GA tích hợp NLS và AI Sinh học 12 Bài 3: Điều hoà biểu hiện gene

Giáo án năng lực số và AI Sinh học 12 Bài 3: Điều hoà biểu hiện gene được biên soạn theo định hướng phát triển phẩm chất – năng lực. Nội dung có tích hợp NLS và AI giúp HS rèn luyện khả năng ứng dụng công nghệ, thao tác số ngay trong tiết học. Tài liệu ở dạng file Word, dễ chỉnh sửa – dễ tải về, phù hợp cho GV sử dụng từ năm học 2026.

Bài khác

Nội dung chi tiết

Ngày soạn:…/…/…

Ngày dạy:…/…/…

   

BÀI 3: ĐIỀU HÒA BIỂU HIỆN GENE

I. MỤC TIÊU

1. Kiến thức

Sau bài học này, HS sẽ:

  • Trình bày được thí nghiệm trên operon lac của E.coli.
  • Phân tích được ý nghĩa của điều hòa biểu hiện gene trong tế bào và trong quá trình phát triển cá thể.
  • Nêu được ứng dụng của điều hòa biểu hiện gene.

2. Phát triển năng lực

Năng lực chung: 

  • Năng lực tự chủ và tự học: HS chủ động, tích cực tìm hiểu kiến thức. Xác định kế hoạch tìm hiểu về cơ chế điều hòa biểu hiện của gene và ứng dụng của nghiên cứu cơ chế điều hòa biểu hiện gene trong đời sống.
  • Năng lực giao tiếp và hợp tác: Sử dụng ngôn ngữ khoa học kết hợp thảo luận trong nhóm xây dựng nội dung kiến thức theo yêu cầu.
  • Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo: Xây dựng được ý tưởng mới trong việc ứng dụng kiến thức cơ chế điều hòa biểu hiện của gene vào đời sống.

Năng lực sinh học: 

  • Năng lực nhận thức sinh học: Trình bày được thí nghiệm trên operon lac của E.coli. Phân tích được ý nghĩa của điều hòa biểu hiện gene trong tế bào và trong quá trình phát triển cá thể. Nêu được ứng dụng của điều hòa biểu hiện gene.
  • Năng lực tìm hiểu thế giới sống: Trình bày được thí nghiệm phát hiện hiện tượng điều hòa quá trình chuyển hóa trong tế bào.
  • Năng lực vận dụng kiến thức, kĩ năng đã học: HS sơ đồ hóa và giải thích được cơ chế điều hòa hoạt động của gene, từ đó, giải thích các hiện tượng phát sinh để phục vụ đời sống con người.

Năng lực số: 

  • 1.1.NC1b: Khai thác dữ liệu và thông tin, duyệt, tìm kiếm và lọc dữ liệu, thông tin và nội dung số - HS áp dụng kỹ thuật tìm kiếm để truy cập và khai thác thông tin, video học liệu số, mô phỏng PhET về cấu trúc và cơ chế hoạt động của operon lac ở vi khuẩn E. coli.
  • 1.2.NC1a: Khai thác dữ liệu và thông tin, đánh giá dữ liệu, thông tin và nội dung số - HS thực hiện phân tích, so sánh và kiểm chứng độ chính xác của các sơ đồ, thông tin do Chatbot AI hoặc nguồn Internet cung cấp với nội dung kiến thức chuẩn trong SGK.
  • 2.1.NC1a: Giao tiếp và Hợp tác, tương tác thông qua công nghệ số (HS lựa chọn và sử dụng công nghệ số như phần mềm trắc nghiệm Quizizz/Google Forms, màn hình tương tác để tương tác trả lời câu hỏi khởi động, luyện tập và củng cố kiến thức).
  • 2.4.NC1a: Giao tiếp và Hợp tác thông qua công nghệ số - HS lựa chọn các công cụ số như Padlet, Google Docs, Canva phục vụ quá trình hợp tác nhóm, chia sẻ dữ liệu và thảo luận kết quả thí nghiệm. 
  • 3.1.NC1a: Sáng tạo nội dung số và phát triển nội dung số - HS áp dụng các cách tạo và chỉnh sửa nội dung số ở các định dạng khác nhau để thiết kế sơ đồ tư duy, infographic mô tả cơ chế điều hòa biểu hiện gene của operon lac trên Canva/PowerPoint.

