高中生物第3章基因工程第1节重组DNA技术的基本工具教案选择性3

第1节重组DNA技术的基本工具

课标内容要求核心素养对接

1.概述基因工程是在遗传学、微生物学、生物化学和分子生物学等学科基础上发展而来的。2．阐明DNA重组技术的实现需要利用限制性内切核酸酶、DNA 连接酶和载体三种基本工具。1。科学思维：模拟重组DNA 分子的操作过程,说出合成新DNA分子的基本原理.

2．社会责任：关注基因工程的社会议题，参与讨论基础理论和技术发展如何催生基因工程。

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：生物体外.

(2)操作技术：转基因等技术。

（3)操作结果：赋予生物新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。

(4)操作水平:DNA分子水平。

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DNA，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DNA双螺旋结构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密码子。

④20世纪70年代初，多种限制酶、DNA连接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，科学家证明质粒可以作为基因工程的载体，构建重组DNA，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。

（2）基因工程的发展

①1982年,第一个基因工程药物——重组人胰岛素被批准上市。

②1984年，我国科学家朱作言领导的团队培育出世界上第一条转基因鱼。

③1985年，穆里斯等人发明PCR，为获取目的基因提供了有效手段。

④1990年，人类基因组计划启动.2003年，该计划的测序任务顺利完成。

⑤21世纪以来,科学家发明了多种高通量测序技术，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基因组编辑技术编辑了哺乳动物基因组.

二、DNA重组技术的基本工具

1．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）功能：能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并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。

(3）结果:产生黏性末端或平末端。

(4)应用：已知限制酶Eco R Ⅰ和SmaⅠ识别的碱基序列和酶切位点分别为G↓AATTC和CCC↓GGG，在图中写出两种限制酶切割DNA后产生的末端并写出末端的种类。

Eco R Ⅰ限制酶和SmaⅠ限制酶识别的碱基序列不同，切割位

点不同（填“相同”或“不同"），说明限制酶具有专一性。

2．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磷酸二酯键。

（2）种类［填表]

3。基因进入受体细胞的载体--“分子运输车”

(1）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,并具有自我复制能力的环状双链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限制酶切割位点,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,或整合到受体DNA上，随受体细胞DNA同步复制。Ⅲ。人工改造的质粒常带有标记基因，便于重组DNA分子的筛选。

(2)噬菌体、动植物病毒等.

三、重组DNA分子的模拟操作

1．材料用具:剪刀代表Eco R_Ⅰ，透明胶条代表DNA连接酶。

2．切割位点

（1)分别从两块硬纸板上的一条DNA链上找出G-A—A-T—T—C序列，并选G—A之间作切口进行“切割”。

(2）再从另一条链上互补的碱基之间寻找Eco R Ⅰ相应的切口剪开。

3．操作结果:若操作正确，不同颜色的黏性末端应能互补配对;否则，说明操作有误。

四、DNA的粗提取与鉴定

1．实验原理

（1）DNA不溶于酒精，蛋白质溶于酒精。

（2）DNA在不同浓度的NaCl溶液中的溶解度不同，它能溶于2_mol/L的NaCl溶液。

(3)在一定温度下，DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色。

2．实验步骤

(1）称取30 g洋葱，切碎，加入10 mL研磨液,充分研磨。

↓

（2）漏斗中垫纱布,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、预冷的酒精溶液，静置2~3 min，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20 ml的试管编号A、B，各加入2 mol/L的NaCl溶液5 mL，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4 mL的二苯胺试剂。混匀后,将试管置于沸水中加热5 min。

↓

（5）结果观察：A试管不变蓝，B试管变蓝色.

判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”）

1．基因工程的原理是基因重组,不过在这里这种变异是定向的. (√）

2．DNA聚合酶也可以用作DNA重组技术的工具.

提示：DNA重组技术的工具有限制酶、DNA连接酶和载体，没有DNA聚合酶。

3．限制酶在原来的原核细胞内对细胞自身有害。

提示:限制酶在原来的原核细胞内用于切割外源DNA，使之失效，从而保护自身。

4．不同DNA分子用同一种限制酶切割形成的黏性末端相同。

（√）

5．DNA连接酶既能连接黏性末端，又能连接平末端.

提示:E。coli DNA连接酶不能连接平末端。

6．载体的种类有质粒、噬菌体、动植物病毒等,其中动植物病毒必须是DNA病毒。

基因工程的工具酶

1．限制性内切核酸酶

（1）作用特点：具有专一性,表现在以下两个方面

①能够识别双链DNA分子中特定的核苷酸序列.

②能够切割特定序列中的特定位点。

（2）识别序列的特点：遵循碱基互补配对原则，无论是奇数