Основні напрямки сучасної біотехнології

Размещено на http://www.allbest.ru/

Основні напрямки сучасної біотехнології

біотехнологія клонування організм

Вступ

МЕТА: поглибити поняття про ген, будову та життєдіяльність вірусів, редуплікацію ДНК; дати знання про біотехнологію як сучасний вид промисловості; ознайомити учнів з основними процесами біотехнології; дати уявлення про генну, клітинну інженерію як перспективні галузі молекулярної генетики та біохімії; виховувати інтерес до науки, сприяти формуванню наукового пізнання світу.

ОБЛАДНАННЯ І МАТЕРІАЛИ: малюнки з зображенням тварин, рослин, ілюстрації.

БАЗОВІ ПОНЯТТЯ І ТЕРМІНИ УРОКУ: біотехнологія, генна інженерія, клітинна інженерія, синтез генів, плазміди, теоретична біологія, культура клітин (тканин), клон, ембріональна індукція.

ТИП УРОКУ: комбінований

СТРУКТУРА І ЗМІСТ УРОКУ

І. Організаційний етап уроку.

Перевірка готовності класу до роботи, облік відвідування.

ІІ. Актуалізація опорних знань.

Бесіда за запитаннями:

- Що таке ген?

- Які ви знаєте особливості будови і проявів життєдіяльності вірусів?

- Як відбувається транскрипція та подвоєння ДНК?

- Що таке геном?

- Які особливості будови і процесів життєдіяльності бактерій?

- Які особливості методів селекційної роботи з мікроорганізмами?

Мотивація навчальної діяльності.

- При розкопках Вавилону була знайдена дощечка, яка відноситься до VІ століття до н. е., на якій описувався процес приготування пива. Це, імовірно, одна з найдревніших письмових згадок про цільове застосування людиною на практиці природного біологічного процесу. З давніх часів відоме використання і інших біотехнологічних процесів у різних сферах практичної діяльності людини: у виноробстві, хлібопеченні, сироварінні, пивоварінні, при зброджуванні молока та виготовлення молочнокислих продуктів, при квашенні овочів, силосуванні. Однак науковий аналіз біохімічних механізмів, що лежать в основі цих біотехнологічних процесів, був проведений лише в ХІХ ст. Луї Пастером, який дослідив роль мікроорганізмів у цих процесах.

- "Мікроорганізм, це гидке каченя перших років епідеміології, завдяки успіхам науки і техніки, досягненням людського генію перетворилось у чудового лебедя генетичної інженерії, сучасної біотехнології і індустрії живих клітин.” (Б. Я. Нейман).

- Що ж являє собою ця таємнича біотехнологія?

Повідомлення теми і мети уроку.

- Запишемо дату та тему уроку в робочі зошити: „Основні напрямки сучасної біотехнології”

- В підручнику цей матеріал міститься в § 22.

Вивчення нового матеріалу.

Історія розвитку біотехнології

Термін „біотехнологія” вперше використав угорський вчений Карл Ереки в 1919 році для позначення процесів, в яких продукти отримують за допомогою живих організмів. Європейська федерація біотехнології визначає сучасну біотехнологію як використання наук про природу (біології, хімії, фізики) та інженерних наук (наприклад, електроніки) в біоіндустрії, застосовуючи їх до біосистем з метою отримання необхідних продуктів і послуг. Будучи досить древньою сферою виробництва, біотехнологія сьогодні являє собою ультрасучасний етап науково-технічного прогресу в галузі біології.

На початковому етапі становлення біотехнологія опиралася головним чином на досягненнях мікробіологів та ензимологів (ензимологія - наука про ензими, тобто ферменти), а останні роки ХХ ст. вона отримала могутній імпульс до розвитку з боку тих галузей біології, що розвиваються найінтенсивніше: вірусології, молекулярної та клітинної біології, молекулярної генетики.

Зміст, завдання і методи сучасної біотехнології

Отже, біотехнологія -- сукупність промислових методів, що застосовують для виробництва різних речовин із використанням живих організмів, біологічних процесів чи явищ.

Основні досягнення біотехнології: мікробіологічна промисловість і медицина; харчова промисловість; поліпшення екологічного стану планети; боротьба з шкідниками сільського господарства; виготовлення біопрепаратів: амінокислот, антибіотиків, білків, вітамінів, ліпідів, нуклеїнових кислот, пігментів, ферментів.

Об'єкти біотехнології досить численні. Це представники основних груп живих організмів - мікроорганізми (бактерії, віруси, гриби, наприклад, дріжджі, інші одноклітинні організми), рослини, тварини, а також ізольовані з них клітини та клітинні компоненти.

На початковому етапі свого розвитку біотехнологія в основному використовувала живі системи в тому вигляді, в якому вони існували в природі. Наступний етап - використання традиційних методів селекції мікроорганізмів, рослин і тварин, виведення більш продуктивних штамів мікроорганізмів.

В останні 10 - 15 років ХХ ст. цілеспрямоване покращення властивостей живих систем як об'єктів біотехнології різко прискорилося після того, як із середини 70-х до середини 80-х років були розроблені методи генної інженерії - прикладної галузі молекулярної біології та біохімії, заснованої на розробці методів перебудови генів організмів. Спочатку це були методи рекомбінування і конструювання виділених із клітин генів. Сутність цих методів зводилася до видалення дефектних генів на ранніх етапах онтогенезу і заміни їх нормальними алелями. У 1969 р. за допомогою бактеріофагів були вперше виділені у чистому вигляді гени кишкової палички. На наступному етапі були удосконалені методи переносу генів у мікроорганізми, а в кінці 70-х років відпрацьовані підходи до перенесення генів у культивовані клітини тканин.

