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高一生物集体备课5-3人类遗传病

[日期:2011-07-12]   来源:生物百花园  作者:生物百花园   阅读:585[字体: ]

一、 教学目标
1.举例说出人类遗传病的主要类型。
2.进行人类遗传病的调查。
3.探讨人类遗传病的监测和预防。
4.关注人类基因组计划及其意义。
二、教学重点和难点
1.教学重点
人类常见遗传病的类型以及遗传病的监测和预防。
2.教学难点
(1)如何开展及组织好人类遗传病的调查。
(2)人类基因组计划的意义及其与人体健康的关系。
三、教学策略
基因突变和染色体变异会导致生物性状的改变,在人体则可表现为某种疾病。教材中关于普通感冒和肥胖的问题探讨,以及由此而引出的人类其他的疾病是否是遗传病的讨论,正是涉及到遗传物质是否改变的问题,也是本节首先要解决的问题。遗传病通常是指由于遗传物质改变而引起的疾病。因此,学完基因突变和染色体变异之后,再进一步学习人类遗传病的类型,了解遗传病的监测和预防,关注遗传病给人类造成的危害,顺理成章,同时也是高中学生应该具备的基本科学素养。
本节有一个调查、两个“资料搜集和分析”活动。活动的内容较多,在教学时要注意统筹安排。本节教学可用2课时。第1课时完成人类常见遗传病的类型和遗传病的监测和预防的内容,第2课时完成人类基因组计划与人体健康的内容。
为保证本节的活动能够顺利开展,建议在学习本节内容前一周,教师就制作好调查表,发给学生(或由学生自己设计相应的调查表),让学生调查人群中的某种遗传病。调查的遗传病最好是与学生关系比较密切的遗传病,如高度近视等,这样既可以激发学生调查的积极性,又不会引起调查的尴尬,能够保证调查活动的顺利进行。活动时将学生分成两组,一组搜集有关基因诊断方面的资料,另一组搜集人类基因组计划及其影响的资料,以备课堂教学讨论时展示。本节可以采取下列教学策略。
1.通过调查、自学和讨论的形式了解人类常见遗传病的类型。
教师可以首先让学生汇报调查情况,教师和学生将数据汇总后,计算某种遗传病的发病率。由于调查活动需要较多的课外时间、调查的问题又涉及个人的隐私,难度较大。因此,在调查前,教师应该向学生强调一些注意事项。例如,调查了多少人,其中有多少人有某种遗传病,要如实记录;如果调查的是红绿色盲,可以以学生为对象,以本校和附近学校的校医务室的资料为准,切不可在公共场合追问别人是否是红绿色盲患者;如果某家族有典型遗传病病例,一定要取得该家族的同意才能直接进行调查,等等。
本调查可以参考下面的流程图进行。
 

在制定调查计划时,教师可以设置下面的一些问题情境供学生讨论。
(1)你们小组准备从哪些方面进行调查?
(2)小组内各成员的调查范围是什么?
(3)你打算采用哪些方法获得调查资料?
(4)在调查中你认为应该注意哪些事项?会遇到什么样的困难?你准备怎样克服?
此外,教师还可以通过展示各种常见的或非常严重的遗传病的图例,如白化病、软骨发育不全、21三体综合征、色盲等,让学生认识到遗传病的危害。教师需要向学生说明的是,人类的遗传病仅单基因遗传病就有6 500多种,已成为威胁人类健康的一个重要因素。了解遗传病的类型及其危害,预防遗传病是每个公民的义务。教师由此自然地引入遗传病类型的学习。
“人类常见遗传病的类型”是了解水平的内容,学生通过自学就可以达到学习目的。教师在教学时可以引导学生回顾在初中了解的几种遗传病,以及教材前几章已经出现的伴性遗传病和常染色体遗传病,并进行适当的总结和拓展。人类常见的遗传病类型概括如下图。
 

2.以图解、问题串、讨论和辩论的方式学习遗传病的监测和预防。
在了解遗传病类型的基础上,学生容易理解对遗传病进行监测和预防的重要性。教师在教学过程中可以设置问题串,并参考下面的流程图来进行教学。
 

教师可以设置下面的问题,引导学生思考和讨论。
(1) 遗传病可能给患者本人、家庭和社会以及后代造成什么样的危害?为什么要对遗传病进行监测和预防?
(2) 对遗传病进行监测和预防,可以从哪几个方面入手?
(3) 遗传咨询的步骤有哪些?必须具备什么样的基础知识才可能进行遗传咨询?
