資源簡(jiǎn)介

3.1 重組DNA技術(shù)的基本工具教案
【教學(xué)目標(biāo)】
課程標(biāo)準(zhǔn)與本節(jié)相對(duì)應(yīng)的要求是：概述基因工程是在遺傳學(xué)、微生物學(xué)、生物化學(xué)和分子生物學(xué)等學(xué)科基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的；闡明重組DNA技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需要利用限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶和載體三種基本工具。結(jié)合教材內(nèi)容，確定本節(jié)教學(xué)目標(biāo)：
1.通過(guò)資料分析，闡明基因工程的理論基礎(chǔ)
2.通過(guò)模擬制作活動(dòng)，闡明限制酶、DNA連接酶和載體的作用
3.通過(guò)了解基因工程的發(fā)展歷程，認(rèn)同基因工程的誕生和發(fā)展離不開(kāi)多個(gè)學(xué)科的理論研究和技術(shù)創(chuàng)新
【教學(xué)重難點(diǎn)】
（1）重組DNA技術(shù)所需的三種基本工具的作用
（2）DNA的粗提取與鑒定
【新課導(dǎo)入】
從社會(huì)中來(lái)
番木瓜容易受番木瓜環(huán)斑病毒的侵襲。當(dāng)番木瓜被這種病毒感染后，產(chǎn)量會(huì)大大下降。科學(xué)家通過(guò)精心設(shè)計(jì)，用“分子工具”培育出了轉(zhuǎn)基因番木瓜，它可以抵御番木瓜環(huán)斑病毒。
DNA雙螺旋的直徑只有2 nm，對(duì)如此微小的分子進(jìn)行操作是一項(xiàng)非常精細(xì)的工作，更需要專門的“分子工具”。那么,科學(xué)家究竟用到了哪些“分子工縣”？這些“分子工具”各具有什么特征呢？
提示：科學(xué)家用到了限制酵、DNA連接酵、載體等“分子工具”。限制酶能識(shí)別雙DNA分子的特定核苷酸序列，并將DNA雙鏈切斷，形成具有黏性術(shù)端或平術(shù)端的片段。DNA連接酵催化醉胺酯鍵的形成， 即催化一個(gè)DNA片段3'端的羥基與另一個(gè)DNA片段5'端的磷酸基團(tuán)上的羥基連接起來(lái)形成酯鍵。載體上可以插入外源基因，它能攜帶該基因進(jìn)人受體細(xì)胞，并在受體細(xì)胞中進(jìn)行自我復(fù)制，或者整合到受體DNA上，隨著受體DNA同步復(fù)制。載體一般還帶 有標(biāo)記基因，以便進(jìn)行重組DNA分子的篩選。
【新課講解】
限制性內(nèi)切核酸酶—“分子手術(shù)刀”
提供材料：20世紀(jì)50年代，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)細(xì)菌具有抵抗噬菌體感染的能力。他們確定了這種防御系統(tǒng)是基于細(xì)菌內(nèi)的一種酶，這種酶可以特異性的切割噬菌體的DNA序列，可以通過(guò)消化噬菌體DNA來(lái)限制病毒作用，因此稱為限制性核酸內(nèi)切酶，簡(jiǎn)稱限制酶。
解決問(wèn)題：①來(lái)源：主要是從原核生物中分離純化出來(lái)的。
②限制酶存在于細(xì)菌的主要作用是細(xì)菌的防御系統(tǒng)，用來(lái)切割外源DNA分子的。
③限制酶“切割”DNA的部位是磷酸二酯鍵。
1、來(lái)源和命名、種類
限制酶主要來(lái)源于原核生物。根據(jù)來(lái)源進(jìn)行命名。
以最常用的EcoRⅠ為例，其中E是大腸桿菌所屬的屬名首字母，co是大腸桿菌種名的前兩個(gè)字母，R是R型菌，Ⅰ指第一個(gè)提取出來(lái)的限制酶，所以EcoRⅠ是指從大腸桿菌R型菌中提取出來(lái)的第一種限制酶。
練習(xí)：同樣的粘質(zhì)沙雷氏菌中提取出來(lái)的第一種限制酶應(yīng)該叫什么？SmaⅠ
特點(diǎn)
閱讀教材：限制酶發(fā)揮作用的特異性體現(xiàn)在哪些方面呢？在教材中勾畫(huà)出來(lái)。
能識(shí)別雙鏈DNA分子的特定核苷酸序列，并使每一條鏈中特定部位的磷酸二酯鍵斷開(kāi)。
深入講解：以EcoRⅠ，SmaⅠ為例進(jìn)行講解。
限制酶發(fā)揮作用分兩步：
第一步：識(shí)別特定的序列 板書(shū)：識(shí)別特定的序列
根據(jù)遺傳信息的閱讀要求，EcoRⅠ識(shí)別的是從5’-3’為GAATTC序列。
練習(xí)：SmaⅠ識(shí)別的序列分別是？CCCGGG
綜合EcoRⅠ、SmaⅠ、NotI、BapⅠ的序列總結(jié)特點(diǎn)：
①兩個(gè)序列都是由6個(gè)脫氧核苷酸組成，而限制酶的識(shí)別序列除了常見(jiàn)的6個(gè)構(gòu)成的，還可能由4個(gè)或8個(gè)核苷酸構(gòu)成。
②這些序列一條鏈正著讀和另一條鏈反著讀都是一樣的，這種序列我們稱為回文序列。
第二步：在特定位點(diǎn)切開(kāi)。