У 1980 - 1982 роках з'явилися методи переносу генів у цілі тваринні (багатоклітинні) організми і майже одночасно - методи переносу генів у рослинні клітини і в цілі рослини.

Мікроорганізми, а також клітини, які вирощуються поза організмом, багатоклітинні організми - рослини, тварини, - після перенесення в них нових генів називають генетично модифікованими, або трансгенними.

Новий генетичний матеріал переносять в клітини і організми за допомогою різних методів. Як переносників синтезованих генів використовують віруси та плазміди. Наприклад, у мікроорганізми гени вводять у складі кільцевих молекул - плазмід, додаючи їх у середовище культивування. Плазміди - це кільцеві молекули ДНК, які присутні в клітинах поза хромосомами.

- Вчені розробляють також методи штучного синтезу генів. У 1969 р. у США індійський вчений Г. Хоран синтезував ген аланінової тРНК дріжджів, який складається з 77 пар нуклеотидів.

- Отже, можна виділити кілька напрямів сучасної біотехнології, які тісно пов'язані між собою.

Схема

3. Промислова мікробіологія - використання мікроорганізмів у різних галузях промисловості. Наприклад, перетворення парафінів у кормовий білок у результаті життєдіяльності мікроорганізмів, виробництво антибіотиків та інших лікарських речовин.

4. Інженерна ензимологія - одержання і використання чистих ферментів і ферментних препаратів.

5. Генетична (генна) інженерія - прикладна галузь молекулярної генетики та біохімії. (Розповідь учителя).

а) Завдання генної інженерії - розробки методів перебудови геномів організмів.

б) Методи генної інженерії, їх суть.

в) Результати дослідження генетичної інженерії (для розвитку теоретичної біології, створення банків генів).

6. Клітинна (тканинна) інженерія - галузь біотехнології, у якій застосовують методи виділення клітин з організму і перенесення на штучні поживні середовища, де продовжується їх життєдіяльність. (Розповідь учителя).

Завдання клітинної інженерії:

а) Отримання соматичних клітин різних видів, створення культурних клітин (тканин) для отримання цінних речових.

б) Клонування організмів - перспективний напрям клітинної інженерії. Клоном (від грец. клон -- гілка) називається сукупність клітин або особин, що виникли від спільного предка нестатевим шляхом.

в) Гібридизація соматичних клітин -- напрям досліджень клітинної інженерії. Гібридизація дає можливість створювати препарати, що підвищують стійкість організму проти різних інфекцій, лікувати ракові захворювання.

7. Ембріональна інженерія -- галузь, що займається штучними змінами організмів у ході зародкового розвитку. (Розповідь учителя).

Ембріональна індукція -- взаємовплив частин зародка під час його розвитку. (Можна змінювати розвиток певних частин зародка в напрямі, який цікавить дослідників).

Закріплення та узагальнення знань

1. Демонстрація методів біотехнології та генної інженерії за допомогою електронного засобу навчання „Електронні уроки та тести. Генетична мінливість та еволюція”

2. Розв'язати проблемні ситуації та біотехнологічні вправи:

1. Чи можна за допомогою продуктів, виготовлених з деревини, отримати яловичину, свинину, курятину чи яйця домашньої птиці і яким способом?

2. Академік В. Вернадський -- основоположник науки біогеохімії -- відкрив, що бактерії володіють максимальною для живих організмів... (енергією хімічних перетворень на Землі).

3. Використовуючи мікроорганізми, біотехнологія вже сьогодні виробляє сотні тисяч тканин білка, тисячі тонн амінокислот (лізин), засоби захисту рослин, ферментів та інших лікарських препаратів. (Проілюструйте прикладами кожну із галузей мікробіологічної промисловості, згаданих у тексті).

4. В міру концентрації тваринництва, росту міст і великих населених пунктів роль мікроорганізмів, інтенсифікуючих біологічну очистку стічних вод і перетворюючих гній та інші органічні відходи у родючий гумус, буде набувати все більшого значення. (Розкрийте роль біотехнології у вирішенні даної проблеми).

5. В США за допомогою ферментів, що виділяють мікроорганізми, з кукурудзи виробляють 2 млн. тонн фруктозного сиропу. Так як фруктоза вдвічі солодша від сахарози, її використання дозволяє значно зменшити споживання цукру, шкідливого в певній мірі для здоров'я людини.

- Які завдання треба вирішити біотехнології для того, щоб і в нашій країні організувати отримання великої кількості дешевої фруктози, що замінює цукор?

Підсумок уроку

Пропонуємо учням самостійно підвести підсумок уроку, звертаючи увагу на ті нові знання, які вони отримали в ході уроку.

Література

1. К. Г Базарян, В. З. Тарантул. Биотехнология за рубежом. - М.: Знание, 1990. - ст. 3 - 8

2. Сало Т. О. Загальна біологія: Навч. посібник. - Х.: Країна мрій, 2002. - ст. 113 - 114

3. Бригідир Г. З., Гайда Г. В., Галашин О. Я. та ін. Біологія 10-11 клас. - Т,: Навчальна книга, 2000. - ст. 105 -108.

Размещено на Allbest.ru