. DNA重組技術(shù)的基本工具教案人教版選修

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1、1.1 DNA重組技術(shù)的基本工具 教案 人教版選修3 ●課標(biāo)要求 簡(jiǎn)述基因工程的誕生，簡(jiǎn)述基因工程的原理及技術(shù)。 ●課標(biāo)解讀 1．結(jié)合酶的專(zhuān)一性特點(diǎn)，理解限制酶識(shí)別不同的DNA序列。 2．結(jié)合圖示，掌握DNA連接酶的種類(lèi)及作用的特點(diǎn)。 3．對(duì)比DNA重組技術(shù)所需的三種基本工具的作用。 4．理解基因工程載體需要具備的條件。 ●教學(xué)地位 本節(jié)內(nèi)容系統(tǒng)的介紹了基因工程技術(shù)中采用的三種基本工具——限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶和載體。本節(jié)內(nèi)容是課標(biāo)要求“簡(jiǎn)述基因工程的原理及技術(shù)”的主要內(nèi)容，也是學(xué)習(xí)基因工程的基本操作程序的基礎(chǔ)。本節(jié)內(nèi)容是高考中的?？純?nèi)容，幾乎涉及基因工程的高考題

2、中，對(duì)本節(jié)內(nèi)容均有考查。 ●教法指導(dǎo) 1．基因工程屬于科技含量較高的生物技術(shù)，學(xué)生對(duì)此了解較少，如果采用直白、平淡的“介紹”式授課，不利于調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。可通過(guò)創(chuàng)設(shè)情景，提出問(wèn)題，“誘導(dǎo)”學(xué)生積極參與教學(xué)活動(dòng)。如對(duì)于基因工程需要的這三種基本工具的引入，教師可設(shè)問(wèn)：外源基因能不能自動(dòng)進(jìn)入受體細(xì)胞？如果能進(jìn)入，成功率如何？——從而引出基因工程需要載體；載體是如何運(yùn)載目的基因的，目的基因如何與載體結(jié)合？——通過(guò)這些問(wèn)題可相繼引出其他的兩種基本工具限制酶和DNA連接酶。 2．本節(jié)內(nèi)容較為抽象，如果只是閱讀文字?jǐn)⑹龌蛘呓處煹摹敖榻B”，學(xué)生很難理解。如限制酶的作用特點(diǎn)，學(xué)生對(duì)限制酶的切割位點(diǎn)、

3、黏性末端、平末端等內(nèi)容往往難以理解，因此在授課時(shí)要注意圖文結(jié)合，通過(guò)示意圖、DNA分子的平面結(jié)構(gòu)圖等幫助學(xué)生在圖中去理解相關(guān)內(nèi)容，并要求學(xué)生根據(jù)理解畫(huà)出相關(guān)的示意圖。本部分內(nèi)容在高考考查時(shí)往往結(jié)合示意圖進(jìn)行考查，因此要特別注意鍛煉學(xué)生讀圖、識(shí)圖的能力。●新課導(dǎo)入建議 1．本專(zhuān)題導(dǎo)言中“能生產(chǎn)醫(yī)用蛋白的煙草”可作為導(dǎo)入新課的背景材料，引導(dǎo)學(xué)生展開(kāi)想象，體會(huì)基因工程技術(shù)的“魔力”，激發(fā)學(xué)生對(duì)基因工程技術(shù)的興趣。 2．結(jié)合基因表達(dá)的內(nèi)容，回憶基因與蛋白質(zhì)之間的關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生了解基因工程的大體操作思路，作為學(xué)習(xí)基因工程的概念及基因工程的基本工具的鋪墊。 ●教學(xué)流程設(shè)計(jì) 學(xué)生課前預(yù)習(xí)：閱讀教材P

