2024高中生物專題1基因工程1.2第1課時目的基因獲取和基因表達載體的構(gòu)建教案新人教版選修3

PAGE8-第1課時目的基因獲得和基因表達載體的構(gòu)建[學(xué)習(xí)目標]1.駕馭基因工程的基本操作程序。2.理解獲得目的基因的途徑及基因表達載體的構(gòu)建。學(xué)問點一目的基因的獲得學(xué)問梳理1.基因工程操作的基本程序(1)eq\o(□,\s\up4(01))目的基因的獲得。(2)eq\o(□,\s\up4(02))基因表達載體的構(gòu)建。(3)將目的基因?qū)雃q\o(□,\s\up4(03))受體細胞。(4)目的基因的eq\o(□,\s\up4(04))檢測與eq\o(□,\s\up4(05))鑒定。2．目的基因的獲得(1)目的基因概念：主要指編碼eq\o(□,\s\up4(01))蛋白質(zhì)的基因，也可以是一些具有eq\o(□,\s\up4(02))調(diào)控作用的因子。(2)目的基因的來源①從eq\o(□,\s\up4(03))生物中干脆獲得。②eq\o(□,\s\up4(04))人工合成的方法合成。(3)目的基因獲得方法①從基因文庫中獲得a．前提條件：eq\o(□,\s\up4(05))目的基因序列未知。b．基因文庫：將含有某種生物不同基因的很多eq\o(□,\s\up4(06))DNA片段，導(dǎo)入受體菌的群體中儲存，各個受體菌分別含有這種生物的不同的基因。d．構(gòu)建過程e．提取依據(jù)：依據(jù)基因的有關(guān)信息，如eq\o(□,\s\up4(17))基因的核苷酸序列、eq\o(□,\s\up4(18))基因的功能、基因在染色體上的位置、基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物mRNA以及基因的表達產(chǎn)物蛋白質(zhì)等特性來獲得目的基因。②利用PCR技術(shù)擴增目的基因a．PCR含義：是多聚酶鏈式反應(yīng)的縮寫，是一項在生物體外eq\o(□,\s\up4(19))復(fù)制特定DNA片段的核酸合成技術(shù)。b．PCR原理：eq\o(□,\s\up4(20))DNA雙鏈復(fù)制。c．前提條件：有一段已知目的基因的eq\o(□,\s\up4(21))核苷酸序列，以便依據(jù)這一序列合成eq\o(□,\s\up4(22))引物。d．要求模板：eq\o(□,\s\up4(23))目的基因兩條鏈原料：dNTP酶：熱穩(wěn)定eq\o(□,\s\up4(24))DNA聚合酶(eq\o(□,\s\up4(25))Taq酶)引物：人工合成的兩條eq\o(□,\s\up4(26))DNA片段(引物1，引物2)e．擴增過程f．方式：指數(shù)形式擴增(2n，n為擴增循環(huán)的次數(shù))g．結(jié)果：eq\o(□,\s\up4(31))獲得大量目的基因③人工合成a．前提條件：核苷酸序列eq\o(□,\s\up4(32))已知，基因eq\o(□,\s\up4(33))比較小。b．方法：通過eq\o(□,\s\up4(34))DNA合成儀用化學(xué)方法干脆人工合成。eq\a\vs4\al([問題探究])1.全部的目的基因都可以從基因文庫中獲得嗎？提示：不行以?；蛭膸彀ú糠只蛭膸?如cDNA文庫)和基因組文庫，前者含有某生物的部分基因，不行能從中獲得全部目的基因，后者包含該生物的全部基因，可以獲得全部的目的基因。2．PCR過程中須要解旋酶嗎？所須要的DNA聚合酶應(yīng)具有什么特點？提示：PCR過程中，DNA雙鏈解開是在高溫下完成的，不須要解旋酶；由于PCR過程溫度較高，所以須要能耐高溫的DNA聚合酶。