中圖版選修3第1單元第1章第1節(jié)基因工程的原理教案

1、第一節(jié) 基因工程的原理hCHhNCi MlTBIAU YIN HANG1 簡述基因工程的誕生。2 簡述基因工程的原理及技術。3. 嘗試DNA的提取與鑒定。一、基因工程的誕生1 限制性內(nèi)切酶一一“基因手術刀”(1) 作用：能夠識別特定的脫氧核苷酸序列，并于特定位點上準確地切割雙鏈DNA(2) 結果：形成DNA黏性末端。2. DNA連接酶一一“基因縫紉針”(1) 作用：將兩個 DNA片段連接起來，修復被限制性內(nèi)切酶切開的切口，拼接成新的 DNA分 子。(2) 種類：T4DNA連接酶(把限制性內(nèi)切酶切開的黏性末端的縫隙“縫合”起來)。思考將人的胰島素基因導入大腸桿菌，大腸桿菌能夠生產(chǎn)人的胰島素，在基

2、因操作中把人的基因與大腸桿菌的基因“縫合”起來的工具是什么？來提示：DNA連接酶。二、基因工程的一般程序 一1 基因工程的概念基因工程是指按照人們的意愿，將一種生物的基因在體外剪切,并與特殊的運載工具進 行重新組合，然后轉入另一種生物的體內(nèi)進行擴增，并使之表達產(chǎn)生所需蛋白質的技術。2 基因工程的操作程序(1) DNA分子的提取。(2) 目的基因的獲得。 直接分離法：最常用的方法是“鳥槍法”， 又稱“霰彈法”。用限制性內(nèi)切酶(子彈) 切割DNA再用“核酸探針”(用放射性同位素或其他標記物標記的RNA單鏈)檢測出目的基因，再用PCR儀擴增DNA獲得大量的目的基因。 人工合成法：一種是反轉錄法。 它

3、是以目的基因的信使 RNA為模板,借助反轉 錄酶合成堿基互補的單鏈 DNA然后在DNA聚合酶的作用下合成雙鏈 DNA另一種方法是化 學合成法。即依照某一蛋白質的氨基酸序列, 通過密碼子推導出其堿基序列, 然后直接合成 目的基因。(3) 重組載體的構建。 載體的特點：夕卜源DNA的插入不影響載體在宿主細胞內(nèi)的自我復制；有適宜的限制性內(nèi)切酶酶切位點；具有某些標記基因；載體應對受體細胞無害。 載體的種類。a.質粒：它是細菌中獨立于細菌DNA之外的小型環(huán)狀 DNA分子。它含有一個至多個限制性內(nèi)切酶切割位點， 供外源基因插入其中, 并帶有特殊的遺傳標記基因，是基因工程中最常用的載體。b.噬菌體或其他一些

4、病毒。(4) 重組載體的導入和篩選。 轉化：將帶有目的基因的重組載體與相應的受體細胞放在一起培養(yǎng),通過一定的方式誘導，它們會進入受體細胞，這一過程稱為轉化。 轉化的方法：基因槍法(被子植物)、花粉管通道法、顯微注射法(動物)。 篩選：利用選擇培養(yǎng)基把轉化的細胞選擇出來。(5) 目的基因的表達和鑒定：檢測轉化的生物有沒有顯示出目的基因控制的性狀。 思考 如何檢測抗蟲棉中的毒蛋白基因是否表達？提示：讓棉鈴蟲去食抗蟲棉，若棉鈴蟲食后死亡，說明毒蛋白基因表達。三、基因工程的意義-基因工程能夠打破生物種屬的界限，在分子水平上定向改變生物的遺傳特性。四、探究活動：嘗試 DNA的提取與鑒定1 實驗原理(1)

5、 SDS能夠使蛋白質變性，在研磨液中加入SDS可以使DNA與蛋白質分離;EDTA是 DNA酶的抑制齊山可以防止細胞破碎后DNA分子被降解。DNA的試齊嘰(2) DNA不溶于酒精溶液，但細胞中的許多其他物質可以溶于酉精溶液。利用這一原 理可以提取含雜質較少白 NA(3) DNA遇二苯胺(沸水浴)會染成藍色，故該試劑可以作為鑒定_2.實驗步驟(1) DNA的粗提?。翰牧蠝蕚鋞研磨t過濾t離心t加冷酒精t提取DNA(2) DNA的鑒定：提取的 DNA物質的量濃度為 0.015 mol/L 的NaCI溶液5 mL+ 4 mL w力II熱煮沸二苯胺試劑 藍色。重點難幅-ZHONC DIAN NAS IJ

