HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV yêu cầu HS vận dụng kiến thức đã học, trả lời câu hỏi 1 tr.5 SCĐ:

Trong các nghiên cứu về cấu trúc, chức năng của DNA/RNA, protein, tế bào, cơ thể, quần thể, nghiên cứu nào thuộc về cấp sinh học phân tử?

- Dựa trên câu trả lời của HS đưa ra, GV yêu cầu HS nghiên cứu nội dung mục I và rút ra kết luận về khái niệm sinh học phân tử.

Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS tìm hiểu nội dung mục 1 SCĐ tr.5, thực hiện nhiệm vụ.

- GV hướng dẫn, theo dõi, hỗ trợ HS (nếu cần thiết).

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời một số HS xung phong trả lời câu hỏi.

- Các HS nhóm khác nhận xét, bổ sung.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- 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 vào vở.

- GV dẫn dắt sang hoạt động tiếp theo.

I. KHÁI NIỆM SINH HỌC PHÂN TỬ

- Sinh học phân tử là ngành khoa học nghiên cứu sự sống ở cấp độ phân tử, trong đó chủ yếu nghiên cứu cấu trúc, chức năng của nucleic acid và protein.

- Phát triển các kĩ thuật sinh học phân tử dựa vào những hiểu biết về cấu trúc và chức năng của vật chất di truyền ở cấp độ phân tử.

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Hoạt động 2.1: Tìm hiểu về thành tựu lí thuyết của sinh học phân tử

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV chia lớp thành các nhóm HS (4 - 6 HS), yêu cầu tìm hiểu nội dung mục II.1. Thành tựu về lí thuyết của sinh học phân tử, kết hợp quan sát Hình 1.1, 1.2 SCĐ tr.5 - 7 và hoàn thành Phiếu học tập sau:

- Dựa trên câu trả lời của HS, GV yêu cầu HS kết luận về Các thành tựu về lí thuyết của sinh học phân tử.

Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ học tập

- Nhóm HS nghiên cứu mục II.1 SCĐ tr. 5 - 7, thảo luận phân công và thực hiện nhiệm vụ được giao.

- GV hướng dẫn, theo dõi, hỗ trợ HS nếu cần thiết.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời một số nhóm báo cáo kết quả Phiếu học tập:

Gợi ý trả lời:

Câu 1. Một số thành tựu hiện đại về lí thuyết của sinh học phân tử:

+ Những phát hiện và mô tả cấu trúc vật chất di truyền cấp độ phân tử (DNA, RNA).

+ Làm sáng tỏ chức năng vật chất di truyền cấp độ phân tử (DNA, RNA).

Câu 2.

Câu 3. Các đoạn DNA được tạo ra sau khi chạy PCR giống nhau và giống đoạn DNA đích ban đầu.

Giải thích: Nếu như trong tế bào sống, DNA được nhân bản dựa trên hệ thống các enzyme thì với PCR, DNA được nhân bản dựa trên các chu kì nhiệt. Quá trình nhân bản DNA theo nguyên tắc bổ sung dựa trên khuôn mẫu DNA ban đầu, do đó các DNA được tạo ra sau khi chạy PCR giống nhau và giống đoạn DNA đích ban đầu.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- 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 vào vở.

- GV dẫn dắt sang hoạt động tiếp theo.

II. THÀNH TỰU HIỆN ĐẠI CỦA SINH HỌC PHÂN TỬ

1. Thành tựu về lí thuyết của sinh học phân tử

- Những phát hiện và mô tả cấu trúc vật chất di truyền cấp độ phân tử:

+ Năm 1868: Khám phá ra nulecin (hỗn hợp của RNA và protein) từ nhân tế bào.

+ Năm 1944: Chứng minh được DNA là vật liệu mang thông tin di truyền.

Oswald Avery

+ Năm 1953: Tìm ra mô hình xoắn kép của DNA.

James Watson (trái) và Francis Crick (phải) bên cạnh mô hình mà họ đã xây dựng về cấu trúc của DNA.

- Làm sáng tỏ chức năng vật chất di truyền ở cấp độ phân tử:

+ Năm 1957: Học thuyết trung tâm (central dogma) được đề xuất, mô tả dòng thông tin di truyền từ DNA qua RNA rồi đến protein.

Francis Crick

+ Năm 1958: Chứng minh sao chép DNA là bán bảo toàn.

Matthew Meselson (trái) và Franklin Stahl (phải)

+ Năm 1968: Giải Nobel Sinh lí học và Y học cho công trình giải mã di truyền.

- Phát triển các kĩ thuật sinh học phân tử:

+ Những năm 1930: Phát triển phương pháp điện di trên bản gel.