4、1－7，填寫(xiě)【課前自主導(dǎo)學(xué)】，完成“思考交流1、2”。??步驟2：根據(jù)創(chuàng)設(shè)的情景，引出基因工程的概念，并通過(guò)【課堂互動(dòng)探究】探究1分析、理解基因工程的概念。通過(guò)例1鞏固、提高。?? ?步驟6：引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)合作，整理本節(jié)重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容，利用【本課知識(shí)小結(jié)】進(jìn)行總結(jié)，建立知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。理解并記憶【結(jié)論語(yǔ)句】。?步驟5：回扣基礎(chǔ)知識(shí)，將檢查、批閱【課前自主導(dǎo)學(xué)】時(shí)學(xué)生出錯(cuò)較多的部分進(jìn)行強(qiáng)化，重點(diǎn)對(duì)【正誤判斷】部分進(jìn)行辨析。?步驟4：結(jié)合教材圖示，通過(guò)【課堂互動(dòng)探究】探究2幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)限制酶、DNA連接酶的作用特點(diǎn)及載體的功能、應(yīng)具備的條件等。利用例2驗(yàn)收、鞏固。 課　標(biāo)　解　讀 重　點(diǎn)　難　點(diǎn)

5、1.結(jié)合酶的專(zhuān)一性特點(diǎn)，理解限制酶識(shí)別不同的DNA序列。 2.結(jié)合圖示，掌握DNA連接酶的種類(lèi)及作用的特點(diǎn)。 3.對(duì)比DNA重組技術(shù)所需三種基本工具的作用。 4.理解基因工程載體需要具備的條件。 1.限制性核酸內(nèi)切酶的種類(lèi)及作用。(重點(diǎn)) 2.DNA連接酶的作用。(重點(diǎn)) 3.基因工程運(yùn)載體的種類(lèi)及應(yīng)具備的條件。(難點(diǎn)) 基因工程的概念 1.操作意圖：按照人們的愿望，進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)。 2．操作場(chǎng)所：在生物體外進(jìn)行。 3．操作技術(shù)：利用了體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)。 4．操作結(jié)果：賦予生物以新的遺傳特性，從而創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類(lèi)型和生物

6、產(chǎn)品。 5．操作水平：是在DNA分子水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的。 DNA重組技術(shù)的基本工具 1.限制性核酸內(nèi)切酶——“分子手術(shù)刀” (1)主要來(lái)源：原核生物。 (2)作用：能夠識(shí)別雙鏈DNA分子的某種特定的核苷酸序列并且能使每一條鏈中特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開(kāi)。 (3)結(jié)果：形成DNA片段末端。限制酶切割DNA分子產(chǎn)生的DNA片段末端有兩種形式，即黏性末端和平末端。 2．DNA連接酶——“分子縫合針” (1)作用：將切下的雙鏈DNA片段“縫合”起來(lái)，恢復(fù)被限制酶切開(kāi)的磷酸二酯鍵，拼接成新的DNA分子。 (2)種類(lèi)： ①E·coli DNA連接酶：從大腸桿菌中分

7、離得到，只連接雙鏈DNA片段互補(bǔ)的黏性末端。 ②T4DNA連接酶：從T4噬菌體中分離出來(lái)，對(duì)于兩種末端都能連接，但對(duì)平末端的連接效率比較低。 1．DNA連接酶連接的是哪種化學(xué)鍵？ 【提示】DNA連接酶連接形成的是磷酸二酯鍵。 3．基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體——“分子運(yùn)輸車(chē)” (1)載體的條件 ①能夠在細(xì)胞中自我復(fù)制。 ②有一個(gè)至多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)，便于外源基因的插入。 ③具有標(biāo)記基因，供重組DNA的鑒定和選擇。 (2)載體的種類(lèi) ①質(zhì)粒是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、獨(dú)立于細(xì)菌擬核DNA之外，并具有自我復(fù)制能力的很小的雙鏈環(huán)狀DNA分子。含有一個(gè)至多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)，供外源基因插入其中