Năng lực AI: 

  • 12.C3.1: Các kĩ thuật và ứng dụng AI, một số công cụ thiết kế và phát triển hệ thống AI - HS nêu được một số công cụ mã nguồn mở hoặc miễn phí và sử dụng Chatbot AI để tra cứu, tóm tắt và sơ đồ hóa cơ chế đóng/mở operon lac và ứng dụng của điều hòa biểu hiện gene trong y dược và nông nghiệp.
  • 12.A1.2: Tư duy lấy con người làm trung tâm, con người trong hệ thống AI - HS phân tích được vai trò của con người và AI trong các bước chính của quá trình ra quyết định khi sử dụng Chatbot AI để tư vấn các ứng dụng điều hòa gene trong chăn nuôi và y học, đồng thời khẳng định vai trò kiểm chứng và quyết định chuyên môn cuối cùng của con người.
  • 12.C3.2: Các kĩ thuật và ứng dụng AI, tùy chỉnh và tối ưu hệ thống AI - HS nêu được ví dụ về cách thức đánh giá hiệu quả của hệ thống AI khi so sánh câu trả lời của AI về cơ chế biến đổi cấu hình không gian của protein ức chế khi có/không có lactose với kiến thức thực nghiệm SGK.

3. Phát triển phẩm chất

  • Chăm chỉ: tích cực học tập, tự nghiên cứu bài học để chuẩn bị nội dung bài học.
  • Trách nhiệm: nghiêm túc trong học tập, rèn luyện và hoàn thành nội dung được giao.

II. THIẾT BỊ DẠY HỌC VÀ HỌC LIỆU

1. Đối với giáo viên

  • KHBD, SGK, SGV, SBT Sinh học 12.
  • Hình ảnh 3.1 - 3.2 và các hình ảnh liên quan.
  • Video về điều hòa biểu hiện gene: https://youtu.be/A9bX_sC1mGc.   
  • Máy tính, máy chiếu.
  • Phiếu học tập.
  • Hệ thống bài tập trắc nghiệm trên website kenhhoctap.edu.vn.
  • Video AI được tạo bằng các công cụ AI để khởi động bài học.
  • Phần mềm trực tuyến hỗ trợ cộng tác nhóm và biên tập nội dung số (Padlet, Google Jamboard, Canva).

2. Đối với học sinh

  • SGK, SBT Sinh học 12.
  • Nghiên cứu về cơ chế điều hòa biểu hiện gene thông qua các tài liệu GV gửi trước buổi học.
  • Thiết bị công nghệ cá nhân (điện thoại thông minh, máy tính bảng hoặc máy tính xách tay) có kết nối mạng để tương tác trực tiếp trong giờ học.

III. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC

1. HOẠT ĐỘNG KHỞI ĐỘNG

…………………………………………..

…………………………………………..

…………………………………………..

   

2. HOẠT ĐỘNG HÌNH THÀNH KIẾN THỨC

Hoạt động 1: Tìm hiểu thí nghiệm phát hiện ra operon lac ở vi khuẩn E.coli; cấu trúc và cơ chế điều hòa biểu hiện gene của operon lac

a. Mục tiêu: 

-  Trình bày được thí nghiệm phát hiện ra operon lac ở E.coli và cơ chế điều hòa biểu hiện của gene.

- Phân biệt được các trạng thái hoạt động của operon.

b. Nội dung: GV đặt vấn đề, nêu nhiệm vụ; HS đọc nội dung mục I, quan sát Hình 3.1, 3.2 SGK tr.18 - 20, tìm hiểu về Thí nghiệm phát hiện ra operon lac ở vi khuẩn E.coli. 

c. Sản phẩm học tập: Thí nghiệm phát hiện ra operon lac ở vi khuẩn E.coli; cấu trúc và cơ chế điều hòa biểu hiện gene của operon lac.

d. Tổ chức hoạt động:

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HSDỰ KIẾN SẢN PHẨMNLS

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV chia lớp thành các nhóm, mỗi nhóm 5 - 7 HS.

