教师发展中心名师示范课程听课记录(三)
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教师发展中心名师示范课程听课记录(三)
吴敏:细胞与细胞工程
教学主题细胞与细胞工程
课堂性质通识核心课程《生命
科学》
授课对象本科生,观摩教师
授课教师吴敏教授职称生命科学学院微生物研究所教授
上课时间2012年10月23日
15:55-17:30
上课地点东1A-405
内容提要:
显微镜的发明表明生物学的发展依赖于其他学科,比如工程科学的发展。细胞是生命的基本单位,要用进化的观点看生物学。病毒有三种形态,真病毒、类病毒和朊病毒。类病毒的两种形态提示我们生物进化的早期,核酸和蛋白质相互独立,各自进化;类病毒还为研究大分子结构和功能提供了好材料。朊病毒的致病机理告诉我们生物大分子的结构决定功能。细胞膜作为物质通道具有重要意义,细胞膜还具有多种功能。细胞在分化的过程中有一些关键的蛋白控制下游的基因,越是高等的生物,调控的基因越精细。细胞有三类,包括全能性细胞。
教学片断纪实
S-学生
课前:演示讲解课程网络平台操作
0. 教学内容介绍
微观部分重点内容:细胞和细胞工程、基因与基因工程
细胞与细胞工程教学内容结构:概论,膜的结构功能,细胞的增值和分化,细胞的癌变,细胞工程(后三部分是重点)
1.概论
三个问题:显微镜的发明,细胞是生命的基本单位,没有细胞就没有完整的生命。
1.1 显微镜的发明
呈现胡克发明的显微镜以及网状细胞图片
呈现显微镜发展史图片-光学显微镜、电子显微镜、隧道显微镜、激光共聚焦显微镜、扫描显微镜
我们讲显微镜与生命科学主要是为了使大家有这么一个概念:在显微镜
发明以前,我们的生命科学主要是做什么样的研究的?(S:医学)医学是一
方面,有这个人体解剖。还有呢,生物学当中有什么样的(研究)?对,主要是宏观生物学。林奈知道吗?他做什么的?对,生物分类。包括对植物根据根茎叶进行分类,达尔文根据对生物的观察进行分类,那么也就是说显微镜发明之前,生物学是宏观生物学。显微镜发明之后,生命科学就进入到了微观的世界。后来许许多多的仪器设备,使得生命科学的研究越来越深入了。所以我们说,生命科学的发展离不开其他的学科。所以我们都要学一点生命科学,比如我们在坐的有一些是工科的学生,离心机这类的实验设备对生命教学智慧捕捉
由科技史入手
【注释】林奈,18世纪瑞典植物学家,现代生物学分类命名的奠基人。
科学的研究很重要。
1.2 细胞是生命的基本单位
病毒算不算完整的生命?我们说生命最重要的特征是什么?如果是一个
生命,他可以有什么特点?(S:繁殖)自我繁殖、更新对吧。一个病毒如果离开了细胞,他能不能自我繁殖啊?(学生:不能)所以我们说,病毒不是
完整的生命。生命最基本的就是一个细胞的结构。
所以我经常要开玩笑说,谁要从事生命科学研究,你把三门课程学好就可以了。哪三门,猜一下?(S:生命科学导论)三门课,很重要的。(S:生物化学)对,我们想想任何一个生命的过程实际上都充满着化学的反应。还
有细胞生物学,所有生命最基本的单位是细胞,你把细胞学好了,你去从事微生物、动植物、脑科学等等,没问题。还有一个课程很重要。就是遗传学,大家想一想,任何一个生命现象都不是截然出现的,他都是有一个长期遗传和进化的过程。有一个生物学家杜布赞斯基说过一句话,除非从进化的角度看问题,否则生物学没有意义。所以我们不管是研究生命的现象,还是过程,等等,我们都要有一种进化的观点去看。
1.3 没有细胞就没有完整的生命
我们大家都知道病毒有三种形态:一种是真病毒,DNA或者RNA和蛋白质构成的核算蛋白质复合体。我想问大家一下,你们有没有听说过一种病毒,里面既有DNA,又有RNA?有没有这样的病毒?朊病毒?我说的是真病
毒。(S:没有)没有?没有的人举手看看,有的人举手看看。我也觉得应该
是有的,一个病毒如果既有DNA,又有RNA,那一旦感染了宿主之后,RNA 可以马上翻译蛋白,DNA可以复制,对吧?这不是更好嘛。但不知什么原因,我也不清楚,没有一种病毒它既有DNA,又有RNA。所以这也是让我们不是很了解的地方。