(4) 产前诊断的方法有哪些?
遗传病监测引起的社会问题,学生比较感兴趣。在引导学生讨论时,要注意以下几个问题。
讨论的目的不是否定遗传病监测的重要作用,而是通过遗传病监测存在社会争议这一事实,说明遗传病监测与社会伦理有关,从而让学生理解现代科学技术的发展和应用具有双重作用,提醒学生在应用现代科学技术时,要考虑当时的社会发展状况,要符合人类社会的伦理道德观。
在讨论时,教师可以通过一些背景资料,先介绍基因检测的重要作用。例如,可以通过苯丙酮尿症的早期基因检测的事例,强调基因检测的重要作用和意义。通过产前检查,人们可以在早期确定苯丙酮尿症这种隐性遗传病。当婴儿出生以后,医生就可以给患儿配置一份不含有苯丙氨酸的特殊营养配方,这样就可以避免婴儿体内苯丙酮酸的积累,孩子长大后也能够和正常人一样生活。此外,教师还可以提供一些遗传检测的具体病例,使学生能够真正参与讨论,从而认识到基因诊断所存在的社会争议问题。在展开讨论前,教师可以引导学生思考下列问题。
(1)除医生和家人外,哪些人想知道基因检测的信息?
(2)为什么这些人想知道个人的遗传信息?
(3)这些人应该获得这些遗传信息吗?
(4)如果这些遗传信息不应该被他人知道,应该采取哪些措施保护个人的遗传信息?
3.生动活泼地开展人类基因组计划与人体健康的学习。
人类基因组计划的内容非常广泛,也是学生非常感兴趣的问题,建议教师在教学前充分利用学生学习的积极性,让学生更多地搜集人类基因组计划的资料,在搜集资料和汇报成果时领会人类基因组计划的重大意义。
在布置学生搜集资料时,最好是将学生分组,不同的组搜集不同方面的资料,教师事先列出需要搜集资料的几个方面。例如,什么是人类基因组计划,人类基因组计划与人体健康有什么关系,人类基因组计划对社会伦理道德观产生哪些影响,等等。在课前,教师可以将学生搜集的资料做成幻灯,便于展示和教学。
教师在介绍完人类基因组计划的内容及其意义后,要及时引导学生讨论人类基因组计划在人体健康和社会伦理等方面的正面和反面效应,通过讨论让学生理解,科学技术是一把双刃剑,既可以为人类造福,又可能带来某些负面影响。为保证人类基因组计划的研究不误入歧途,科学家应承担应有的社会责任,如不进行有悖于社会伦理道德的研究等;普通公民应有责任和义务了解科学家所从事的研究工作,督促科学家的研究向着有利于社会进步的方向进行,等等。此外,教师还可以开展多种形式的活动。例如,可以举办专题讲座、辩论会等。
四、答案和提示
(一)问题探讨
1.提示:人的胖瘦是由多种原因造成的。有的肥胖病可能是由遗传物质决定的,有的可能是后天营养过多造成的,但大多数情况下,肥胖是由于遗传物质和营养过多共同作用的结果。
2.提示:有人提出“人类所有的病都是基因病”。这种说法依据的可能是基因控制生物体的性状这一生物学规律。因为人体患病也是人体所表现出来的性状,而性状是由基因控制的,从这个角度看,说疾病都是基因病,是有一定道理的。然而,这种观点过于绝对化,人类的疾病并不都是由基因的缺陷引起的,如由大肠杆菌引起的腹泻,就不是基因病。
(二)练习
基础题
1.(1)×;(2)×;(3)×。
2.列表总结遗传病的类型和实例。
人类遗传病的类型定  义实  例
单基因
遗传病显性遗传病由显性致病基因引起的遗传病多指、并指等
隐性遗传病由隐性致病基因引起的遗传病白化病、苯丙酮尿症等
多基因遗传病受两对以上的等位基因控制的遗传病原发性高血压等
染色体异常遗传病由染色体异常引起的遗传病21三体综合征等

拓展题
提示:该女性不一定携带白化病基因;她未出生的孩子可能患白化病。
由该女性的弟弟是白化病的事实可知其弟弟的基因型为aa,因而推测其父母的基因型为Aa,则该女性的基因型有两种可能:AA和Aa,AA的概率为1/3,Aa的概率为2/3。该女性携带白化病基因的概率为2/3,根据她丈夫携带白化病基因的情况,其后代携带白化病基因和患白化病的可能性分为三种可能:(1)丈夫不含有白化病基因;(2)丈夫含有一个白化病基因;(3)丈夫是白化病患者。遗传咨询师需要根据该女性的丈夫是否是白化病患者,或者是否有家族遗传病史来作出判断,提供遗传咨询。