Nguyên lí: Đưa DNA/RNA tích điện âm vào bản gel đặt trong điện trường, các đoạn DNA/RNA sẽ di chuyển về cực dương. Vận tốc di chuyển của các đoạn DNA/RNA trong bản gel tỉ lệ nghịch với khối lượng, kích thước phân tử của chúng. Từ đó, phân tách được các đoạn DNA/RNA theo khối lượng phân tử, kích thước. So sánh với thang chuẩn sẽ xác định được các đoạn DNA/RNA cần tìm.

+ Năm 1975: Kĩ thuật Southern blot được công bố. Tương tự, kĩ thuật Northern blot dò tìm RNA, Western blot dò tìm protein.

      Southern blot                Northern blot

Western blot

+ Năm 1977: Công bố các phương pháp giải trình tự gene.

+ Năm 1981: Thành công tạo ra động vật chuyển gene đầu tiên trên thế giới.

Chuột bình thường (trái) và chuột được chuyển gene mã hóa hormone sinh trưởng GH của chuột cống (phải)

+ Năm 1985: Công bố kĩ thuật PCR.

+ 31/3/2022: Công bố trình tự hệ gene người hoàn chỉnh.

Hoạt động 2.2: Tìm hiểu về ứng dụng của sinh học phân tử

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV sử dụng kĩ thuật mảnh ghép để tổ chức cho HS tìm hiểu về các ứng dụng của sinh học phân tử.

*Vòng 1: Hình thành nhóm chuyên gia

- GV chia lớp thành 4 nhóm, yêu cầu tìm hiểu nội dung mục II.2 SCĐ tr.8 – 11 và thực hiện nhiệm vụ như sau:

Nhóm 1: Trình bày ứng dụng kĩ thuật sinh học phân tử trong y - dược học.

Nhóm 2: Trình bày ứng dụng kĩ thuật sinh học phân tử trong nông, lâm, ngư nghiệp.

Nhóm 3: Trình bày ứng dụng kĩ thuật sinh học phân tử trong bảo vệ môi trường.

Nhóm 4: Trình bày ứng dụng kĩ thuật sinh học phân tử trong quốc phòng, an ninh.

- GV yêu cầu các nhóm làm việc trong vòng 5 - 7 phút, sau khi tìm hiểu, thống nhất ý kiến, mỗi thành viên phải trình bày trước nhóm của mình một lượt.

* Vòng 2: Hình thành nhóm mảnh ghép

- GV tiến hành tạo nhóm mảnh ghép từ các thành viên của 4 nhóm chuyên gia.

- GV giao nhiệm vụ: Mỗi thành viên có nhiệm vụ trình bày lại cho cả nhóm kết quả tìm hiểu ở nhóm chuyên gia. Sau đó, tập hợp lại thành nội dung hoàn chỉnh vào bảng nhóm.

- Đồng thời, GV yêu cầu các nhóm mảnh ghép thảo luận trả lời câu hỏi sau: Các kĩ thuật sinh học phân tử có ứng dụng được trong lĩnh vực công nghệ chế biến không? Nếu có hãy nêu một số ví dụ chứng minh.

Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ học tập

- Nhóm HS nghiên cứu mục II.2 SCĐ tr. 8 - 11, thảo luận phân công và thực hiện nhiệm vụ được giao.

- GV hướng dẫn, theo dõi, hỗ trợ HS nếu cần thiết.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời một số nhóm mảnh ghép báo cáo kết quả thảo luận.

- Các nhóm khác nhận xét, bổ sung.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- 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 vào vở.

- GV kết luận:

+ Thành tựu nổi bật về lí thuyết sinh học phân tử là: phát hiện và mô tả cấu trúc vật chất di truyền ở cấp độ phân tử; làm sáng tỏ chức năng của vật chất di truyền ở cấp độ phân tử; phát triển các kĩ thuật di truyền (công nghệ gene, PCR, điện di,...).

+ Các thành tựu sinh học phân tử được ứng dụng trong y tế; dược phẩm; nông, lâm, ngư nghiệp; bảo vệ môi trường, công nghiệp chế biến; quốc phòng, an ninh.

- GV dẫn dắt sang hoạt động tiếp theo.

2. Ứng dụng của sinh học phân tử

Ứng dụng trong y - dược học

Về y học:

- Kĩ thuật giải trình tự gene, Realtime PCR, Realtime RT - PCR giúp xác định được các bệnh tật di truyền, bệnh do nhiễm khuẩn, nhiễm virus, nhiễm kí sinh trùng; xác định sớm các bệnh di truyền ở thai nhi; giải mã hệ gene người; chẩn đoán về điều trị bệnh di truyền.