8、，并帶有特殊的標(biāo)記基因，是基因工程最常用的載體。 ②λ噬菌體的衍生物。 ③動(dòng)植物病毒。 2．如果受體細(xì)胞分別是動(dòng)物細(xì)胞和細(xì)菌，所用的載體相同嗎？ 【提示】不相同。動(dòng)物細(xì)胞是真核細(xì)胞，一般用動(dòng)物病毒做載體；細(xì)菌是原核生物，一般用質(zhì)粒做載體。 1．限制性核酸內(nèi)切酶能識(shí)別特定的核苷酸序列。(√) 2．天然的質(zhì)粒可直接用作基因工程的載體。(×) 【提示】天然的質(zhì)粒DNA分子并不完全具備載體的條件，需經(jīng)人工改造后才能用于基因工程操作。 3．限制性核酸內(nèi)切酶與DNA連接酶作用位點(diǎn)相同，作用結(jié)果相反。(√) 4．限制酶、DNA連接酶和載體是基因工程中常用的工具酶。(×) 【提示】載體不是

9、酶。 5．基因工程中的載體與細(xì)胞膜上的載體本質(zhì)相同。(×) 【提示】基因工程中的載體是DNA分子，是運(yùn)輸目的基因的工具；細(xì)胞膜上的載體是蛋白質(zhì)，運(yùn)輸無(wú)機(jī)鹽離子或小分子有機(jī)物等。 6．不同限制酶的識(shí)別序列不同，這屬于酶的專(zhuān)一性特點(diǎn)。(√) 基因工程概念的理解 【問(wèn)題導(dǎo)思】 ①如何理解基因工程的概念？ ②為什么不同生物的DNA分子能夠重組？ 1．對(duì)概念的分析 應(yīng)用技術(shù) DNA重組、轉(zhuǎn)基因等技術(shù) 操作環(huán)境 生物體外 操作對(duì)象 基因 操作水平 DNA分子水平 基本過(guò)程 剪切→拼接→導(dǎo)入→表達(dá) 結(jié)果 人類(lèi)需要的基因產(chǎn)物 2.從結(jié)構(gòu)上分析，不同生物的DNA能夠

10、重組的原因 (1)基本單位相同：不同生物的DNA分子都是由脫氧核苷酸構(gòu)成的。 (2)空間結(jié)構(gòu)相同：不同生物的DNA分子都是由兩條反向平行的脫氧核苷酸長(zhǎng)鏈形成的規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)。 (3)堿基配對(duì)方式相同：不同生物的DNA分子中兩條鏈之間的堿基配對(duì)方式均是A與T配對(duì)，G與C配對(duì)。 基因工程依據(jù)的原理是基因重組，這里的基因重組是指將來(lái)源不同的DNA分子進(jìn)行“拼接”，與有性生殖過(guò)程中的基因重組不同。 　(2012·濟(jì)寧高二檢測(cè))下列敘述符合基因工程概念的是(　　) A．B淋巴細(xì)胞與腫瘤細(xì)胞融合，雜交瘤細(xì)胞中含有B淋巴細(xì)胞中的抗體基因 B．將人的干擾素基因重組到質(zhì)粒后導(dǎo)入大腸桿菌，獲得能產(chǎn)

11、生人干擾素的菌株 C．用紫外線照射青霉菌，使其DNA發(fā)生改變，通過(guò)篩選獲得青霉素高產(chǎn)菌株 D．自然界中天然存在的噬菌體自行感染細(xì)菌后其DNA整合到細(xì)菌DNA上 【審題導(dǎo)析】本題的關(guān)鍵是“符合基因工程的概念”，需將選項(xiàng)中描述的內(nèi)容與基因工程的概念比較，選出符合題意的選項(xiàng)。 【精講精析】基因工程是通過(guò)體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性，是在DNA分子水平上的設(shè)計(jì)和施工，所以B項(xiàng)正確。A項(xiàng)描述的過(guò)程不涉及“轉(zhuǎn)基因”技術(shù)，屬于細(xì)胞工程；C項(xiàng)屬于誘變育種；D項(xiàng)是自然條件下的基因重組，沒(méi)有人為參與。 【答案】B 基因工程的工具 【問(wèn)題導(dǎo)思】 ①基因工程中各種工具的具體