五、参考资料
1.人类遗传病
由于人们对疾病有着不同的认识,因而,疾病也曾被赋予各种各样的定义。遗传学家往往认为形态或代谢异常就是疾病;临床医学家则认为疾病是有特定症状和体征的病态过程;生理学家则将疾病看成是内环境稳态的失衡。事实上,从环境与机体统一的观点看,疾病是环境因素(外因)和机体(内因)相互作用而形成的一种特殊的生命过程,伴有组织器官形态、代谢和(或)功能的改变。遗传因素是构成内因的主要因素。因此,可以认为,任何疾病的发生都是环境因素与遗传因素共同作用的结果。但在某一具体疾病发生中,环境因素与遗传因素的相对重要性则要具体分析。大致有下面三种情况:第一类是环境因素起主要作用的疾病。第二类是遗传因素起主导作用的疾病。第三类是环境因素与遗传因素都很重要,遗传因素提供了产生疾病的必要的遗传背景,环境因素促使疾病表现出相应的症状和体征。但三者之间并无严格的界限,例如,维生素C缺乏症(坏血病)是环境因素起主导作用的疾病。这是因为人类普遍缺乏体内合成维生素C必需的古洛酸糖内酯氧化酶,所以必须摄取外源性维生素C,因此维生素C缺乏症也可看成是此酶遗传性缺乏的结果。表现型是基因型与环境共同作用的结果,遗传因素起主导作用的疾病,也都有环境因素参与。
遗传性疾病(hereditary disease,inherited disease, genetic disease)简称遗传病,是指生殖细胞或受精卵的遗传物质(染色体和基因)发生突变(或畸变)所引起的疾病,通常具有垂直传递的特征。
遗传病不应与先天性疾病(congenital disease)等同看待。先天性疾病是指个体出生后即表现出来的疾病。如果主要表现为形态结构异常,则称为先天畸形(congenital anomaly)。应该指出,许多遗传病在出生后即可见到,因此大多数先天性疾病实际上是遗传病,但也有某些先天性疾病是在子宫中获得的,如风疹病毒感染引起的某些先天性心脏病,药物引起的畸形等。反之,有些出生时未表现出来的疾病,也可以是遗传病。如原发性血色素病(primary hematochromatosis)是一种铁代谢障碍疾病,但铁要积存到15 g以上才发病,80%的病例发病年龄在40岁以上。
遗传病也应与家族性疾病(familial disease)加以区别。家族性疾病是指表现出家族聚集现象的疾病,即在一个家庭中不止一个成员罹患。当然,许多遗传病(特别是显性遗传病)常见家族聚集现象,但也有不少遗传病(特别是隐性遗传病和染色体病)并不一定有家族史。故“家族性”一词一般用于表达未弄清病因而又怀疑可能为遗传病时使用。但在弄清病因后,应该代之以“遗传性”。由于习惯,至今仍沿用家庭性高胆固醇血症、家族性甲状腺肿等名称。
遗传病是由遗传物质发生异常改变而引起的疾病。比较常见的遗传性疾病有如下几种。
常染色体显性遗传病  常染色体显性遗传病是由位于常染色体上的显性致病基因引起的疾病,在单基因遗传病中最常见。患者双亲之一是患者,男女发病机会均等,其子女中1/2是患者。例如,短指(趾)症是由于指(趾)骨或掌骨变短或指(趾)骨缺如,致手指(或足趾)变短;家族性高胆固醇血症表现为胆固醇沉积于血管壁造成动脉粥样硬化,引起早年冠心病甚至心肌梗塞。
常染色体隐性遗传病  常染色体隐性遗传病是位于常染色体上的隐性致病基因引起的疾病。患者的双亲均为致病基因携带者或患者,男女发病机会均等,近亲婚配的后代中发病率显著增高。比较常见的病有白化病、苯丙酮尿症和半乳糖血症等。白化病是由于黑色素代谢障碍引起的,患者皮肤、毛发均为白色,虹膜及瞳孔呈淡红色,视网膜无色素,怕光。半乳糖血症是由于半乳糖1磷酸尿苦酰转移酶缺乏所致。症状表现为哺乳后呕吐、腹泻,对乳类不能耐受,继而出现肝硬化、白内障、智力发育不全等。