提供DNA模型。結(jié)合學(xué)習(xí)的DNA和脫氧核苷酸的結(jié)構(gòu)，先在DNA上找到完整的兩個(gè)核苷酸，兩個(gè)核苷酸之間的化學(xué)鍵就是被作用的鍵。為了保證DNA切割后結(jié)構(gòu)的完整，應(yīng)該切除3’，5’—磷酸二酯鍵。
EcoRⅠ識(shí)別GAATTC序列，并在G和A之間切開(kāi)。切開(kāi)之后的結(jié)構(gòu)切口處有暴露的堿基，容易與其他堿基互補(bǔ)配對(duì)，這種結(jié)構(gòu)稱之為黏性末端。
與之相反的是SmaⅠ識(shí)別CCCGGG序列，在C和G之間切開(kāi)。切開(kāi)的結(jié)構(gòu)沒(méi)有暴露的堿基，這種稱為平末端。
活動(dòng)：切一切
材料準(zhǔn)備：剪刀（模擬Ec oRI限制酶，其識(shí)別序列為一GAATTC—，并在G—A之間“切割”）、黑色紙帶
DNA連接酶—“分子縫合針”
引導(dǎo)思考：切割完成之后應(yīng)該會(huì)出現(xiàn)一個(gè)缺口，將你的綠色熒光蛋白基因和這個(gè)缺口進(jìn)行比對(duì)，能不能完成堿基互補(bǔ)配呢？怎么填補(bǔ)配對(duì)之后的空缺呢？
提供材料，明確DNA連接酶的作用：1967年，世界上3個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室同時(shí)發(fā)現(xiàn)在大腸桿菌細(xì)胞中存在一種可以封閉DNA鏈上缺口的酶，可催化一條DNA鏈的5'-PO4與另一條DNA鏈的3'-OH生成磷酸二酯鍵，因此被稱為DNA連接酶。DNA連接酶在DNA復(fù)制、修復(fù)和重組中起著重要的作用。
閱讀教材：教材的72頁(yè)，明確DNA連接酶的種類、來(lái)源和區(qū)別
種類
常見(jiàn)的DNA連接酶有兩種即E.coli DNA連接酶和T4 DNA連接酶。E.coli DNA連接酶來(lái)源于大腸桿菌，只能連接黏性末端。而T4 DNA連接酶來(lái)源于T4噬菌體，可以連接黏性末端和平末端，但連接平末端的效率較低。
活動(dòng)
將前面得到的目的基因片段和質(zhì)粒片段進(jìn)行連接。
3、辨析DNA連接酶和DNA聚合酶
觀看PPT DNA連接酶和DNA聚合酶的作用過(guò)程和結(jié)果，總結(jié)：DNA連接酶能催化磷酸二酯鍵的形成，連接兩個(gè)DNA片段；而DNA聚合酶也可以催化形成磷酸二酯鍵，但是是將單個(gè)核苷酸根據(jù)另一條單鏈聚合成一條新的DNA單鏈。
基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體—“分子運(yùn)輸車”
外源基因難以進(jìn)入細(xì)胞，進(jìn)入后也不容易穩(wěn)定存在并表達(dá)。通常需要利用載體將基因送入細(xì)胞。常用的載體是質(zhì)粒，它是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、獨(dú)立于真核細(xì)胞細(xì)胞核或原核細(xì)胞擬核DNA之外，并具有自我復(fù)制能力的環(huán)狀雙鏈DNA分子。
通過(guò)思考題引導(dǎo)學(xué)生分析載體需要具備的條件，思考、回答問(wèn)題，總結(jié)載體需要具備的條件:具有一個(gè)或多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)，供外源基因插入其中;能在受體細(xì)胞中進(jìn)行自我復(fù)制，或整合到受體DNA上，隨受體DNA同步復(fù)制，這樣它攜帶的外源基因才能在受體細(xì)胞中復(fù)制，不至于丟失;具有標(biāo)記基因便于重組DNA分子的篩選。
補(bǔ)充介紹在基因工程中使用的載體的種類，并說(shuō)明天然質(zhì)粒往往需要經(jīng)過(guò)人工改造才能用于基因工程的操作。
讓學(xué)生閱讀本章教材“科技探索之路”的內(nèi)容，思考科學(xué)家發(fā)現(xiàn)三種“分子工具”的意義。認(rèn)識(shí)三種“分子工具”的發(fā)現(xiàn)使科學(xué)家能夠在體外對(duì)DNA分子進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工，從而推動(dòng)了基因工程從理論走向?qū)嵺`;認(rèn)同基因工程是在遺傳學(xué)、分子生物學(xué)、生物化學(xué)和微生物學(xué)等學(xué)科的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它需要相關(guān)理論和技術(shù)的支撐。
【板書(shū)】
重組DNA 技術(shù)的基本工具
1.用于“準(zhǔn)確切割DNA”: 限制性核酸內(nèi)切酶——“分子手術(shù)刀”
2.用于“DNA片段再連接”:DNA連接酶——“分子縫合針”
3.重組DNA分子導(dǎo)入: 基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體—— “分子運(yùn)輸車”

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