典題分析題型一目的基因獲得方法的辨析[例1]下列有關(guān)獲得目的基因的方法，敘述錯誤的是()A．從基因文庫中干脆獲得目的基因的優(yōu)點是操作簡便，缺點是工作量大，具有肯定的盲目性B．由于真核細胞的基因中含有不表達的DNA片段，所以一般運用人工合成的方法獲得真核細胞中的目的基因C．假如基因比較小，核苷酸序列又已知，可以利用化學(xué)方法干脆人工合成D．PCR技術(shù)的原理是DNA復(fù)制，需DNA連接酶催化DNA合成解題分析PCR技術(shù)的原理是DNA分子的復(fù)制，須要耐高溫的DNA聚合酶催化DNA合成，D錯誤。答案D[例2]下圖表示基因工程中獲得水稻某目的基因的不同方法。相關(guān)敘述正確的是()A．三種方法都須要酶并均在體外進行B．①②③堿基對的排列依次均相同C．三種方法均屬于人工合成法D．方法a不遵循中心法則解題分析這三種方法都是在體外進行的，且都用到酶(方法a須要逆轉(zhuǎn)錄酶和DNA聚合酶，方法b須要限制酶，方法c須要DNA聚合酶)，A正確；①③序列中一般不含有內(nèi)含子，②中含有內(nèi)含子，所以①②③堿基對的排列依次不相同，B錯誤；圖示a和c屬于人工合成法，而b是從供體細胞的DNA中干脆分別目的基因的方法，C錯誤；方法a遵循中心法則，D錯誤。答案A技法提升獲得目的基因的方法選擇(1)假如不知道目的基因的核苷酸序列，可以通過構(gòu)建基因文庫的方法，從基因文庫中獲得目的基因。(2)假如知道目的基因的核苷酸序列，而且基因比較小，可以通過DNA合成儀利用化學(xué)方法干脆人工合成。(3)假如知道要擴增的目的基因及兩端的核苷酸序列，而且基因又比較大，可以通過PCR技術(shù)擴增目的基因。題型二PCR過程分析和體內(nèi)DNA復(fù)制的比較[例3]利用PCR技術(shù)將某小段DNA分子擴增n代，需()A．測定DNA分子兩端的核苷酸序列，以便設(shè)計引物對B．2n對引物參加子代DNA分子的合成C．向反應(yīng)體系中加入解旋酶、DNA聚合酶等D．保持反應(yīng)體系溫度恒定，確保擴增的正常進行解題分析PCR技術(shù)中引物的設(shè)計是依據(jù)擴增的DNA片段兩端的核苷酸序列，A正確；依題意，將某DNA分子擴增n代，形成2n個DNA分子，其中除了兩條最初的模板不含引物，其他的鏈均含有引物，因此須要2n－1對引物，B錯誤；PCR技術(shù)是在體外進行DNA擴增，不須要解旋酶，高溫使氫鍵斷裂，須要耐高溫的DNA聚合酶，C錯誤；通過變更溫度，從而使DNA變性、復(fù)性和延長循環(huán)進行，D錯誤。答案A[例4]PCR過程與細胞內(nèi)的DNA復(fù)制過程相比，主要有兩點不同，它們是()①PCR過程須要的引物是人工合成的單鏈DNA②PCR過程不須要DNA聚合酶③PCR過程中DNA的解旋不依靠解旋酶，而是通過對反應(yīng)溫度的限制來實現(xiàn)的④PCR過程中，DNA不須要解旋，干脆以雙鏈DNA為模板進行復(fù)制A．③④B．①②C．①③D．②④解題分析PCR過程須要的引物是人工合成的單鏈DNA，①正確；PCR過程須要耐高溫的DNA聚合酶，②錯誤；PCR過程中DNA的解旋不依靠解旋酶，而是通過對反應(yīng)溫度的限制來實現(xiàn)的，然后以單鏈DNA為模板進行復(fù)制，③正確，④錯誤。所以C正確。答案C題后歸納PCR技術(shù)與體內(nèi)DNA復(fù)制的異同點學(xué)問點二基因表達載體的構(gòu)建學(xué)問梳理1.重要性：基因表達載體的構(gòu)建是實施基因工程的其次步，也是基因工程的核心。