伴性遗传病  伴性遗传病是性染色体上的致病基因所引起的遗传病。性连锁遗传的致病基因大都在X染色体上,男性患者远多于女性患者,如红绿色盲。此病的患者对红绿色的辨别力缺乏或降低。而抗维生素D佝偻病,主要是由于肾远曲小管对磷的转运机制有障碍,尿排出的磷酸盐增多,血磷酸盐降低而影响骨质钙化所引起的。患者身材矮小,用维生素D治疗无效。
多基因遗传病  多基因遗传病是由多对致病基因控制的遗传病,发病率较低。常见的有先天性髋关节脱位、脊柱裂、唇裂或腭裂(俗称兔唇)和无脑儿等。
染色体病  染色体病是因先天性染色体数目异常或结构畸变而引起的疾病,如21三体综合征。
2.人类基因组计划
2000年6月26日是人类科技史上一个令人难忘的日子,参加人类基因组计划研究的美国、英国、法国、德国、日本和中国科学家同时向世界宣布人类基因组工作草图已基本完成,已绘制出覆盖人类基因组97%的DNA序列图谱,其中85%的基因组序列得到了精确测定,包含了人体约30亿个碱基对的正确排序。人们认为人类基因组计划是继曼哈顿******计划和阿波罗登月计划之后的第三大科学计划,它对人类认识自身,提高健康水平,推动生命科学、医学、生物技术、制药业、农业等的发展具有极其重要的意义,人类基因组工作草图的完成是该计划实施的一个里程碑。
人类基因组计划的由来与进展  人类基因组计划最初是由美国生物学家,诺贝尔奖获得者杜尔贝科(R.Dulbecco)于1986年在美国《科学》杂志上发表的一篇文章中提出的,主要目标是测出人类基因组DNA长达3×109碱基对的序列,发现所有人类基因并阐明其在染色体上的位置,从而在整体上破译人类遗传信息。经过约3年的讨论,美国政府于1990年10月正式启动了这项将耗资30亿美元、为时15年的计划,预期在2005年完成人类基因组全部序列的测定。这一计划还包括对一系列模式生物的基因组的全序列测定,如大肠杆菌、酵母、拟南芥、线虫、果蝇和小鼠等。对这些处于生物演化不同阶段的生物体的研究是认识人类基因结构与功能所不可缺少的。1993年美国国立卫生研究院和能源部修改了其五年计划的指标;1994年遗传图谱的五年计划提前完成;1995年人类第3、11、12和22号染色体的中等精度的图谱公布;人类第16、19号染色体的高分辨率物理图谱分别完成。该计划自实施以来,很快受到国际科学界的重视,英国、日本、法国、德国的科学家先后加盟,于是人类基因组计划扩展成国际性合作计划。1996年举行了国际合作的人类基因组大规模测序战略会议。1997年美国国立卫生研究院成立国家人类基因组研究所(NHGRI)。1998年美国国立卫生研究院与能源部提出新的五年计划(1998-2003),人类DNA测序是其重中之重,旨在2003年底前完成整个人类基因组的测序,其间,在2001年底前产生人类基因组序列的工作草图。
1999年7月,在中国科学家的积极申请之下,中国科学院遗传研究所人类基因组中心在国际人类基因组组织注册成功,负责测定全部序列的1%。中国成为该计划的第六个参与国,也是惟一的发展中国家。1999年12月,国际基因组计划联合小组宣布,已完整译出人类第22号染色体的遗传密码,人类首次完成人体染色体基因完整序列的测定。2000年4月美国塞莱拉(Celera)基因研究公司宣布,该公司已破译出一名实验者的完整遗传密码。但不少欧美科学家对此表示质疑,因为该公司的研究没有提供有关基因序列的长度和完整的可靠数据。2000年5月,德国与日本科学家合作完成了人第21号染色体的基因测序工作,该项成果可以揭开早老性痴呆症、躁狂抑郁症等疾病的发病机理。在6国16个测序中心的1 100多名科学家、计算机专家和技术人员的通力合作下,终于在2001年2月提前完成了人类基因组的工作草图。