- GV sử dụng kĩ thuật dạy học theo trạm, yêu cầu HS tìm hiểu nội dung mục I, quan sát Hình 3.1, 3.2 và thực hiện nhiệm vụ theo thứ tự từ trạm 1 → trạm 2 cụ thể như sau:

+ Trạm 1. Tìm hiểu thí nghiệm phát hiện ra operon lac ở E.coli: Đọc hiểu nội dung mục I.1, thảo luận và hoàn thành Phiếu học tập (Đính kèm dưới hoạt động).

+ Trạm 2. Tìm hiểu cấu trúc và cơ chế điều hòa biểu hiện gene: Đọc hiểu nội dung mục I.2, quan sát Hình 3.1, 3.2, kết hợp thí nghiệm mô phỏng (https://phet.colorado.edu/en/simulations/gene-machine-lac-operon), sau đó thảo luận, thiết kế sơ đồ về cấu trúc và cơ chế hoạt động của operon lac trong môi trường có lactose và không có lactose bằng Canva sau đó chèn thêm các icon sinh động. 

- Để củng cố kiến thức, GV yêu cầu HS: Suy nghĩ trả lời câu hỏi trong hộp Dừng lại và suy ngẫm SGK tr.20:

1. Quan sát các Hình 3.1 và 3.2, hãy giải thích cơ chế điều hòa biểu hiện gene của operon lac.

2. Tại sao môi trường có lactose thì protein ức chế lại không liên kết với operator? 

- GV gợi ý HS dùng Chatbot AI tra cứu thông tin giải thích cơ chế biến đổi cấu hình protein ức chế.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- Nhóm HS tìm hiểu nội dung mục I SGK tr.18 - 20, kết hợp quan sát Hình 3.1, 3.2 và thí nghiệm mô phỏng, thực hiện nhiệm vụ theo hướng dẫn của GV.

- GV quan sát các nhóm HS: Tiến hành nhiệm vụ, hướng dẫn, gợi ý (nếu cần thiết).

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- Các nhóm báo cáo sản phẩm (Phiếu học tập - Đính kèm dưới hoạt động).

- HS xung phong trả lời câu hỏi củng cố: 

1. Hình 3.1: protein ức chế khi vừa tổng hợp ra đã có thể liên kết với operator nên ngăn cản RNA polymerase liên kết với promoter. Do vậy, các gene trong operon không được phiên mã.

Hình 3.2: protein ức chế liên kết với đồng phân của lactose nên không thể liên kết với operator. Do vậy, RNA polymerase có thể tiến hành phiên mã.

2. Protein ức chế có hai miền chức năng: một miền liên kết với vùng operator, một vùng khác liên kết với tín hiệu điều hòa là đồng phân của lactose. Khi không có lactose thì vùng liên kết với operator hoạt động bình thường. Tuy vậy, khi có lactose, protein ức chế liên kết với lactose làm cho vùng liên kết với operator bị biến đổi (dạng chữ U → chữ V) nên không liên kết được với operator. 

kenhhoctap

- HS khác nhận xét, đánh giá và bổ sung.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- GV nhận xét sản phẩm của các nhóm, đánh giá thái độ làm việc của HS trong nhóm (Phiếu đánh giá đính kèm dưới hoạt động).

-  GV chuẩn hóa kiến thức, yêu cầu HS ghi chép đầy đủ vào vở.

- GV kết luận: Operon lac gồm vùng điều hoà promoter, operator và ba gene cấu trúc quy định các enzyme vận chuyển, phân giải lactose. Khi môi trường không có lactose, protein ức chế do gene điều hoà tạo ra liên kết vào vùng operator nên phiên mã không thể xảy ra. Khi môi trường có lactose, đồng phân của lactose liên kết với protein ức chế khiến protein không liên kết được với operator. Khi đó enzyme RNA polymerase liên kết được với promoter và quá trình phiên mã xảy ra. 

- GV chuyển sang hoạt động tiếp theo.

I. THÍ NGHIỆM PHÁT HIỆN RA OPERON LAC Ở VI KHUẨN E.COLI

1. Thí nghiệm

Nuôi E.coliMôi trường có các amino acid đánh dấu phóng xạGhi nhận hàm lượng các enzyme β-galactosidase, permease và transacetylase 
Lô đối chứngKhông có lactoseXuất hiện không đáng kể
Lô thí nghiệmCó lactoseTăng mạnh

* Kết luận:

kenhhoctap

Lưu ý: Gene lacI (không thuộc operon lac) quy định protein ức chế điều hòa operon lac.

