染色体端粒和端粒酶教学设计

《染色体端粒和端粒酶》教学设计

信阳师范学院

生命科学学院

张伟

第三节染色体端粒和端粒酶

【教学目标】

理解染色体端粒和端粒酶的基本概念，掌握端粒和端粒酶结构和功能；

通过2009年诺贝尔生理学或医学奖，让学生了解知识来源，启发学生透过现象，了解本源，从而达到“乐学”、“会学”的目的；

通过肿瘤发生的端粒-端粒酶学说、细胞衰老的生命钟假说，使学生保持对课堂的求知欲；对“节食増寿”的科学讲解，使学生获得学习知识的成功体验；对克隆羊多莉早衰的原因探究，使学生充分认识知识的价值。

【教学重点】

端粒的结构和功能。

【教学难点】

端粒、端粒酶与肿瘤和细胞衰老的关系。

【教学方法】

讲授法：通过叙述、描绘、解释、推论来传递信息、传授知识、阐明概念；通过端粒-端粒酶学说、生命钟假说、克隆羊多莉早衰的原因探究，启发学生对生命的思考；

讨论法：通过“节食増寿”谚语科学道理的讨论以及如何恰当的发挥端粒、端粒酶在解决肿瘤和衰老中的作用的讨论，让学生在学习的过程中学会如何用分子生物学的语言去思考和讨论问题。

【教具】

幻灯片、电子笔、粉笔、可伸缩的金属教棍。

【教学过程】

一、端粒和端粒酶的定义

（一）端粒（telomere）

染色体末端由重复DNA序列和相关蛋白组成的特殊结构，具有稳定染色体结构和完整性的功能。

注：由真核生物DNA的末端复制问题，引入本节课内容。讲解端粒的英文名称有两个希腊词汇组成：telo和mere。展示端粒的模型图，让学生直观了解端粒在染色体上的位置。

（二）端粒酶（telomerase）

是核蛋白逆转录酶，以自身RNA为模板，合成端粒DNA，将端粒DNA加至真核细胞染色体末端，为细胞持续分裂提供遗传基础。

由于端粒和端粒酶与染色体保护、肿瘤发生、细胞衰老等现象密切相关，所以它成为科学家当前的研究热点。

注：由研究热点，引入2009年诺贝尔生理学或医学奖，引起学生的兴趣和关注。

Nobel Prize in Physiology or Medicine 2009

Elizabeth Blackburn Carol Greider Jack Szostak 注：展示三位获奖科学家照片，讲述Elizabeth Blackburn和Carol Greider 是师生关系。

Nobel Prize in Physiology or Medicine 2009，颁发给了三位美国的科学家：Elizabeth Blackburn，Carol Greider ，Jack Szostak ，表彰他们发现了“端粒和端粒酶如何保护染色体的”。

主要成就：他们共同解决了生物学的一个重大问题，即“在细胞分裂时染色体如何完整地自我复制以及染色体如何受到保护以免于退化”。“这三位科学家向我们展示，解决办法存在于染色体末端——端粒，以及形成端粒的酶——端粒酶。”

注：展示荧光显微照片，让学生看到真实的端粒。

二、端粒的结构和功能

（一）端粒的结构

由富含G和T的6碱基重复序列组成，结合一些蛋白质，构成染色体的“末端保护帽”。

注：展示哺乳动物端粒结构图形，激发学生对“发卡结构”的认知。

（二）端粒的功能

1.稳定染色体末端结构；

（1）端粒T环结构 (terminal loop) ，使染色体末端封闭起来，免遭破坏；

（2）端粒D环结构(displacement loop) ，结合TRF2等蛋白，阻止染色体末端融合和损伤反应。

注：结合图形，让学生分辨T环和D环。重点讲解T环结构的形成原因：端粒3，末端单链区侵入双螺旋区，并置换出双螺旋的一条单链而形成的。

2.保持染色体DNA遗传信息复制的完整性，解决DNA末端复制问题；

注：据图，复习DNA末端复制问题产生的原因，温故知新，激起学生的疑问。重点讲解端粒如何保持染色体DNA遗传信息复制的完整性的。给学生比喻，端粒就像染色体DNA的帽子，每复制一次，相当于把这个帽子削掉一层，如此就保护了帽子下面的脑袋。

3.与细胞衰老有关。细胞愈年轻，端粒愈长；细胞愈老，端粒愈短。

三、端粒、端粒酶与肿瘤和细胞衰老

（一）肿瘤发生：端粒--端粒酶学说

随着细胞分裂次数的增加，端粒逐渐缩短，当其缩短到关键长度时，细胞停止分裂，大部分细胞在基因调控下衰老死亡。极少部分细胞通过病毒基因的

整合或抑癌基因的突变而逃脱死亡，通过某种机制激活端粒酶，使端粒长度得以维持，成为永生细胞，无限增殖，形成肿瘤。

例证：

在正常人的体细胞中，检测不到端粒酶活性；

85%-95%的肿瘤细胞中，检测到端粒酶活性；

抑制端粒酶活性，可以使永生细胞转化为正常细胞。

临床应用：1.直肠癌的早期诊断方法

2.治疗癌症：RNA干扰技术

注：先与学生讨论，已经学过的肿瘤发生的原因。再讲授肿瘤发生的端粒-端粒酶学说，使学生保持对课堂的求知欲；阐明临床应用，增强学生对知识的理解和应用。

（二）细胞衰老：生命钟假说

人体细胞中，端粒酶延长端粒的作用是在胚系完成的，当胚胎发育完成后，端粒酶活性被抑制。当人出生以后，端粒就象是一个伴随着细胞分裂繁殖的“生命之钟”，历数着细胞可分裂的次数，同时也见证了细胞由生长到衰老死亡的整个生命历程。

注：先与学生讨论，已经学过的细胞衰老的原因。再讲授细胞衰老的生命钟假说。通过让学生读一段专业英语，带领学生一起翻译。使用动画展示细胞走向死亡的过程，让学生直观认识到细胞衰老的原因。抛出“节食增寿”的谚语，和学生一起分析其中的科学道理：无节制的饮食，使人体新陈代谢加快，细胞分裂随之加快，端粒缩短的快，人就容易走向衰老。引导学生提倡健康的饮食和良好的生活习惯。

研究进展：基因探针检测，胎儿、婴儿、青年、老年，随着年龄的增长，端粒逐渐缩短。研究端粒丢失速率，预测人类寿命。

注：结合北京大学的最新研究结果，讲解女性的平均寿命笔男性的长的原因。结合美国的最新研究结果，预测人类寿命最长为130岁。

端粒与生物体衰老的经典例证

1996年7月，克隆羊多莉出生，6年后，她得了一般老年时才会得的关节炎和肺病而死亡。羊的平均寿命是12岁。克隆多莉时，使用的是 6岁成年羊的体细胞核。

注：结合中学课本中所学，揭示克隆羊多莉早衰的真实原因：多莉出生时，其端粒年龄已经6岁了。人类可以延续，但是个体生命却不能永生，这就是自然界对生命的巧妙构思。引起学生对生命的思考和科学知识的共鸣。