资源简介

3.1 重组DNA技术的基本工具教案
【教学目标】
课程标准与本节相对应的要求是：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；阐明重组DNA技术的实现需要利用限制性核酸内切酶、DNA连接酶和载体三种基本工具。结合教材内容，确定本节教学目标：
1.通过资料分析，阐明基因工程的理论基础
2.通过模拟制作活动，阐明限制酶、DNA连接酶和载体的作用
3.通过了解基因工程的发展历程，认同基因工程的诞生和发展离不开多个学科的理论研究和技术创新
【教学重难点】
（1）重组DNA技术所需的三种基本工具的作用
（2）DNA的粗提取与鉴定
【新课导入】
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2 nm，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,科学家究竟用到了哪些“分子工县”？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。
【新课讲解】
限制性内切核酸酶—“分子手术刀”
提供材料：20世纪50年代，科学家发现细菌具有抵抗噬菌体感染的能力。他们确定了这种防御系统是基于细菌内的一种酶，这种酶可以特异性的切割噬菌体的DNA序列，可以通过消化噬菌体DNA来限制病毒作用，因此称为限制性核酸内切酶，简称限制酶。
解决问题：①来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。
②限制酶存在于细菌的主要作用是细菌的防御系统，用来切割外源DNA分子的。
③限制酶“切割”DNA的部位是磷酸二酯键。
1、来源和命名、种类
限制酶主要来源于原核生物。根据来源进行命名。
以最常用的EcoRⅠ为例，其中E是大肠杆菌所属的属名首字母，co是大肠杆菌种名的前两个字母，R是R型菌，Ⅰ指第一个提取出来的限制酶，所以EcoRⅠ是指从大肠杆菌R型菌中提取出来的第一种限制酶。
练习：同样的粘质沙雷氏菌中提取出来的第一种限制酶应该叫什么？SmaⅠ
特点
阅读教材：限制酶发挥作用的特异性体现在哪些方面呢？在教材中勾画出来。
能识别双链DNA分子的特定核苷酸序列，并使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开。
深入讲解：以EcoRⅠ，SmaⅠ为例进行讲解。
限制酶发挥作用分两步：
第一步：识别特定的序列 板书：识别特定的序列
根据遗传信息的阅读要求，EcoRⅠ识别的是从5’-3’为GAATTC序列。
练习：SmaⅠ识别的序列分别是？CCCGGG
综合EcoRⅠ、SmaⅠ、NotI、BapⅠ的序列总结特点：
①两个序列都是由6个脱氧核苷酸组成，而限制酶的识别序列除了常见的6个构成的，还可能由4个或8个核苷酸构成。
②这些序列一条链正着读和另一条链反着读都是一样的，这种序列我们称为回文序列。
第二步：在特定位点切开。
提供DNA模型。结合学习的DNA和脱氧核苷酸的结构，先在DNA上找到完整的两个核苷酸，两个核苷酸之间的化学键就是被作用的键。为了保证DNA切割后结构的完整，应该切除3’，5’—磷酸二酯键。
EcoRⅠ识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。切开之后的结构切口处有暴露的碱基，容易与其他碱基互补配对，这种结构称之为黏性末端。
与之相反的是SmaⅠ识别CCCGGG序列，在C和G之间切开。切开的结构没有暴露的碱基，这种称为平末端。
活动：切一切
材料准备：剪刀（模拟Ec oRI限制酶，其识别序列为一GAATTC—，并在G—A之间“切割”）、黑色纸带
DNA连接酶—“分子缝合针”
引导思考：切割完成之后应该会出现一个缺口，将你的绿色荧光蛋白基因和这个缺口进行比对，能不能完成碱基互补配呢？怎么填补配对之后的空缺呢？
提供材料，明确DNA连接酶的作用：1967年，世界上3个科学实验室同时发现在大肠杆菌细胞中存在一种可以封闭DNA链上缺口的酶，可催化一条DNA链的5'-PO4与另一条DNA链的3'-OH生成磷酸二酯键，因此被称为DNA连接酶。DNA连接酶在DNA复制、修复和重组中起着重要的作用。
阅读教材：教材的72页，明确DNA连接酶的种类、来源和区别
种类
常见的DNA连接酶有两种即E.coli DNA连接酶和T4 DNA连接酶。E.coli DNA连接酶来源于大肠杆菌，只能连接黏性末端。而T4 DNA连接酶来源于T4噬菌体，可以连接黏性末端和平末端，但连接平末端的效率较低。
活动
将前面得到的目的基因片段和质粒片段进行连接。
3、辨析DNA连接酶和DNA聚合酶
观看PPT DNA连接酶和DNA聚合酶的作用过程和结果，总结：DNA连接酶能催化磷酸二酯键的形成，连接两个DNA片段；而DNA聚合酶也可以催化形成磷酸二酯键，但是是将单个核苷酸根据另一条单链聚合成一条新的DNA单链。
基因进入受体细胞的载体—“分子运输车”
外源基因难以进入细胞，进入后也不容易稳定存在并表达。通常需要利用载体将基因送入细胞。常用的载体是质粒，它是一种裸露的、结构简单、独立于真核细胞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。
通过思考题引导学生分析载体需要具备的条件，思考、回答问题，总结载体需要具备的条件:具有一个或多个限制酶切割位点，供外源基因插入其中;能在受体细胞中进行自我复制，或整合到受体DNA上，随受体DNA同步复制，这样它携带的外源基因才能在受体细胞中复制，不至于丢失;具有标记基因便于重组DNA分子的筛选。
补充介绍在基因工程中使用的载体的种类，并说明天然质粒往往需要经过人工改造才能用于基因工程的操作。
让学生阅读本章教材“科技探索之路”的内容，思考科学家发现三种“分子工具”的意义。认识三种“分子工具”的发现使科学家能够在体外对DNA分子进行设计和施工，从而推动了基因工程从理论走向实践;认同基因工程是在遗传学、分子生物学、生物化学和微生物学等学科的基础上发展起来的，它需要相关理论和技术的支撑。
【板书】
重组DNA 技术的基本工具
1.用于“准确切割DNA”: 限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
2.用于“DNA片段再连接”:DNA连接酶——“分子缝合针”
3.重组DNA分子导入: 基因进入受体细胞的载体—— “分子运输车”

展开更多......

收起↑