2. Cấu trúc và cơ chế điều hòa biểu hiện gene của operon lac

a) Cấu trúc operon lac

kenhhoctap

b) Cơ chế điều hòa biểu hiện gene của operon lac

kenhhoctap

* Khi môi trường không có lactose: Protein ức chế liên kết với các vùng O, enzyme RNA polymerase không liên kết được với vùng Plac nên các gene không được phiên mã.

kenhhoctap

* Khi môi trường có lactose: Một lượng nhỏ lactose chuyển thành allolactose liên kết với protein ức chế, làm cho protein bị thay đổi cấu trúc nên không liên kết với vùng O. Enzyme RNA polymerase liên kết với vùng Plac để tiến hành phiên mã các gene cấu trúc.

kenhhoctap

3.1.NC1a: 

Áp dụng được các cách tạo và chỉnh sửa nội dung ở các định dạng khác nhau.

12.C3.1: 

HS sử dụng Chatbot AI tra cứu, tóm tắt và hỗ trợ vẽ sơ đồ quy trình operon lac.
12.C3.2: 

HS đánh giá hiệu quả của Chatbot AI qua việc so sánh câu trả lời về biến đổi cấu hình protein ức chế với SGK.

Thông tin bổ sung

ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG GENE Ở SINH VẬT NHÂN THỰC

Điều hòa hoạt động gene ở sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân thực chủ yếu vẫn ở khâu điều hòa phiên mã. Tuy nhiên, do cấu trúc hệ gene ở sinh vật nhân thực khác với cấu trúc hệ gene ở sinh vật nhân sơ nên quá trình điều hòa hoạt động gene ở hai nhóm sinh vật này có nhiều điểm khác biệt.

Điều hòa hoạt động gene ở sinh vật nhân thực có một số đặc điểm sau:

- Các gene ở sinh vật nhân thực thường được điều hòa riêng rẽ từng gene một mà rất ít khi điều hòa cùng nhau theo kiểu operon như ở sinh vật nhân sơ.

- Trừ những gene có vai trò quan trọng luôn được biểu hiện, hầu hết các gene của sinh vật nhân thực thường ở trạng thái không hoạt động và chỉ được mở/hoạt động khi tế bào cần đến sản phẩm của gene.

- Do DNA của sinh vật nhân thực được quấn quanh cấu trúc nucleosome và co xoắn chặt nên gene chỉ được phiên mã khi các nucleosome được dãn xoắn ở trạng thái nguyên nhiễm sắc. Vì thế, tế bào cần có quá trình điều hòa ở khâu dãn xoắn hoặc co xoắn NST trước khi phiên mã.

- Do cấu trúc gene phân mảnh nên sự điều hòa hoạt động gene còn được thực hiện ở khâu sau phiên mã như điều hòa cách cắt intron và nối các exon, điều hòa qua thời gian tồn tại của mRNA cũng như điều hòa ở khâu dịch mã và sau dịch mã.

- Nếu có trục trặc về điều hòa hoạt động gene trong quá trình phát triển hoặc trong suốt quá trình sống có thể gây chết hoặc phát sinh các bệnh tật. Các loại bệnh ung thư và nhiều bệnh khác đều ít nhiều liên quan đến rối loạn điều hòa hoạt động gene.

 

   

…………………………………………..

…………………………………………..

…………………………………………..

   

Hoạt động 2: Tìm hiểu ý nghĩa và ứng dụng thực tiễn của điều hòa biểu hiện gene

a. Mục tiêu: Phân tích được ý nghĩa của điều hòa biểu hiện gene trong tế bào và trong quá trình phát triển cá thể. Nêu được ứng dụng của điều hòa biểu hiện gene.

b. Nội dung: GV nêu nhiệm vụ; HS tìm hiểu nội dung mục II SGK tr.20 - 21 và tìm hiểu về Ý nghĩa và ứng dụng thực tiễn của điều hòa biểu hiện gene.

c. Sản phẩm học tập: Ý nghĩa và ứng dụng thực tiễn của điều hòa biểu hiện gene.

d. Tổ chức hoạt động:

…………………………………………..

