高中生物： 11 工具酶的發(fā)現和基因工程的誕生（教案）浙科版選修3

1、第一節(jié) 工具酶的發(fā)現和基因工程的誕生【教學目標】知識與能力方面： 簡述基礎理論研究和技術進步催生了基因工程。簡述基因工程的原理和技術。過程與方法方面：1.運用所學的DNA重組技術的知識，模擬制作重組DNA模型2運用基因工程的原理，提出解決某一實際問題的方案情感態(tài)度、價值觀方面：關注基因工程的發(fā)展，體會S、T、S三者之間的關系?！窘虒W重點】DNA重組技術所需要3種基本工具的作用。【教學難點】 基因工程載體需要具備的條件。【教學方法】 講授法?！窘虒W課時】 1課時?！窘虒W過程】（導入新課）1973年轉基因微生物轉基因大腸桿菌問世；1980年第一個轉基因動物轉基因小鼠誕生；1983年第一例轉基因植物

2、轉基因煙草出現，實現了一種生物的某些基因在另一種生物中的表達?；蚬こ痰睦碚摶A和技術保障分別是什么？理論基礎：DNA雙螺旋結構的發(fā)現，使科學家發(fā)現所有生物的DNA都是由四種脫氧核苷酸聚合而成的，為來自異種的DNA拼接提供了結構基礎；中心法則揭示了生物的遺傳信息傳遞的過程，而且所有的生物共用一套密碼子，這使基因在異種生物細胞內表達成為了可能。既然科學家意識到了上述可能之后，就開始探索轉基因的技術手段，此時，幾種基因工程的工具的發(fā)現，為使這項技術最終成功了?；蚬こ痰募夹g保障：限制性核酸內切酶，DNA連接酶，運載體。（提出問題）限制性核酸內切酶是從什么生物體內發(fā)現的？它的作用有什么特點？限制酶切

3、開的DNA末端有什么特點？（學生活動）閱讀課文，總結限制性內切酶的作用特點和作用結果。（總結歸納）科學家的基本意向也和同學們一樣。單細胞生物比多細胞生物更容易受到外源DNA的侵入。在長期的進化過程中，使其必須有處理外源DNA的酶?？茖W家們經過不懈的努力，終于從原核生物中分離純化出這種酶，叫做限制酶。迄今已從近300種微生物中分離出4000種限制酶。這種酶能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開。不同的限制酶識別的特定核苷酸序列也不同，這樣就為我們切割DNA提供了多種特定的“手術刀”。但它們切割DNA后形成的末端有兩種可能：一種形成黏性

4、末端，一種形成平末端。限制酶在它識別序列的中心位置兩側將DNA兩條單鏈分割開，就形成黏性末端，而從識別序列的中心位置切開就產生平末端。（提出問題）DNA連接酶怎樣將兩個DNA片段連接？它連接的是什么化學鍵？它的作用與DNA聚合酶有什么不同？（學生活動）閱讀課文，回答上述問題。（總結歸納）DNA連接酶能夠將具有末端堿基互補的（即具有黏性末端）兩個片段連接起來，拼接的位置是由限制酶斷開的磷酸二酯鍵。DNA連接酶是將雙鏈的DNA片段連接起來，就是說DNA連接酶是同時連接雙鏈的切口，而DNA聚合酶只是在單鏈上將一個個脫氧核苷酸連接起來。相同之處都是通過形成磷酸二酯鍵來連接的。表1 DNA聚合酶和DNA

5、連接酶的比較DNA聚合酶DNA連接酶化學本質蛋白質蛋白質作用部位磷酸二酯鍵（單個脫氧核苷酸+片段）磷酸二酯鍵（DNA雙鏈片段+DNA雙鏈片段）模板需要不需要（提出問題）如何將重組DNA導入受體細胞中并穩(wěn)定存在和表達？單純的DNA片段是很難導入受體細胞的，有時即使進入受體細胞也不能穩(wěn)定存在和表達，所以我們將切割下來的目的基因導入受體細胞就需要有一個“分子運輸車”幫助。不是任何的“分子運輸車”都可以用來作目的基因進入受體細胞的載體的。其中的理由要從實際情況出發(fā)考慮才能清楚。下面老師提出四個問題供大家思考。1.假如目的基因導入受體細胞后不能復制將怎樣？2.作為載體沒有切割位點將怎樣？3.目的基因是否

6、進入受體細胞，你如何去察覺？4.如果載體對受體細胞有害將怎樣？不能分離會怎樣？（學生活動）根據上述問題，閱讀課文，尋找答案。（總結歸納）上述問題答案：1.導入受體細胞的目的基因不能復制，將在細胞增殖中丟失。2.載體沒有切割位點，外源的目的基因不可能插入。3.如果載體上有遺傳標記基因，這樣，在載體進入受體細胞后，就可通過標記基因的表達來檢測。4.載體對受體有害，將影響受體細胞新陳代謝，進而使轉入的目的基因也無立足之地。載體不能分離，就不能獲得更多帶有目的基因的載體。所以充當基因進入受體細胞載體的必要條件：1. 能自我復制；2. 有切割位點；3. 有遺傳標記基因；4. 對受體細胞無害、易分離。目前

7、通常利用的載體是“質粒”。質粒是能“友好求得真知，自己解答這個問題。寄宿在細菌細胞內的小型的環(huán)狀DNA。下面讓我們通過插圖一起來認識質粒，尤其要在質粒載體結構模式圖上找出剛才歸納幾個條件的具體體現。生：找到“復制原點”說明質粒能復制并能帶著插入的目的基因一起復制。找到“目的基因的插入位點”說明質粒有切割位點。找到“氨芐青霉素抗性基因”說明有標記基因的存在，將來可用含青霉素的培養(yǎng)基鑒別。找到此質粒來自大腸桿菌說明沒有危害，大腸桿菌是非致病菌，大腸桿菌分裂快，也便于從大量復制個體中分離出來?！景鍟O計】DNA重組技術的基本工具一“分子手術刀”限制酶。 1特點 2作用二“分子縫合針”DNA連接酶。 1作用 2種類三“分子運輸車”基因進入受體細胞的載體。 1條件 2種類【隨堂練習】 1.判斷題（1）質粒是能夠自主復制的游離于擬核DNA的小型環(huán)狀DNA分子。 （）（2）DNA連接酶能夠將任意兩個DNA片段連接在一起 （）2選擇題下圖所示限制酶切割基因分子的過程，從圖中可知，該限制酶能識別的堿基序列和切點是( )ACTTAAG，切點在C和T之間 BCTTAAG，切點在G和A之間CGAATTC，切點在G和A之間 DGAATTC，切點在C和T之間 【布置作業(yè)】完成學案和作業(yè)