Kết quả giải trình tự chuỗi DNA

A. Dữ liệu thô, B: đột biến c,589_590insACCCGC của gene CEBPA trong bệnh bạch cầu cấp dòng tủy

Ứng dụng kĩ thuật PCR trong chẩn đoán HPV (virus gây ung thư cổ tử cung)

Về dược phẩm:

- Kĩ thuật chuyển gene để tạo các vi sinh vật có khả năng sản xuất các chế phẩm sinh học dùng trong dược phẩm như chế tạo ra các loại thuốc, mĩ phẩm và thực phẩm chức năng; tạo vaccine thế hệ mới.

Sản xuất insulin điều trị bệnh tiểu đường

Ứng dụng trong nông, lâm, ngư nghiệp

- Southern blot, Northern blot, Western blot được sử dụng để xác định vị trí các gene mã hóa cho các tính trạng mong muốn. Kết hợp công nghệ gene (kĩ thuật chuyển gene, công nghệ biến đổi gene đã có trong hệ gene,...) tạo ra các sinh vật biến đổi gene mang đặc điểm mới, đáp ứng nhu cầu của con người.

- Công nghệ DNA tái tổ hợp kết hợp với công nghệ vi sinh, công nghệ enzyme và protein để sản xuất các chế phẩm vi sinh dùng trong bảo vệ cây trồng, cải tạo đất, chế biến và bảo quản nông sản - thực phẩm, sản xuất thức ăn chăn nuôi, làm sạch nước sinh hoạt, xử lí các phế phụ phẩm hay chất thải từ sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt.

Ứng dụng bảo vệ môi trường

- Ứng dụng kĩ thuật chuyển gene, biến đổi gene để tạo các chủng vi sinh vật có khả năng sản xuất chế phẩm sinh học thân thiện với môi trường phục vụ đời sống của con người; tạo ra các sinh vật biến đổi gene dùng để kiểm soát một số dịch bệnh gây hại cho cây trồng, vật nuôi nhằm hạn chế việc sử dụng hóa chất gây tác động xấu cho môi trường.

Ứng dụng trong công nghiệp chế biến

- Ứng dụng kĩ thuật chuyển gene kết hợp với các công nghệ enzyme, protein, vi sinh để sản xuất quy mô công nghiệp phục vụ công nghiệp chế biến thực phẩm, sản xuất thức ăn chăn nuôi, xử lí ô nhiễm môi trường,...

Sử dụng enzyme protease phân hủy protein

Ứng dụng trong quốc phòng, an ninh

- Kĩ thuật giải trình tự gene, PCR dùng để xét nghiệm DNA được ứng dụng trong việc truy tìm tội phạm; xác định quan hệ huyết thống trong các vụ kiện/tranh chấp có liên quan tới xác định huyết thống.

Các thiết bị hiện đại trong giám định DNA của Trung tâm giám định pháp lí - Viện Khoa học hình sự, Bộ Công an

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV đặt vấn đề: Việc nghiên cứu và ứng dụng sinh học phân tử vào thực tiễn được tiến hành đảm bảo nguyên tắc tạo ra các sản phẩm sinh học ứng dụng trong mọi mặt của đời sống. Song song với đó là nguyên tắc an toàn sinh học và đạo đức sinh học.

- GV yêu cầu HS tìm hiểu nội dung mục III SCĐ tr.11 - 12 và trả lời câu hỏi sau:

Vì sao phải đảm bảo các nguyên tắc an toàn sinh học, đạo đức sinh học trong ứng dụng sinh học phân tử vào thực tiễn?

- Trên cơ sở đó, GV yêu cầu HS phân biệt an toàn sinh học và an ninh sinh học.

- GV hướng dẫn HS

- Để mở rộng kiến thức, GV yêu cầu HS vận dụng kiến thức về thực tiễn và cho biết: Nước ta có những văn bản nào liên quan đến vấn đề nguyên tắc an toàn và đạo đức sinh học?

Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ học tập

- Nhóm HS nghiên cứu mục III SCĐ tr. 11 - 12, thực hiện nhiệm vụ.

- GV hướng dẫn, theo dõi, hỗ trợ HS nếu cần thiết.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời một số HS xung phong trình bày câu trả lời dưới dạng một bài hùng biện.

- Một số HS xung phong trả lời câu hỏi mở rộng:

+ Nghị định số 69/2010/NĐ-CP ngày 21/6/2010 và Nghị định số 118/2020/NĐ-CP ngày 2/10/2020 về An toàn sinh học đối với sinh vật biến đổi gene, mẫu vật di truyền và sản phẩm của sinh vật biến đổi gene.

+ Thông tư 37/2017/TT-BYT quy định về thực hành bảo đảm an toàn sinh học trong phòng xét nghiệm.

+ Thông tư số 45/2017/TT-BYT ngày 16/11/2017 về việc quy định việc thành lập, chức năng, nhiệm vụ, quyền hạn của Hội đồng đạo đức trong nghiên cứu y sinh học.

- HS khác nhận xét, đánh giá, góp ý.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- 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 vào vở.