…………………………………………..

…………………………………………..

   

3. HOẠT ĐỘNG LUYỆN TẬP

a. Mục tiêu: Thông qua hoạt động, HS củng cố kiến thức về cơ chế điều hòa biểu hiện gene trong tế bào.

b. Nội dung: GV nêu nhiệm vụ; HS vận dụng kiến thức, kĩ năng để trả lời câu hỏi luyện tập các kiến thức về Điều hòa biểu hiện gene.

c. Sản phẩm học tập: Câu trả lời của HS cho câu hỏi luyện tập củng cố kiến thức về Điều hòa biểu hiện gene.

d. Tổ chức hoạt động:

…………………………………………..

…………………………………………..

…………………………………………..

   

4. HOẠT ĐỘNG VẬN DỤNG

a. Mục tiêu: Thông qua hoạt động, HS vận dụng kiến thức, kĩ năng về cơ chế điều hòa biểu hiện gene trong tế bào vào giải quyết các tình huống thực tiễn.

b. Nội dung: GV nêu nhiệm vụ; HS vận dụng kiến thức, kĩ năng để hoàn thành nhiệm vụ được giao. 

c. Sản phẩm học tập: Câu trả lời của HS cho các câu hỏi vận dụng.

d. Tổ chức hoạt động:

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV yêu cầu cá nhân HS: Vận dụng kiến thức, kĩ năng sử dụng máy tính cầm tay để trả lời câu hỏi sau đây: RNA polymerase, β-galactosidase, permease, DNA polymerase, transacetylase, protease, DNA ligase, restrictase. Có bao nhiêu enzyme là sản phẩm của các gene cấu trúc trong operon lac ở vi khuẩn E.coli?

- GV giao nhiệm vụ về nhà cho HS, trả lời các câu hỏi trong hộp Luyện tập và vận dụng SGK tr.22 vào trong vở ghi:

1. Nêu ý nghĩa của điều hòa biểu hiện đồng thời nhiều gene cùng lúc kiểu operon lac.

2. Nếu môi trường nuôi cấy vi khuẩn E. coli không có lactose nhưng operon lac vẫn hoạt động thì có thể dự đoán vi khuẩn bị hỏng ở bộ phận nào của operon lac? Giải thích.

3. Các nhà khoa học nhận thấy loài vi khuẩn Streptococcus pneumoniae khi gặp môi trường bất lợi (có thuốc kháng sinh) thì một trong số các gene được kích hoạt là gene CSP, sản sinh ra protein CSP. Protein này làm cho tế bào dễ dàng nhận được các gene từ môi trường bên ngoài. Các nhà khoa học cho rằng gene CSP hoạt động khi môi trường có thuốc kháng sinh làm cho vi khuẩn nhanh chóng trở nên kháng thuốc kháng sinh. Hãy giải thích.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS xung phong trả lời câu hỏi vận dụng tại lớp.

- HS về nhà trả lời câu hỏi trong hộp Luyện tập và vận dụng SGK tr.22 vào vở ghi.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- HS xung phong trả lời câu hỏi vận dụng: 

Hướng dẫn trả lời câu hỏi trả lời ngắn: 3.

- GV tổ chức cho HS báo cáo kết quả ở buổi học tiếp theo:

Hướng dẫn trả lời câu hỏi hộp Luyện tập và vận dụng SGK tr.22: 

1. Ý nghĩa của điều hòa hoạt động đồng thời nhiều gene cùng lúc kiểu operon lac:

…………………………………………..

…………………………………………..

…………………………………………..

   

- HS khác nhận xét, bổ sung.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- GV đánh giá, nhận xét, chuẩn hóa kiến thức và kết thúc tiết học.

*HƯỚNG DẪN VỀ NHÀ

- Ôn lại kiến thức đã học.

- Làm bài tập Bài 3 trong SBT Sinh học 12.

- Tìm hiểu thêm một số ứng dụng thực tiễn của điều hòa biểu hiện gene trong các lĩnh vực đời sống.

- Đọc và tìm hiểu trước Bài 4: Đột biến gene.

   

Đầy đủ GA tích hợp NLS và AI Sinh học 12 - Trọn bộ cả năm

Tài liệu cùng môn học

Tài liệu khác

Xem thêm nội dung