我国人类基因组研究工作的历程与进展  我国人类基因组的研究工作,在国家自然科学基金委员会的支持下,于1994年启动以后又得到了国家高技术发展计划(863)和国家自然科学基金的重点支持,以及中国科学院和北京、上海等市政府的支持,1998年疾病基因组等研究被列入国家重点基础研究规划(973)的第一批项目之中;中国南方基因中心在上海成立。翌年,北方人类基因组中心和中国科学院人类基因组中心先后在京成立。1999年9月中国加入国际人类基因组计划,并仅用半年多的时间,于2000年4月提前完成了人类第3号染色体短臂上3 000万个碱基对的工作草图,从而在这一科学丰碑上自豪地刻下中国人的名字。我国通过参与这一计划,改变了国际人类基因组研究的格局,能够分享这一计划历时10年积累的全部成果、数据和技术,建立起了自己的大规模测序的全套技术及科技队伍,为我国今后的生物资源基因组研究及参与国际生物产业竞争奠定了基础。
现在,我国已建立起一整套较完整的基因组研究体系,在基因多样性领域,建立了多民族人群的DNA样品库,对中国南、北30个民族或人群的遗传关系进行了研究,并与世界其他人群进行了比较。疾病基因的研究也取得了可喜的进展,克隆了遗传性高频耳聋的致病基因,定位了若干单基因疾病的染色体位点。在白血病和某些实体肿瘤相关基因的结构、功能研究方面也取得重大突破,已获得EST(表达序列标签)10多万条,克隆了1 000条以上新基因的全长cDNA,在模式生物基因组的全测序方面我国也做了出色的工作,开展了中国生物数据库的建设。
尽管我国在人类基因组研究方面取得了一系列令人惊喜的成就,但科学家们指出,我国现有的基因组研究队伍的总体状况,特别是在资金与技术设备方面与发达国家相比,仍存在着相当大的差距。要使我国从基因资源大国转变为基因研究大国,扭转目前面临的基因资源流失的严重情况,还需付出极大的努力。
3.后基因组时代的展望
随着人类基因组大规模测序工作接近尾声,生命科学进入了后基因组时代,亦称功能基因组学时代。它以揭示基因组的功能及调控机制为目标,其核心科学问题主要包括:基因组的多样性,基因组的表达调控与蛋白质产物的功能,以及模式生物基因组研究等。它的研究将为人们深入理解人类基因组遗传语言的逻辑构架,基因结构与功能的关系,个体发育、生长、衰老和死亡机理,神经活动和脑功能表现机理,细胞增殖、分化和凋亡机理,信息传递和作用机理,疾病发生、发展的基因及基因后机理(如发病机理、病理过程)以及各种生命科学问题提供共同的科学基础。功能基因组研究成果不仅具有巨大的科学意义,而且有着十分广泛的应用前景。在医疗卫生方面,其研究成果可用于医药的发现和开发;致病基因或疾病易感基因的鉴定和克隆,全新原理的诊断、治疗和预防方法的设计;医生将能够根据患者的个人遗传构成,进行更加个人化的药物疗法;科学家们在人体器官和组织“重造”以及修复方面将取得巨大进步;以基因组成果为基础的基因组工业,将带动一批高新技术产业向新的领域开拓。在农业、畜牧业方面,可以用新的方式对动植物疾病进行诊断和处治,改善家禽、家畜和农作物的品质,提高产量。在纺织业、废物控制和环境治理整顿等领域,也都将发挥重要作用。
自我检测的答案和提示
一、概念检测
判断题
1.×。
2.√。
3.×。
4.×。
5.×。
6.√。
选择题
B。
识图作答题
1.雌;含有两条х染色体。
2.4;2。
画概念图
 

二、知识迁移
由女方X染色体上携带一对隐性致病基因患有某种遗传病可知,该女性的基因型为XaXa 。由男方表现型正常可知其基因型为XAY。该夫妇生下患病胎儿的概率为1/2,如果生下的是男孩,则100%患有这种遗传病,如果生下的是女孩,则100%携带有这种遗传病的致病基因。
三、技能应用
提示:野生型链孢霉能在基本培养基上生长,用X射线照射后的链孢霉不能在基本培养基上生长,说明X射线照射后的链孢霉产生了基因突变,有可能不能合成某种物质,所以不能在基本培养基上生长。在基本培养基中添加某种维生素后,X射线照射后的链孢霉又能生长,说明经X射线照射后的链孢霉不能合成该种维生素。
四、思维拓展
1.酶①或酶⑤ 。
2.酶③ 。
3.提示:由这个例子可以看出,白化病等遗传病是由某些缺陷基因引起的,这些基因的产物可能是参与代谢途径的重要的酶。基因可以通过控制酶的合成调控生物体内物质的代谢途径,从而控制生物体的性状。


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