选修3专题基因工程教案

基因是有遗传效应的 DNA 片段。大家知道 DNA 是非常小的。它的直径都有 我们头发丝的十万分之一。俗话说：工欲善其事，必先利其器。没有金刚钻儿， 不揽瓷器活儿。要想把微生物中的抗虫基因转到棉花内， 就必须要有精密的工具。 那么这些工具是什么呢？ 【自主学习】 认真阅读课文，思考如下问题 DNA 重组技术的基本工具有哪些？它们各自的作用是什么？ （找学生简要回答） 三、限制性核酸内切酶——“分子手术刀” 学生回答以下问题 A. 来源 ： B.作用 ：能够识别双链 DNA 分子中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间的磷酸二酯键断开。
师：棉花本身有没有抗虫基因？ 生：没有 师：那么抗虫基因从哪里来呢？ 生：从别的生物那里来。 （引出基因工程的概念） 二、基因工程的概念 （学生一起朗读一遍这个概念） 基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外 DNA 重组和 转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的 生物类型和生物产品。由于基因工程是在 DNA 分子水平上进行设计和施工的。 因此又叫做 DNA 重组技术。
PCR 由变性——退火——延伸三个基本反应步骤构成： ① 模板 DNA 的 变性 ：模板 DNA 经加热至 94℃左右一定时间后，使模板 DNA 双链或经 PCR 扩增形成的双链 DNA 解离，使之成为单链，以便它与引物 结合，为下轮反应作准备； ② 模板 DNA 与引物的退火（ 复性 ）：模板 DNA 经加热变性成单链后，在 温度降至 55℃左右时，引物与模板 DNA 单链的互补序列配对结合； ③ 引物的 延伸 ：DNA 模板——引物结合物在 TaqDNA 聚合酶的作用下， 以 dNTP 为反应原料，靶序列为模板，按碱基配对与半保留复制原理，合成一条新 的与模板 DNA 链互补的半保留复制链重复循环变性——退火——延伸三过程， 就可获得更多的“半保留复制链” ，而且这种新链又可成为下次循环的模板。 3. 目的基因与运载体结合（以质粒为运载体）
物病毒等也能作为基因工程的载体。 但是一般上用作基因工程的质粒， 都是经过 人工修饰的。 【模拟制作】 教师拿出准备好的“ DNA ”分子，剪刀和透明胶。让学生说出他们分别代表什 么？（这里用的限制酶是 EcoRⅠ，识别序列是 GAATTC ） 叫一名同学到讲台上用剪刀把两个 DNA 分子进行切割。让其他同学看是否切割 正确。 然后叫另一位同学上台进行连接（注意强调透明胶贴的位置。 贴在中间是对的 吗 ？） 提示：
【本节重难点】 重点： 1. 为什么要开展蛋白质工程的研究
难点：蛋白质工程的原理 【学习过程】
2. 蛋白质工程的原理
一、蛋白质工程的崛起
1．基因工程的实质： 将一种生物的
转移到另一种生物体内， 后者产生
本不能产生的
，从而产生新性状。
2．蛋白质工程的目的： 生产符合人们生产生活需要的并非．自．然．界．存．在．的．． 蛋白质。
【情景创设】 同学们都知道棉花使我们国家的主要经济作物之一。但是 20 世纪
九十年代以来，我国内地主要棉产区棉铃虫大爆发。仅仅 1992 年一年，我国北
方棉产区减产皮棉 80 多万吨，造成直接经济损失 50 多亿。而且由于大量使用
化学杀虫剂（约 15 万吨），造成数万人中毒。同时造成了严重的环境污染。于
三、教学过程
1、 获取目的基因的方法
2、 PCR 技术 PCR 技术：多聚酶链式反应技术， 1985 年美国 PE-Cetus公司人类遗传研究
室的 Mullis 等发明，它具有特异、敏感、产率高、 快速、 简便、重复性好、 易自动化等突出优点。
PCR 反应的基本成分包括： 模板 DNA （待扩增 DNA ）、引物、 4 种脱氧核 苷酸（ dNTPs）、DNA 聚合酶和适宜的缓冲液。 类似于 DNA 的天然复制过程， 其特异性依赖于与靶序列两端互补的寡核苷酸引物。
对应的脱氧核苷酸序列。
区
定向改造或生产人类所需蛋白质 实质
别
结果 可生产自然界没有的蛋白质
获取目的基因一基因表达载体的构建 一将目的基因导人受体细胞一目的基 因的检测与鉴定。 定向改造生物的遗传特性，以获得人 类所需要的生物类型或生物产品 只能生产自然界已有的蛋白质
联系
蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程。因为对现有 蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因修饰或基因合成实现。
1、连接部位：磷酸二酯键。 2、结果：两个相同的末端的连接。（板书）
GAATTC
CTTAAG
DNA 连接酶作用
3、种类： DNA连接酶的种类有很多，用的较多的是 E·coliDNA 连接酶和 T4DNA连接酶。从大肠杆菌中获得的 DNA连接酶只能连接具有互 补配对粘性末端的双链， 对平末端效果不佳， T4DNA连接酶具有较 好的平末端双链连接的作用。
是我们国家的棉农“一气之下”该种了抗虫棉！同学们，请想一想，一百年前，中
国人甚至是全世界的人有抗虫棉种么？
