新版高中生物第1节 重组DNA技术的基本工具

第3章基因工程第1节重组DNA技术的基本工具人教版高中生物阐明重组DNA技术的基本工具及DNA的粗提取与鉴定。1.文化基础：重组DNA技术所需的三种基本工具及DNA粗提取与鉴定。2.自主发展：认同基因工程技术及其发展过程。3.社会参与：利用重基因工程基本原理探究遗传病诊断等社会实践学习目标从社会中来

番木瓜容易受番木瓜环斑病毒的侵袭。当番木瓜被这种病毒感染后，产量会大大下降。科学家通过精心设计，用“分子工具”培育出了转基因番木瓜，它可以抵御番木瓜环斑病毒。

DNA双螺旋的直径只有2nm，对如此微小的分子进行操作是一项非常精细的工作,更需要专门的“分子工具”。那么,科学家究竞用到了哪些“分子工具”?这些“分子工具”各具有什么特征呢?

提示：科学家用到了限制酵、DNA连接酵、载体等“分子工具”。限制酶能识别双DNA分子的特定核苷酸序列，并将DNA双链切断，形成具有黏性术端或平术端的片段。DNA连接酵催化醉胺酯键的形成，即催化一个DNA片段3'端的羟基与另一个DNA片段5'端的磷酸基团上的羟基连接起来形成酯键。载体上可以插入外源基因，它能携带该基因进人受体细胞，并在受体细胞中进行自我复制，或者整合到受体DNA上，随着受体DNA同步复制。载体一般还带有标记基因，以便进行重组DNA分子的筛选。一、基因工程及其诞生与发展1．基因工程的概念(1)操作场所：_______________________。(2)操作技术：______________________等技术。(3)操作结果：赋予生物新的____________________，创造出更符合人们需要的新的__________________和生物产品。(4)操作水平：_____________________水平。生物体外转基因遗传特性生物类型DNA分子2．基因工程的诞生和发展(1)基因工程的诞生①1944年，艾弗里等人通过肺炎链球菌转化实验证明了遗传物质是___________，还证明了DNA可以在同种生物的不同个体之间转移。②1953年，沃森和克里克建立了________________________模型并提出了遗传物质自我复制的假说。③1961年，尼伦伯格和马太破译了第一个编码氨基酸的_______________。④20世纪70年代初，多种限制酶、________________酶和逆转录酶被相继发现，为DNA的切割、连接以及功能基因的获得创造了条件。⑤1973年，科学家证明_________________可以作为基因工程的载体，构建____________________，使外源基因在原核细胞中成功表达，并实现物种间的基因交流。DNADNA双螺旋结构密码子DNA连接质粒重组DNA(2)基因工程的发展①1982年，第一个基因工程药物_______________________被批准上市。②1984年，我国科学家朱作言领导的团队培育出世界上第一条

______________________

。③1985年，穆里斯等人发明________，为获取目的基因提供了有效手段。④1990年，____________________计划启动。2003年，该计划的测序任务顺利完成。⑤21世纪以来，科学家发明了多种________________________，可以实现低成本测定大量核酸序列，加速了人们对基因序列的了解。⑥2013年，华人科学家张锋及其团队首次报道利用最新的_____________技术编辑了哺乳动物基因组。重组人胰岛素转基因鱼PCR人类基因组高通量测序技术基因组编辑二、DNA重组技术的基本工具“分子运输车“”分子手术刀““分子缝合针”（一）．限制性内切核酸酶(又称限制酶)——“分子手术刀”(1)来源：主要来自____________________。原核生物(2)作用特点：具有专一性，表现在以下两个方面①能够识别________________________中特定的核苷酸序列。②能够切割特定序列中的_______________。双链DNA分子(3)功能：能够识别双链DNA分子的某种特定_________________，并使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的______________断开。核苷酸序列磷酸二酯键磷酸二酯键特定位点(4)识别序列的特点：遵循碱基互补配对原则，无论是奇数个碱基还是偶数个碱基，都可以找到一条____________________。中心轴线①已知限制酶EcoRⅠ识别的_____________和_____________________为G↓AATTC，产生_______________________。碱基序列酶切位点中心轴线黏性末端黏性末端②已知限制酶SmaⅠ识别的_____________和_____________________为CCC↓GGG，产生_______________________。碱基序列酶切位点平末端中心轴线平末端（5）EcoRⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶识别的________________不同，切割位点___________，说明限制酶具有___________________。碱基序列不同专一性（二）DNA连接酶—“分子缝合针”(1)作用：将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的______________________。(2)种类种类比较E.coliDNA连接酶T4DNA连接酶来源特点大肠杆菌T4噬菌体只能连接黏性末端既可以连接黏性末端，又可以连接平末端磷酸二酯键(3)限制性内切核酸酶与DNA连接酶的关系作用应用限制性内切核酸酶DNA连接酶使特定部位的磷酸二酯键断裂在DNA片段之间重新形成磷酸二酯键用于提取目的基因和切割载体用于目的基因和载体的连接思考与讨论：DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？为什么？提示：DNA连接酶与DNA聚合酶的比较比较项目DNA连接酶DNA聚合酶相同点不同点是否需要模板接DNA链作用过程作用结果用途作用实质相同，都是催化磷酸二酯键的形成不需要需要双链单链在两个DNA片段间形成磷酸二酯键将单个核苷酸加到已存在的DNA单链片段上，形成磷酸二酯键将已存在的DNA片段连接合成新的DNA分子基因工程DNA复制（三）基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”1．种类(1)常用载体：_____________，它是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，具有自我复制能力的很小的__________________分子。(2)其他载体：________________、________________________等。质粒双链环状DNA噬菌体动植物病毒(2)有切割位点：有一个至多个_______________________，供外源基因插入。2．具备条件(1)能自我复制：能够在__________________中进行自我复制，或整合到染色体DNA上，随染色体DNA进行同步复制。受体细胞限制酶切割位点(4)无毒害作用：对________________无毒害作用，否则____________将受到损伤甚至死亡。说明：一般来说，天然载体不能同时满足所有条件，要对其进行人工改造才可以使用。(3)具有标记基因：具有特殊的标记基因，供重组DNA的_________________________。鉴定和选择受体细胞受体细胞3.质粒①质粒的本质：是一种裸露的、结构简单，独立于真核细胞的细胞核或原核细胞拟核DNA之外，并具有_________________能力的环状双链DNA分子。②质粒适于作基因运载体的特点Ⅰ.质粒分子上有一个至多个____________________位点，供外源DNA片段插入其中。Ⅱ.携带外源DNA片段的质粒进入受体细胞后，能在细胞中进行自我复制，或__________________________，随受体细胞DNA同步复制。Ⅲ.人工改造的质粒常带有______________________，便于重组DNA分子的筛选。自我复制限制酶切割整合到受体DNA上标记基因4．作用(1)用它作为_______________，将__________________送入受体细胞中。(2)利用它在受体细胞内对__________________进行大量复制。运输工具目的基因目的基因三．思考与讨论（1）剪刀和透明胶条分别代表哪种“分子工具”?提示：剪刀代表限制酶;透明胶条代表DNA连接酶。（2）你制作的黏性末端的碱基能不能互补配对?如果不能，可能是什么原因造成的?（3）你插入的DNA片段能称得上一个基因吗?提示：根据学生实际操作的情况进行指导。如果制作的黏性末端的碱基不能互补配对，可能是剪切位点或连接位点选得不对，也可能是其他原因。提示：不能，因为基因的长度一般在100个碱基对以上。