12、作用有哪些？ ②各種工具有什么作用特點(diǎn)？ 1．限制性核酸內(nèi)切酶 (1)功能：識(shí)別雙鏈DNA分子中特定的核苷酸序列，并切割特定序列中的特定位點(diǎn)。 如EcoRⅠ限制酶識(shí)別的特定序列為GAATTC，切割的特定位點(diǎn)是GA之間的磷酸二酯鍵。 (2)識(shí)別序列的特點(diǎn)： 呈現(xiàn)堿基互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)，無(wú)論是奇數(shù)個(gè)堿基還是偶數(shù)個(gè)堿基，都可以找到一條中心軸線，如圖，中心軸線兩側(cè)的雙鏈DNA上的堿基是反向?qū)ΨQ(chēng)重復(fù)排列的。如：|以中心線為軸，兩側(cè)堿基互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)；以為軸，兩側(cè)堿基互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)。 (3)作用結(jié)果：DNA分子經(jīng)限制酶切割產(chǎn)生的DNA片段末端通常有兩種形式——黏性末端和平末端。當(dāng)限制酶在它識(shí)別序列的中心軸線兩側(cè)將

13、DNA的兩條鏈分別切開(kāi)時(shí)，產(chǎn)生的是黏性末端；而當(dāng)限制酶在它識(shí)別序列的中心軸線處切開(kāi)時(shí)，產(chǎn)生的則是平末端(如下圖)。 2．DNA連接酶 　(1)兩類(lèi)DNA連接酶的比較 種類(lèi) E·coli DNA連接酶 T4 DNA連接酶 來(lái)源 大腸桿菌 T4噬菌體 功能 特性 只能將雙鏈DNA片段互補(bǔ)的黏性末端之間的磷酸二酯鍵連接起來(lái) 縫合兩種末端，但連接平末端之間的效率較低 相同點(diǎn) 都能縫合磷酸二酯鍵(如圖) 　(2)DNA連接酶與限制性核酸內(nèi)切酶的比較 ①區(qū)別 作用 應(yīng)用 限制性核 酸內(nèi)切酶 使特定部位的磷酸二酯鍵斷裂 用于提取

14、目的基因和切割載體 DNA 連接酶 在DNA片段之間重新形成磷酸二酯鍵 用于目的基因和載體的連接 ②聯(lián)系 　(3)DNA連接酶與DNA聚合酶比較 DNA連接酶 DNA聚合酶 相同點(diǎn) 催化兩個(gè)脫氧核苷酸之間形成磷酸二酯鍵 不同點(diǎn) 模板 不需要模板 需要DNA的 一條鏈為模板 作用 對(duì)象 游離的DNA片段 單個(gè)的脫氧核苷酸 作用 結(jié)果 形成完整的DNA分子 形成DNA的一條鏈 用途 基因工程 DNA復(fù)制 3.載體 (1)功能： ①作為運(yùn)載工具將目的基因轉(zhuǎn)運(yùn)到宿主細(xì)胞內(nèi)。 ②利用它在受體細(xì)胞內(nèi)

15、對(duì)目的基因進(jìn)行大量復(fù)制。 (2)質(zhì)粒作為運(yùn)載體應(yīng)具備的條件： ①能在受體細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定保存并大量復(fù)制。 ②有多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)，以便與外源基因連接。 ③具有某些標(biāo)記基因，以便進(jìn)行篩選。 ④載體應(yīng)對(duì)受體細(xì)胞無(wú)毒害作用，否則受體細(xì)胞將受到損傷甚至死亡。 幾種酶的作用部位圖解 1．作用于a(磷酸二酯鍵)的酶有：限制酶、DNA連接酶、DNA聚合酶。 2．作用于b(氫鍵)的酶只有解旋酶。 下圖表示兩種限制性核酸內(nèi)切酶識(shí)別DNA分子的特定序列，并在特定位點(diǎn)對(duì)DNA進(jìn)行切割的示意圖，請(qǐng)回答以下問(wèn)題： (1)圖中甲和乙代表____________________________________

