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文档简介
1、第一节 工具酶的发现和基因工程的诞生【教学目标】知识与能力方面: 简述基础理论研究和技术进步催生了基因工程。简述基因工程的原理和技术。过程与方法方面:1.运用所学的DNA重组技术的知识,模拟制作重组DNA模型2运用基因工程的原理,提出解决某一实际问题的方案情感态度、价值观方面:关注基因工程的发展,体会S、T、S三者之间的关系。【教学重点】DNA重组技术所需要3种基本工具的作用。【教学难点】 基因工程载体需要具备的条件。【教学方法】 讲授法。【教学课时】 1课时。【教学过程】(导入新课)1973年转基因微生物转基因大肠杆菌问世;1980年第一个转基因动物转基因小鼠诞生;1983年第一例转基因植物
2、转基因烟草出现,实现了一种生物的某些基因在另一种生物中的表达。基因工程的理论基础和技术保障分别是什么?理论基础:DNA双螺旋结构的发现,使科学家发现所有生物的DNA都是由四种脱氧核苷酸聚合而成的,为来自异种的DNA拼接提供了结构基础;中心法则揭示了生物的遗传信息传递的过程,而且所有的生物共用一套密码子,这使基因在异种生物细胞内表达成为了可能。既然科学家意识到了上述可能之后,就开始探索转基因的技术手段,此时,几种基因工程的工具的发现,为使这项技术最终成功了。基因工程的技术保障:限制性核酸内切酶,DNA连接酶,运载体。(提出问题)限制性核酸内切酶是从什么生物体内发现的?它的作用有什么特点?限制酶切
3、开的DNA末端有什么特点?(学生活动)阅读课文,总结限制性内切酶的作用特点和作用结果。(总结归纳)科学家的基本意向也和同学们一样。单细胞生物比多细胞生物更容易受到外源DNA的侵入。在长期的进化过程中,使其必须有处理外源DNA的酶。科学家们经过不懈的努力,终于从原核生物中分离纯化出这种酶,叫做限制酶。迄今已从近300种微生物中分离出4000种限制酶。这种酶能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列,并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。不同的限制酶识别的特定核苷酸序列也不同,这样就为我们切割DNA提供了多种特定的“手术刀”。但它们切割DNA后形成的末端有两种可能:一种形成黏性
4、末端,一种形成平末端。限制酶在它识别序列的中心位置两侧将DNA两条单链分割开,就形成黏性末端,而从识别序列的中心位置切开就产生平末端。(提出问题)DNA连接酶怎样将两个DNA片段连接?它连接的是什么化学键?它的作用与DNA聚合酶有什么不同?(学生活动)阅读课文,回答上述问题。(总结归纳)DNA连接酶能够将具有末端碱基互补的(即具有黏性末端)两个片段连接起来,拼接的位置是由限制酶断开的磷酸二酯键。DNA连接酶是将双链的DNA片段连接起来,就是说DNA连接酶是同时连接双链的切口,而DNA聚合酶只是在单链上将一个个脱氧核苷酸连接起来。相同之处都是通过形成磷酸二酯键来连接的。表1 DNA聚合酶和DNA
5、连接酶的比较 DNA聚合酶DNA连接酶化学本质 蛋白质蛋白质 作用部位 磷酸二酯键(单个脱氧核苷酸+片段) 磷酸二酯键(DNA双链片段+DNA双链片段)模板 需要 不需要(提出问题)如何将重组DNA导入受体细胞中并稳定存在和表达?单纯的DNA片段是很难导入受体细胞的,有时即使进入受体细胞也不能稳定存在和表达,所以我们将切割下来的目的基因导入受体细胞就需要有一个“分子运输车”帮助。不是任何的“分子运输车”都可以用来作目的基因进入受体细胞的载体的。其中的理由要从实际情况出发考虑才能清楚。下面老师提出四个问题供大家思考。1.假如目
6、的基因导入受体细胞后不能复制将怎样?2.作为载体没有切割位点将怎样?3.目的基因是否进入受体细胞,你如何去察觉?4.如果载体对受体细胞有害将怎样?不能分离会怎样?(学生活动)根据上述问题,阅读课文,寻找答案。(总结归纳)上述问题答案:1.导入受体细胞的目的基因不能复制,将在细胞增殖中丢失。2.载体没有切割位点,外源的目的基因不可能插入。3.如果载体上有遗传标记基因,这样,在载体进入受体细胞后,就可通过标记基因的表达来检测。4.载体对受体有害,将影响受体细胞新陈代谢,进而使转入的目的基因也无立足之地。载体不能分离,就不能获得更多带有目的基因的载体。所以充当基因进入受体细胞载体的必要条件:1. 能
7、自我复制;2. 有切割位点;3. 有遗传标记基因;4. 对受体细胞无害、易分离。目前通常利用的载体是“质粒”。质粒是能“友好求得真知,自己解答这个问题。寄宿在细菌细胞内的小型的环状DNA。下面让我们通过插图一起来认识质粒,尤其要在质粒载体结构模式图上找出刚才归纳几个条件的具体体现。生:找到“复制原点”说明质粒能复制并能带着插入的目的基因一起复制。找到“目的基因的插入位点”说明质粒有切割位点。找到“氨苄青霉素抗性基因”说明有标记基因的存在,将来可用含青霉素的培养基鉴别。找到此质粒来自大肠杆菌说明没有危害,大肠杆菌是非致病菌,大肠杆菌分裂快,也便于从大量复制个体中分离出来。【板书设计】DNA重组技术的基本工具一“分子手术刀”限制酶。 1特点 2作用二“分子缝合针”DNA连接酶。 1作用 2种类三“分子运输车”基因进入受体细胞的载体。 1条件 2种类【随堂练习】 1.判断题(1)质粒是能够自主复制的游离于拟核DNA的小型环状DNA分子。 ()(2)DNA连接酶能够将任意两个DNA片段连接在一起 (×)2选择题下图所示限制酶切割基因分子的过程,从图中可知,该限制酶能识别的碱基序列和切点是( )ACTTAAG,切点在C和T之间 BCTTAAG,切点在G和A之间CGAATTC,切点在G和A之间 DGAATTC,切点在C和T之间 【布置作业】完成学案和作
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