，故把细胞认为是除病毒以外的生物体结构和功能的基本单位。

二、教学目标

1、通过《组装细胞》科学发展史的学习，让学生们了解生命科学研究的方向及动态。

2、通过学习让学生们认同，生命不是简单的生物分子的机械堆砌，而是生物分子的分工与合作、协调与配合，是复杂而精准的一些列生命活动的具体体现。

3、通过学习让学生了解科学家们对待科学研究的热情，科学研究的方法。

三、学情分析

学生对于组装细胞的研究动态可能关注较少，有的同学可能听过，但对于本质内容却并不了解，有的同学甚至都没有听过。所以，在教学之前可以让学生们提前查阅相关的资料先行了解。

四、重点与难点

1、基因的概念及生物学意义

2、基因的结构及测序的相关知识

五、教学准备

1、本节内容：1课时

2、教学方法：讨论法

六、文本解读（课本第12页）

1、概念

组装细胞，实际上就是要人工组装生命。

2、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。

3、方法与结果：

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。

4、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。

5、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。

6、技术：

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

七、板书设计：

组装细胞

一、概念：将生物大分子包裹上细胞膜来构建人工细胞。

二、步骤：1、生命分子的人工合成

2、生命分子的包裹

三、困难：怎样给生物大分子裹上细胞膜

八、教学反思：

科学前沿的学习，有助于拓宽学生的视野，训练学生的思维，从而激发学生内在的学习动力，养成科学严谨的学习态度。只有与科学巨匠隔空对话，我们才有可能站得更高，看的更远，做的更好。