16、____________________________________。 (2)圖中甲和乙經(jīng)過(guò)相應(yīng)操作均形成兩個(gè)片段，切口的類(lèi)型分別為_(kāi)_______、________。甲中限制酶的切點(diǎn)是________之間，乙中限制酶的切點(diǎn)是________之間。 (3)由圖解可以看出，限制酶的作用特點(diǎn)是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4

17、)如果甲中G堿基發(fā)生基因突變，可能發(fā)生的情況是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)基因工程中除了限制酶，還需使用的工具酶及作用是________________________________________________________________________ __________________________

18、______________________________________________。 【審題導(dǎo)析】(1)限制酶EcoRⅠ和HpaⅠ特異性識(shí)別的堿基序列分別是GAATTC和GTTAAC。 (2)兩酶切割DNA后，切口的類(lèi)型分別為黏性末端和平末端。 (3)載體是基因工程的工具，但不是工具酶。 【精講精析】從圖解可以看出，甲和乙代表的是不同的DNA片段，在相應(yīng)的限制酶(EcoRⅠ、HpaⅠ)的作用下，在特定的位點(diǎn)被剪切成兩部分。前者是在識(shí)別序列的中心軸線兩側(cè)分別切開(kāi)，形成的末端是黏性末端；后者是在識(shí)別序列的中心軸線處切開(kāi)，形成的末端是平末端。 【答案】(1)有特殊脫氧核苷酸序列的

19、DNA片段　(2)黏性末端　平末端　G、A　A、T　(3)能識(shí)別雙鏈DNA分子的特定脫氧核苷酸序列，并從特定的位點(diǎn)將DNA分子切開(kāi)　(4)限制酶不能識(shí)別切割位點(diǎn) (5)DNA連接酶，作用是將切下來(lái)的片段拼接成新的DNA分子 本 課 知 識(shí) 小 結(jié) 網(wǎng) 絡(luò) 構(gòu) 建,基因工程的基本工具) 結(jié) 論 語(yǔ) 句 1．由于基因工程是在DNA分子水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的，因此又叫做DNA重組技術(shù)?；蚬こ痰幕驹硎腔蛑亟M，處理對(duì)象是DNA或基因。 2．基因工程的基本工具：“分子手術(shù)刀”——限制性核酸內(nèi)切酶；“分子縫合針”——DNA連接酶；“分子運(yùn)輸車(chē)”——基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體。 3．限制性核

20、酸內(nèi)切酶是能夠特異性識(shí)別和切割DNA分子的酶，又叫限制酶。限制性核酸內(nèi)切酶切割DNA分子可產(chǎn)生黏性末端和平末端。 4．DNA連接酶將雙鏈DNA片斷“縫合”起來(lái)，恢復(fù)被限制酶切開(kāi)的兩個(gè)磷酸二酯鍵。E·coli DNA連接酶能連接黏性末端，T4DNA連接酶既可“縫合”黏性末端，又可“縫合”平末端。 5．載體的作用是與含有外源基因(即目的基因)的DNA片段結(jié)合，將外源基因?qū)胧荏w細(xì)胞中。 Ｋ 1．(2012·東營(yíng)高二期中)科學(xué)家們經(jīng)過(guò)多年的努力，創(chuàng)立了一種新興生物技術(shù)——基因工程，實(shí)施該工程的最終目的是(　　) A．定向提取生物體的DNA分子 B．定向地對(duì)DNA分子進(jìn)行人工“剪切” C