2．操作目的：使目的基因在受體細胞中eq\o(□,\s\up4(01))穩(wěn)定存在，并且可以eq\o(□,\s\up4(02))遺傳給下一代，同時，使目的基因能夠eq\o(□,\s\up4(03))表達和發(fā)揮作用。3．組成4．構(gòu)建過程：一般用同一種eq\o(□,\s\up4(01))限制酶分別切割載體和目的基因，再用eq\o(□,\s\up4(02))DNA連接酶把兩者連接(如圖)。eq\a\vs4\al([問題探究])1.目的基因插入載體的位置是隨機的嗎？提示：目的基因插入載體的位置不是隨機的：基因表達載體須要啟動子與終止子的調(diào)控，所以目的基因應(yīng)插入啟動子和終止子之間的部位，若目的基因插入啟動子部位，啟動子將失去原功能，同時也不能插入標記基因中，否則會使標記基因被破壞無法進行篩選。2．構(gòu)建重組質(zhì)粒時只能用同一種限制酶切割目的基因和載體嗎？提示：切割目的基因和載體并非只能用同一種限制酶。假如切割質(zhì)粒和獲得目的基因的限制酶不同，但兩者切割后形成的黏性末端相同，在DNA連接酶的作用下目的基因與載體也可以連接起來。也可以用兩種不同的限制性核酸內(nèi)切酶，分別對質(zhì)粒和含有目的基因的DNA片段進行切割就可以有效避開載體與載體以及目的基因與目的基因的連接，提高連接的有效性。典題分析題型三啟動子、終止子、起始密碼子和終止密碼子的區(qū)分[例5]下列有關(guān)人胰島素基因表達載體的敘述，正確的是()A．起始密碼子是一段DNA序列，位于胰島素基因的首端B．表達載體的復(fù)制和胰島素基因的表達均啟動于復(fù)制原(起)點C．借助抗生素抗性基因可將含胰島素基因的受體細胞篩選出來D．啟動子和終止密碼子均在胰島素基因的轉(zhuǎn)錄中起作用解題分析起始密碼子是mRNA上三個相鄰的堿基，是蛋白質(zhì)翻譯的起先，A錯誤；基因表達載體的復(fù)制原點和啟動子是不同的位點，基因表達載體的復(fù)制起先于復(fù)制原點，胰島素基因的表達起先于啟動子，B錯誤；抗生素抗性基因可作為基因工程中的標記基因，可將含有目的基因的受體細胞篩選出來，C正確；啟動子在基因表達的轉(zhuǎn)錄中起作用，終止密碼子在基因表達的翻譯中起作用，D錯誤。答案C題后歸納題型四限制酶的選擇[例6]如圖是利用基因工程技術(shù)培育轉(zhuǎn)基因植物，生產(chǎn)可食用疫苗的部分過程示意圖，其中PstⅠ、SmaⅠ、EcoRⅠ、ApaⅠ為四種限制性核酸內(nèi)切酶。下列說法錯誤的是()A．圖示過程是基因工程的核心步驟B．表達載體構(gòu)建時須要用到限制酶SmaⅠC．抗卡那霉素基因的存在有利于將含有抗原基因的細胞篩選出來D．除圖示組成外，表達載體中還應(yīng)當含有啟動子和終止子等結(jié)構(gòu)解題分析圖示過程為基因表達載體的構(gòu)建過程，是基因工程中的核心步驟，A正確；構(gòu)建過程中須要將目的基因完整切割下來，此時要用到限制酶PstⅠ、EcoRⅠ，B錯誤；抗卡那霉素基因是標記基因，目的是便于鑒定和篩選含有目的基因的細胞，C正確；基因表達載體包括啟動子、目的基因、終止子和標記基因等，D正確。答案B技法提升構(gòu)建基因表達載體時限制酶的選擇(1)依據(jù)目的基因兩端的限制酶切點確定限制酶的種類①應(yīng)選擇切點位于目的基因兩端的限制酶，如圖甲可選擇PstⅠ。②不能選擇切點位于目的基因內(nèi)部的限制酶，如圖甲不能選擇SmaⅠ。③為避開目的基因和質(zhì)粒的自身環(huán)化和隨意連接，應(yīng)運用不同的限制酶切割目的基因