随着生物技术的飞速发展，生产和销售“分子工具”的公司大量涌现。感兴趣的话,你可以登录这些公司的网站，查询和了解相关产品的特点、价格和使用说明等。有些这样的公司已成功上市，你还可以通过分析公司的股票价格走势，大致了解公司的经营状况以及投资者目前对该行业的认可程度。四．到社会中去提示：在调查中需要了解企业的生产技术、产品的种类和产量、销售渠道和销售情况等，这样才有可能对企业的经营状况进行正确的判断。五．探究与实践DNA的粗提取与鉴定1.实验原理：DNA、RNA、蛋白质和脂质等在物理和化学性质方面存在差异，可以利用这些差异，选用适当的物理或化学方法对它们进行提取。例如：DNA不溶于_____________，但某些蛋白质溶于___________，利用这一原理，可以初步分离DNA与蛋白质。DNA在不同浓度的______________中溶解度不同，它能溶于2molL的________________。在一定温度下，DNA遇到_____________试剂会呈现蓝色，因此_______________试剂可以作为鉴定DNA的试剂。酒精酒精NaCL溶液NaCL溶液二苯胺二苯胺2.实验过程2．实验步骤(1)称取30g洋葱，切碎，加入10mL研磨液，充分研磨。(2)漏斗中垫_________，将研磨液过滤到烧杯中，4℃处理，取上清液。(3)在上清液中加入体积相等的、预冷的____________溶液，静置2～3min，用玻璃棒沿同一方向搅拌，卷起丝状物，并用滤纸吸去水分。(4)取两支20ml的试管编号A、B，各加入2mol/L的_____________溶液5mL，将丝状物溶于B试管的NaCl溶液中。然后向两支试管中各加入4mL的__________________。混匀后，将试管置于_____________中加热5min。(5)结果观察：A试管_______________，B试管_________________。纱布酒精NaCl二苯胺试剂不变蓝变蓝色沸水3.结果分析与评价1.你提出白色丝状物或沉淀物了吗?用二苯胺试剂鉴定的结果如何?提示：观察提取的DNA的颜色，如果不是白色丝状物，说明DNA中的会质较多。二苯胺试剂鉴定呈现蓝色说明实验基本成功;如果不呈现蓝色，可能的原因有所提取的DNA含量低，或者在实验操作过程中出现了失误等。2.你能分析出粗提取的DNA中可能含有哪些杂质吗?提示：本实验粗提取的DNA可能仍然含有核蛋白、多糖等杂质。3.与其他同学提取的DNA进行比较，看看实验结果有何不同，分析产生差异的原因。提示：本实验可以采取分组的方式进行。可以选取不同的实验材料;也可以在阅资料了解其他提取DNA的方法，对同种材料采用不同的方法。最后从多方面比较实验结果，如DNA的纯度、DNA的颜色、二苯胺试剂显色的深浅等，看看哪种实验材料、哪种提取方法的效果更好。进一步探究：本实验只是对DNA进行了粗提取,请查阅资料，了解实验室提取纯度较高的DNA的一种方法，并与本实验中所使用的方法进行比较，总结两种方法的异同。提示：本实验只是对DNA进行了粗提取,请查阅资料，了解实验室提取纯度较高的DNA的一种方法，并与本实验中所使用的方法进行比较，总结两种方法的异同。五．总结与练习1．作为基因的运输工具——载体，必