21、．在生物體外對(duì)DNA分子進(jìn)行改造 D．定向地改造生物的遺傳性狀 【解析】基因工程的定義就是在生物體外通過(guò)對(duì)DNA分子進(jìn)行人工“剪切”和“拼接”，對(duì)生物的基因進(jìn)行改造和重新組合，然后導(dǎo)入受體細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行無(wú)性繁殖，使重組基因在受體細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，產(chǎn)生出人類(lèi)所需的基因產(chǎn)物，也就定向地改造了生物的遺傳性狀。 【答案】D 2．在基因工程中，科學(xué)家所用的“剪刀”“針線”和“載體”分別是指(　　) A．大腸桿菌病毒、質(zhì)粒、DNA連接酶 B．噬菌體、質(zhì)粒、DNA連接酶 C．限制酶、RNA連接酶、質(zhì)粒 D．限制酶、DNA連接酶、質(zhì)粒 【解析】　基因工程是在分子水平上的操作，對(duì)DNA分子進(jìn)行操作的工具

22、，主要有“剪刀”——限制酶、“針線”——DNA連接酶、“載體”——質(zhì)粒、動(dòng)植物病毒等。 【答案】　D 3．下列有關(guān)基因工程中限制性核酸內(nèi)切酶的描述，錯(cuò)誤的是(　　) A．一種限制性核酸內(nèi)切酶只能識(shí)別一種特定的脫氧核苷酸序列 B．限制性核酸內(nèi)切酶的活性受溫度的影響 C．限制性核酸內(nèi)切酶能識(shí)別和切割RNA D．限制性核酸內(nèi)切酶可從原核生物中提取 【解析】酶的活性受到溫度和pH的影響；限制性核酸內(nèi)切酶的特點(diǎn)是一種限制酶只能識(shí)別一種特定的脫氧核苷酸序列，并在特定的位點(diǎn)切割DNA分子。限制性核酸內(nèi)切酶主要是從原核生物體內(nèi)分離出來(lái)的。 【答案】C 4．(2013·上海高二月考)下列哪項(xiàng)不

23、是基因工程中經(jīng)常使用的運(yùn)載目的基因的載體(　　) A．細(xì)菌質(zhì)?！　　　　　　　．λ噬菌體 C．細(xì)菌核區(qū)中的DNA D．動(dòng)植物病毒 【解析】細(xì)菌核區(qū)中的DNA是大型環(huán)狀DNA，屬擬核，不宜做載體；常用載體為細(xì)菌質(zhì)粒、λ噬菌體以及動(dòng)植物病毒等。 【答案】C 5．一DNA分子堿基對(duì)序列片段為：，有一種酶能識(shí)別GAATTC序列，并在G和A之間將DNA分子切開(kāi)。回答下列問(wèn)題。 (1)該酶破壞的是哪種化學(xué)鍵？________________。該酶的名稱(chēng)叫________。 (2)DNA分子經(jīng)該種酶切割產(chǎn)生的DNA分子片段末端通常有兩種形式，上述DNA分子經(jīng)切割后形成的末端是哪一種？___

24、_____________。 (3)若想把切口重新連接起來(lái)，則需要用________酶，根據(jù)酶的來(lái)源不同，可以將這些酶分為兩類(lèi)，該題中應(yīng)該用哪一類(lèi)？________________________________________________________________________。 【解析】(1)限制酶破壞DNA分子中的磷酸二酯鍵。 (2)DNA分子被限制酶切割后可形成黏性末端或平末端，此片段切割后形成黏性末端。 (3)DNA連接酶可以修復(fù)被限制酶切開(kāi)的磷酸二酯鍵，能連接黏性末端的有E·coli DNA連接酶和T4 DNA連接酶。 【答案】　(1)磷酸二酯鍵　限制酶　(2)黏性末端　(3)DNA連接　E·coli DNA連接酶或T4 DNA連接酶