(第二种是)类病毒,只有RNA,没有蛋白质。(第三种)朊病毒呢,只有蛋白,没有核酸。
这样两种病毒的存在,你们觉得给我们什么样的启示?或者你觉得这两者的存在在生物学上有什么意义?有谁能告诉我?我们还是随便找个人问
问。你觉得怎么样?(S1:让病毒种类更加丰富)这个意义太简单了。你觉得呢?(S2:RNA和蛋白质也能作为遗传物质)(S3:导致新的中心法则扩充)我觉得还是没有回答到点子上来,我不得不问你们一个问题,你们都是高材生,你回去了以后,不知道有没有老百姓问你,先有鸡还是先有蛋?我是老百姓,这个事情有谁能告诉我?你知道吗,先有鸡还是先有蛋?(S1:感觉先有蛋)你觉得呢?(S2:不知道)大家又没有想过,这个问题归到生提问引导自然
师生互动形式:判断
师生互动形式:开放式问题
问题类比
提示生命科学的基本视角
命科学上来,是先有核酸,还是先有蛋白质的问题?蛋白和核酸的关系就像
鸡和蛋的关系一样,对吧。我们说蛋白质要通过DNA转录成为RNA,再翻译成为蛋白质。但是在转录翻译的过程中,需要什么?需要蛋白。所以两者都重要,离开谁都不行。但是现在为什么还存在这样一个类病毒,就是没有蛋白质的病毒,还有没有核酸的病毒?我刚才提到过了,看生物学我们都要用一种什么的观点来看?进化的观点。它们现在彼此没有依赖,那么是不是早期它们在进化的时候彼此没有关系的?我们是不是可以来推测,生命在进化的早期,蛋白质和核酸没有关系,各自在进化。只不过在一定时期,两者结合成为复合体,它们比单独存在更有优势,更能适应环境,然后就发展成为主要的生物。所以虽然是这样两个病毒,但是我们可以去思考生命科学中重大的问题,最重要的问题就是生命的起源和演化,因为我们没办法去重演这个过程。
刚才有同学提到,存在这样两种生命,那么意味着RNA和蛋白可以作为遗传物质,对吗?对的举手看看,认为不对的举手看看。不对的同学还多一点,看来真理还是在大多数同学手里。朊病毒的发现并不意味着蛋白可以遗传。下面我们会讲。
那么我们现在来看病毒的发现。
最早人们发现烟草花叶里面有这样一种枯萎病,不是细菌感染,人们很奇怪?开始怀疑细菌,把病叶拿来用绞肉机绞碎,不过滤,直接涂到正常的烟草叶子上去,发现烟草得病了没有?得病了,说明可能有细菌。那么好,我们用过滤器把细菌过滤掉,这个滤液没有细菌的,接种到健康的植株上,植株得不得病?得病了。所以就说明这个里面有致病因子,这个致病因子是不是细菌?(S:不是)所以最开始人们把这种致病因子称之为过滤性致病因子。现在我们知道,这个是病毒,因为病毒可以通过细菌过滤器。美国科学家最早结晶到了病毒,并拍到了照片,获得了1946年的诺贝尔奖。
我们来看,什么是病毒?病毒有什么样的特征,除了我们刚才讲的核酸和蛋白的复合体之外?(S:比较小,不具有细胞的结构)但这点我不知道大
家理不理解,病毒对抗生素不敏感,对干扰素敏感。但是我们感冒了,医生都会给你开抗生素?为什么要开,明明没有作用?对,这位同学说对了,因为感染病毒以后,人体的防御能力下降了,为了防止其他的细菌感染。我们感冒了,流行性的病毒感染,用抗生素的目的不是针对病毒,是针对一些病原菌。那么干扰素,给出定义。我们一般说,感冒了,多休息,不用去看,一个礼拜就好,为什么?人本身也会产生干扰素,是不是这样?另外病毒在细胞内是寄生的,在细胞外是长期以大分子的形式长期存在。有报道在冰川中发现了不知道又多少年前的病毒,仍然有感染力。另外,病毒对温度和射线敏感。所以我们一般消毒,一般用什么东西来消毒?紫外灯是吧,因为它能够发出紫外线……呈现常见的致病病毒(狂犬病、艾滋病、痘病毒……)。
呈现艾滋病病毒的结构。动画演示呈现病毒感染的过程。艾滋病病毒感染以后,不能清除。但是我们现在一些治疗艾滋病的药,它的原理是什么?对,抑制逆转录。因为我们正常的细胞里没有逆转录的过程,如果针对转录,行不行?不行,因为我们正常的身体都有转录。
SARS是什么病毒?是RNA,还是DNA?举手看看。那么,如果它是生命科学的重要问题:生命起源、演化
例举生活中的例子