学生：没有。因为没有那个技术条件！ 【师生互动】
一、基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新 学生浏览课本 2-3 页的内容，主要注意黑体字。 尝试 简述 基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新的原因。
例 1：
例 2：
二、蛋白质工程的原理
1．目标：根据人们对蛋白质
的特定需求， 对蛋白质的结构进行
计。
2．原理：基因改造
3．基本途径：预期蛋白质的功能→设计预期的
→推测应有的
→找到相对应的
设 。
三、基因工程和蛋白质工程的区别与联系
蛋白质工程
基因工程
预期的蛋白质功能一设计预期的蛋白质
过程 结构一推测应有的氨基酸序列一找出相
4、基因表达载体的组成 启动子 ：启动子是基因的一个组成部分，控制基因表达（转录）的起始时间 和表达的程度。启动子就像“开关” ，决定基因的活动。既然基因是成序列的核 苷酸，那么 启动子也应由 DNA 组成 。启动子本身并不控制基因活动，而是通过 与称为转录因子的这种蛋白质结合而控制基因活动的。 终止子 ：DNA 分子中终止转录的核苷酸序列。而终止密码子是作为翻译终 止的信号， 在图中， DNA 分子下面一条被从左到右转录， 从画线 DNA 转录来的 RNA 片段形成发夹环，因为两框中核苷酸含有互补碱基顺序，这就迫使 DNA/RNA 杂交区域裂开，因为随后包括氢链结合较弱的多聚腺苷酸和尿嘧啶 mRNA 分子就从这个位置脱离下来。 复制原点的作用： 抗生素抗性基因（ 抗性基因 ）的作用：
（3）通过学生动手制作重组 DNA 的模型，培养学生的动手能力以及合作精神。 三、情感目标
认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新 重难点
重点 ：（1）简述三种工具的作用 （2）认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新
难点 ：载体必须具备的条件 课前准备
提前通知学生预习课文 用蓝色和红色卡纸制作模拟 DNA 片段，剪刀，透明胶等 教学过程
【布置作业】 1、列表比较 DNA 聚合酶和 DNA 连接酶的异同；限制酶和 2、完成课后练习一 3、用纸条完成模拟制作，贴在练习本上。
DNA 酶的异同？
【教学反思】：
1.2 基因工程的基本操作程序 一、教学目标 1、
（1）简述基因工程原理及基本操作程序。 （ 2）说出目的基因的获得、 运载体的构建、 目的基因的导入与检测等常用的 方法及其基本原理
五、 基因进入细胞的载体——“分子运输车” 用什么方法才能讲外源基因（如抗虫基因）导入到细胞中呢？ 学生：需要把外源基因连接到载体上。 【自主学习】 阅读本节内容，思考以下问题 1、基因工程中常常用什么作为载体？ 2、具备什么条件的 DNA 分子才能作为载体？ 学生：结构简单，比较小，能自我复制，有特殊的标记基因等。 【思考与讨论】
区别比较起始密码子和终止密码子。
4. 将目的基因导入受体细胞
受体细胞：细菌
↓氯化钙 细胞壁的通透性增大
↓ 重组质粒进入受体细胞
↓ 目的基因随受体细胞的繁殖而复制
教学反思
1．4 蛋白质工程的崛起
【课标要求】
1. 举例说出蛋白质工程崛起的缘由。 2. 简述蛋白质工程的原理。 3. 尝试运用逆向思维分析和解决问题。
什么是磷酸二酯键呢？（在黑板上画出一小段 DNA 片段（见下图），带领学生 简要复习下 DNA 分子的结构，并且 明确磷酸二酯键 的位置）
[补充 ]由于 DNA 分子的模式图 画起来比较麻烦。 所以经常用碱 基来代表相应的脱氧核苷酸。 那 么左边的 DNA 片段就可以写成 这样：
…TACG … …ATGC …
教学目标பைடு நூலகம்
1.1 DNA 重组技术的基本工具
一、知识目标 （1）简述三种工具的作用 （2）认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新 二、能力目标 （1）通过对材料的观察，学会科学的观察方法，培养观察能力。 （2）通过对基本概念、 基本原理、 科学方法的正确理解和掌握， 逐步形成比较、 判断、推 理、分析、综合等思维能力，具备能运用学到的生物学知识评价和解 决某些实际问题的能力。
C.几种限制酶识别序列的比较（板书：如下 ）
a，仔细观察上述识别序列，能够发现什么规律？
学生回答： 限制酶所识别的序列， 都可以找到一个中心轴线， 中心轴线两侧的双 链 DNA 上的碱基是反向对称，重复排列的。 b，尝试写出这几种识别序列被切开后所形成的末端，并且观察它们的特点 （教师先做一个示范。其余的让学生完成） 学生会发现切出来的末端出现了两种情况： 平的和不平的。 它们分别被成为 平末 端 和黏性末端。 【精讲】限制酶只能切断特定识别序列里的特定的位置。识别序列可能由 4、5、 6、8 个等碱基组成，但是 6 个比较常见。切开后的末端有两种情况，黏性末端 和平末端。同一种限制酶切出的末端是相同的。一个 DNA 片段被限制酶切开后 的的末端是互补的。 【巩固】课后练习题一 四、 DNA 连接酶——“分子缝合针” 师：基因被切割后又是通过什么连接呢， 又在哪里进行连接呢？阅读课文回答问 题：