- GV kết luận: Ứng dụng sinh học phân tử trong thực tiễn cần đảm bảo:

+ Nguyên tắc ứng dụng các kĩ thuật sinh học phân tử để tạo ra sản phẩm sinh học phục vụ mọi mặt của đời sống;

+ Nguyên tắc về an toàn sinh học như bảo mật thông tin, an toàn cho sức khỏe con người, an toàn và an ninh sinh học trong nghiên cứu sinh học phân tử;

+ Nguyên tắc về đạo đức sinh học hướng tới lợi ích cộng đồng.

- GV dẫn dắt sang hoạt động tiếp theo.

III. NGUYÊN TẮC ỨNG DỤNG SINH HỌC PHÂN TỬ

1. Nguyên tắc ứng dụng các kĩ thuật sinh học phân tử để tạo ra sản phẩm sinh học

- Là nguyên tắc cơ bản của ứng dụng sinh học phân tử trong thực tiễn, nhằm mục đích tạo ra các sản phẩm phục vụ lợi ích của con người.

Chế phẩm vi sinh vật phân giải rác thải hữu cơ

2. Nguyên tắc về an toàn sinh học

An toàn bảo mật thông tin

- Để phòng tránh những rủi ro về an toàn thông tin, cần có một nguyên tắc và phải phát triển thành luật bảo vệ thông tin cho mỗi cá nhân.

An toàn sức khỏe cho con người

- Các sinh vật biến đổi gene có thể xảy ra một số nguy cơ:

(1) Những gene gây ung thư được chuyển vào virus, chính virus đó lây nhiễm vào tế bào của người;

(2) Sinh vật biến đổi gene (GMO) thoát ra ngoài, có thể phát triển trên diện rộng, khó kiểm soát;

(3) Sản phẩm có nguồn gốc từ GMO có thể không an toàn đối với sức khỏe con người: di ứng, rối loạn sinh sản ở người, ảnh hưởng tới hệ thần kinh, ung thư,...

- Chính phủ đã ban hành các biên bản nhằm kiểm soát nghiêm ngặt, đảm bảo không gây ra nguy cơ cho sức khỏe con người.

An toàn và an ninh sinh học trong nghiên cứu sinh học phân tử

- An toàn sinh học là các nguyên tắc được thực hiện nhằm ngăn việc vô tình phơi nhiễm hoặc vô ý phát tán các tác nhân sinh học đã bị biến đổi di truyền.

- An ninh sinh học là các biện pháp an ninh nhằm ngăn chặn việc thất thoát, sử dụng sai, chuyển đổi mục đích hoặc cố ý phát tán các tác nhân sinh học bị biến đổi di truyền.

- Các hoạt động an toàn và an ninh sinh học trong nghiên cứu sinh học phân tử là nền tảng để bảo vệ lực lượng lao động trong phòng xét nghiệm và cộng đồng khỏi việc vô tình bị phơi nhiễm hoặc phát tán các tác nhân sinh học bị biến đổi di truyền có khả năng gây bệnh.

- Các phòng thí nghiệm sinh học cần tuân thủ nghiêm ngặt các quy định về an toàn sinh học.

3. Nguyên tắc về đạo đức

- Trước khi đưa các kĩ thuật sinh học phân tử vào ứng dụng đều phải trải qua giai đoạn thử nghiệm nghiêm ngặt, được Hội đồng đạo đức Y sinh phê duyệt, đảm bảo tối đa tính chính xác, khoa học và hạn chế tuyệt đối những rủi ro gặp phải trong nghiên cứu, thử nghiệm và sử dụng sau này.

- Tránh các tác động tiêu cực của nghiên cứu đối với sinh vật sử dụng trong thí nghiệm sinh học phân tử; kết quả nghiên cứu phải hướng tới lợi ích của cộng đồng.

Phiếu đánh giá các thành viên trong nhóm (nhóm tự đánh giá)

Tên thành viên

Tham gia hợp tác nhóm

(tối đa 3đ)

% đóng góp

(tối đa 3đ)

Tự giác – trách nhiệm

(tối đa 4đ)

Nội dung

Điểm

Nhóm 1

Nhóm 2

Nhóm 3

Nhóm 4

1. Phân công nhiệm vụ rõ ràng cho từng thành viên. Có báo có tiến trình hoạt động nhóm.

20

2. Thể hiện sự đoàn kết và hợp tác giữa các thành viên trong nhóm.

20

3. Hoàn thành các nhiệm vụ GV giao và đạt 90% chất lượng trở lên.

20

4. Trong tiến trình hoạt động có đóng góp ý kiến cho các nhóm bạn và rút kinh nghiệm cho bài trình bày của nhóm mình.

10

5. Phương án trình bày sáng tạo, lời dẫn thu hút và hiệu quả.

20

Tổng tối đa

100