6、JAN1 基因工程的原理及其分析 基因工程是指按照人們的愿望，進行嚴格的設計并通過體外 DNA重組和轉基因技 術，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型或生物產(chǎn)品。(1) 原理：按照人們的意愿，將一種生物的某種基因在體外剪切，并加以修飾改造，然后轉移到另一種生物的體內(nèi)進行擴增，并使之表達產(chǎn)生所需的蛋白質。(2)原理分析：基因工程的別名DNA重組技術和基因拼接技術操作環(huán)境生物體外操作對象基因操作水平DNA分子水平基本操作過程剪切T改造修飾和拼接T導入t表達:結果定向改造生物性狀， 獲得人類需要的轉 基因產(chǎn)品(1) 基因拼接成功的原因： DNA的空間結構均為規(guī)則的雙螺旋結構

7、；DNA的基本組成單位都是脫氧核苷酸；都遵循相同的堿基互補配對原則。(2) 基因在受體細胞內(nèi)表達成功的原因：基因是決定生物性狀的獨立遺傳單 位；幾乎所有的生物都共用一套遺傳密碼。2.限制性內(nèi)切酶的作用分析(1)生理作用：在微生物體內(nèi)主要切割外源DNA而對自身DNA不起作用，從而保護自身，免受外源DNA入侵。在基因工程中可用于切割目的基因和載體。(2) 作用部位：兩個核苷酸之間形成的磷酸二酯鍵。(3) 作用結果：產(chǎn)生互補的黏性末端或平末端。(4) 作用特點：識別特定的核苷酸序列并在特定的位點上進行切割。該酶識別的切割 部位一般具有沿中軸線兩側反向對稱重復序列，即一條鏈正向讀的堿基序列與另一條鏈反

8、向讀的堿基序列完全一致。切割方式舉例如下：切點亍-Gt-A A T TC-了.-CT-TAA-nG-Ii亍切點亍-G-AATTC*-CT-TAAG*形成黏性末端3. DNA連接酶與DNA聚合酶的區(qū)別其區(qū)別表現(xiàn)在以下幾個方面:DNA連接酶與DNA聚合酶作用的實質都是形成磷酸二酯鍵，(1) 作用對象不同。DNA聚合酶只能將單個脫氧核苷酸連接到單鏈DNA分子片段中；DNA連接酶則是連接兩個雙鏈DNA片段。-(2) 是否需要模板。DNA聚合酶作用時以一條 DNA鏈為模板，將單個脫氧核苷酸通過磷酸二酯鍵形成一條與 模板鏈互補的DNA鏈；而DNA連接酶連接兩個 DNA片段時，不需要模板 DNA(3) 組成

9、和性質不同。兩者雖然都為蛋白質構成的酶，但在分子結構和組成上不同。SMUUMMI BIBIB IMUUI基因操作的工具酶包括限制性內(nèi)切酶和DNA連接酶。 限制性內(nèi)切酶的特點是能夠專一識別特定的核苷酸序列，有特定的酶切位點，切割酶切位點間的磷酸二酯鍵。切割DNA產(chǎn)生兩種末端，一種是互補的黏性末端，另一種是平末端。 DNA連接酶是連接 DNA兩條主鏈上酶切位點間的磷酸二酯鍵的工具。4. 基因工程中使用載體的目的和要求(1) 在基因工程中使用載體的目的。 作為運載工具，將目的基因運送到受體細胞中去。 利用它在宿主細胞內(nèi)對目的基因進行大量復制和穩(wěn)定保存。(2) 作為載體必須具備的條件。 對受體細胞無害

10、，不影響受體細胞正常的生命活動。 具有自我復制能力，或整合到受體細胞DNA上隨受體細胞 DNA的復制而同步復制。 具有一個至多個限制性內(nèi)切酶酶切位點，以便目的基因可以插入到載體中。 帶有遺傳標記基因，以便重組后對其進行篩選。 載體DNA分子大小適合，以便于提取和體外操作。(3) 載體的種類。常用載體為質粒，除此之外，噬菌體、其他一些病毒也可作為基因工程中的載體?，F(xiàn)在人們?nèi)栽诓粩鄬ふ倚碌妮d體，線粒體和葉綠體DNA呈環(huán)狀，也有可能作為載體。特別提醒丹載體中供目的基因插入的限制性內(nèi)切酶酶切位點的位置應在載體本身必需的重要基因 之外，這樣才不至于因外源基因的插入而失活。5. DNA粗提取實驗成功的關鍵

11、及注意事項(1) 在破碎細胞釋放 DNA的過程中，若是血細胞，加水后必須充分攪拌，不應少于5 min ; 若是菜花，則應與研磨液混合，研磨時間不少于10 min。(2) 用冷酒精濃縮和沉淀 DNA時，所用的是體積分數(shù)為95%勺酒精，且必須經(jīng)過充分 預冷后才能使用。(3) 在用玻璃棒攪拌時，玻璃棒不能直接插入燒杯底部，并且攪拌要輕緩，以便獲得 較完整的DNA分子。頜悟(4) 由于玻璃表面帶電荷，DNA中的磷酸基也帶電荷而容易被吸附于玻璃表面，故實 驗中用塑料杯和試管可減少 DNA損失。DIAN XING LI Tl LING WU題型一 基因工程的概念【例1】（2010 -全國高考理綜n改編）下

