《科学前沿生物信息学》新课标优质课教案设计

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教学目标

（1）知识和技能

了解人类基因组计划和生物信息学的发展；认知生物学科门类，培养就业意识。

（2）过程和方法

通过翻译过程，体验现代生物信息学带来的发展，加深理解遗传的翻译过程。

（3）情感态度和价值观

通过人类基因组计划树立生命观念；通过理性思考培养学生理性思维核心素养。

教学重点和难点

重点：生物信息学应用

难点：生物信息学应用

教学过程

导入新课

学生观看“开讲了-汪健”的视频片段，思考视频中提示的院士梦想，引出人类基因组计划。

人类基因组计划

人类基因组计划与曼哈顿原子弹计划和阿波罗计划并称为三大科学计划。被誉为生命科学的“登月计划”。人类基因组计划(human genome project, HGP)是由美国科学家于1985年率先提出，于1990年正式启动的。美国、英国、法国、德国、日本和我国科学家共同参与了这一预算达30亿美元的人类基因组计划。按照这个计划的设想，在2005年，要把人体内约2.5万个基因的密码全部解开，同时绘制出人类基因的图谱。换句话说，就是要揭开组成人体2.5万个基因的30亿个碱基对的秘密。

我国于1999年加入HGP，得到完成人类3号染色体短臂上一个约30Mb区域的测序任务，该区域约占人类整个基因组的1%的任务，而其他国家承担的任务比例为:美国５４％、英国３３％、日本７％、法国 ２.８％、德国２.２％。截止到2003年4月14日，人类基因组计划的测序工作已经完成。其中，2001年人类基因组工作草图的发表（由公共基金资助的国际人类基因组计划和私人企业塞雷拉基因组公司各自独立完成，并分别公开发表）被认为是人类基因组计划成功的里程碑。

后基因组计划就是人类完成人类基因组计划（结构基因组学）以后的若干领域，实际上是指完成顺序后的进一步计划，其实质内容就是生物信息学与功能基因组学。其核心问题是研究基因组多样性，遗传疾病产生的原因，基因表示调控的协调作用，以及蛋白质产物的功能。

人类基因组研究的目的不只是为了读出全部的DNA序列，更重要的是读懂每个基因的功能，每个基因与某种疾病的种种关系，真正对生命进行系统地科学解码，从此达到从根本上了解认识生命的起源、种间、个体间的差异的原因，疾病产生的得机制以及长寿、衰老等困扰着人类的最基本的生命现象目的。

生物信息学

人类基因组完成后，生物学的研究进入了后基因组时代，各国和组织提出了延伸计划，推动了疾病基因组学、比较基因组学、环境基因组学、肿瘤基因组学、水稻基因组学、转录组学、蛋白质组学等的发展，这些组学的发展实现了遗传信息的补充，推动了生物信息的研究，出现了新型学科生物信息学。

生物信息学作为一门新的学科领域，主要是利用计算机处理和分析核酸和蛋白质序列数据，阐释生物大分子中存在的生物信息，并说明生物信息建构生命的原理，实现对生物信息的利用，造福全人类。

利用诺贝尔奖得主—W. Gilberu对现代生命科学研究的经典论断：“传统生物学解决问题的方式是从实验出发的，现在,基全部基因序列都将知晓,并以电子可操作的方式驻留在数据库中,新的生物学研究模式的出发点应是理论的。一个科学家将从理论推测出发,然后再回到实验中去,追踪或验证这些理论假设。”说明生物信息学对现代科技发展的意义。

介绍生物信息学研究的主要内容有以下几方面：对基因组数据的解读，如生物芯片数据分析；新型数据库的建立；比较基因组的研究；RNA、蛋白质高级结构的预测；基因的结构识别和功能预测；特定基因的进化分析等。

介绍数据库和在线软件 如由美国国家生物技术信息中心网站及其数据库

和欧洲分子生物学实验室维护的EMBL网站等；此外还有离线软件Genstar、DNATool等DNA 序列分析软件。