12、列敘述符合基因工程概念的是（）A. B淋巴細胞與腫瘤細胞融合后的細胞中含有B淋巴細胞中的抗體基因B. 將人的干擾素基因重組到質粒后導入大腸桿菌，獲得能產(chǎn)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菌后其DNA整合到細菌DNA上解析：基因工程是指按照人們的意愿，將一種生物的基因在體外剪切，并與特殊的運載工具進行重新組合，然后轉入另一種生物的體內(nèi)進行擴增，并使之表達產(chǎn)生所需蛋白質的技術。B淋巴細胞與腫瘤細胞融合，不屬于基因工程，用紫外線照射青霉菌，使其DNA發(fā)生改變，進而篩選出青霉素高產(chǎn)菌株，屬于人工誘變；自然界

13、中天然存在的噬菌體自行感染細菌后其DNA整合到細菌DNA上，并沒有進行人為的加工，不屬于基因工程。答案：B反思領悟：基因工程能定向地改造生物的遺傳性狀。題型二基因操作的工具【例2】用基因工程技術可使大腸桿菌合成人的蛋白質。下列敘述不正確的是（）A. 常用相同的限制性內(nèi)切酶處理目的基因和質粒B. DNA連接酶和RNA聚合酶是構建重組質粒必需的工具酶C. 可用含抗生素的培養(yǎng)基檢測大腸桿菌中是否導入了重組質粒D. 導入大腸桿菌的目的基因不一定能成功表達解析：要使大腸桿菌生產(chǎn)人的蛋白質，就要通過基因工程的方法， 把人的蛋白質基因與載體（質粒）結合形成重組DNA然后導入大腸桿菌，人的蛋白質基因在大腸桿菌

14、體內(nèi)表達， 合成人的蛋白質。獲得人的蛋白質基因，以及把人的蛋白質基因與載體結合，都要用到“基因手術刀”一一限制性內(nèi)切酶，而且要用同一種限制性內(nèi)切酶，這樣切出的黏性末端可以互補配對。然后用 DNA連接酶連接，形成重組 DNA所以基因工程的工具酶是限制性內(nèi)切酶和 DNA連接酶。作為載體的基本條件之一是必須有標記基因（如抗生素基因）以便檢測和篩選 含目的基因的大腸桿菌。導入大腸桿菌的目的基因可能不表達。答案：B反思領悟：作為基因工程的載體必須具備的條件是： （1）能在宿主細胞內(nèi)穩(wěn)定保存并大 量復制。（2）有多個酶切位點，以便與外源基因連接。 （3）具有某些標記基因，以便進行篩 選。（4）能夠在宿主細

15、胞內(nèi)“友好借居”，不影響宿主細胞的生命活動。題型三目的基因的獲取【例3】在已知某小片段基因堿基序列的情況下，獲得該基因的最佳方法是（）A. 用mRNA為模板逆轉錄合成 DNAB. 以4種脫氧核苷酸為原料人工合成C. 將供體DNA片段轉入受體細胞中，再進一步篩選D. 由蛋白質的氨基酸序列推測 mRNA勺核苷酸序列解析：現(xiàn)在已知的條件就是某小片段基因的堿基序列，所以可以用4種脫氧核苷酸為原料來人工合成該基因。答案：B反思領悟：合成目的基因的方法主要有直接分離法和人工合成法。最常用的直接分離法是“鳥槍法”；人工合成目的基因的方法主要有兩種：反轉錄法和化學合成法。MlSUI TANfi LIA.N X

16、I GONG GU1在基因工程中用到的限制性內(nèi)切酶主要從原核生物中獲得，一種限制性內(nèi)切酶只能 識別雙鏈DNA某種特定核苷酸序列， 并且能在特定的切點上切割 DNA分子，這與酶的什么性 質相吻合（）A. 高效性B. 具有多樣性C. 專一性并且能在特定的切點上切割D. 催化活性受外界條件影響 解析：一種限制性內(nèi)切酶只能識別一種特定的核苷酸序列，DNA分子，這顯然和酶的專一性相吻合。答案：C2（2010 -浙江高考理綜改編）在用基因工程技術構建抗除草劑的轉基因煙草過程中，下列操作錯誤的是（）A. 用限制性內(nèi)切酶切割煙草花葉病毒的核酸B. 用DNA連接酶連接經(jīng)切割的抗除草劑基因和載體C. 將重組DNA分子導入受體細胞D. 用含除草劑的培養(yǎng)基篩選轉基因煙草細胞解析：構建抗除