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2019-2020年高中生物《工具酶的發(fā)現(xiàn)和基因工程的誕生》教案1 浙科版選修3 【教學(xué)目標(biāo)】 知識(shí)與能力方面： １．簡(jiǎn)述基礎(chǔ)理論研究和技術(shù)進(jìn)步催生了基因工程。 ２．簡(jiǎn)述基因工程的原理和技術(shù)。 過(guò)程與方法方面： 1.運(yùn)用所學(xué)的DNA重組技術(shù)的知識(shí)，模擬制作重組DNA模型 2．運(yùn)用基因工程的原理，提出解決某一實(shí)際問(wèn)題的方案 情感態(tài)度、價(jià)值觀方面：關(guān)注基因工程的發(fā)展，體會(huì)S、T、S三者之間的關(guān)系。 【教學(xué)重點(diǎn)】 DNA重組技術(shù)所需要3種基本工具的作用。 【教學(xué)難點(diǎn)】 基因工程載體需要具備的條件。 【教學(xué)方法】 講授法。 【教學(xué)課時(shí)】 1課時(shí)。 【教學(xué)過(guò)程】 （導(dǎo)入新課）1973年轉(zhuǎn)基因微生物──轉(zhuǎn)基因大腸桿菌問(wèn)世；1980年第一個(gè)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物──轉(zhuǎn)基因小鼠誕生；1983年第一例轉(zhuǎn)基因植物──轉(zhuǎn)基因煙草出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了一種生物的某些基因在另一種生物中的表達(dá)。 基因工程的理論基礎(chǔ)和技術(shù)保障分別是什么？ 理論基礎(chǔ)：DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，使科學(xué)家發(fā)現(xiàn)所有生物的DNA都是由四種脫氧核苷酸聚合而成的，為來(lái)自異種的DNA拼接提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)；中心法則揭示了生物的遺傳信息傳遞的過(guò)程，而且所有的生物共用一套密碼子，這使基因在異種生物細(xì)胞內(nèi)表達(dá)成為了可能。 既然科學(xué)家意識(shí)到了上述可能之后，就開(kāi)始探索轉(zhuǎn)基因的技術(shù)手段，此時(shí)，幾種基因工程的工具的發(fā)現(xiàn)，為使這項(xiàng)技術(shù)最終成功了。 基因工程的技術(shù)保障：限制性核酸內(nèi)切酶，DNA連接酶，運(yùn)載體。 （提出問(wèn)題）限制性核酸內(nèi)切酶是從什么生物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的？它的作用有什么特點(diǎn)？限制酶切開(kāi)的DNA末端有什么特點(diǎn)？ （學(xué)生活動(dòng)）閱讀課文，總結(jié)限制性內(nèi)切酶的作用特點(diǎn)和作用結(jié)果。 （總結(jié)歸納） 科學(xué)家的基本意向也和同學(xué)們一樣。單細(xì)胞生物比多細(xì)胞生物更容易受到外源DNA的侵入。在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中，使其必須有處理外源DNA的酶?？茖W(xué)家們經(jīng)過(guò)不懈的努力，終于從原核生物中分離純化出這種酶，叫做限制酶。迄今已從近300種微生物中分離出4000種限制酶。這種酶能夠識(shí)別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開(kāi)。 不同的限制酶識(shí)別的特定核苷酸序列也不同，這樣就為我們切割DNA提供了多種特定的“手術(shù)刀”。但它們切割DNA后形成的末端有兩種可能：一種形成黏性末端，一種形成平末端。 限制酶在它識(shí)別序列的中心位置兩側(cè)將DNA兩條單鏈分割開(kāi)，就形成黏性末端，而從識(shí)別序列的中心位置切開(kāi)就產(chǎn)生平末端。 （提出問(wèn)題）DNA連接酶怎樣將兩個(gè)DNA片段連接？它連接的是什么化學(xué)鍵？它的作用與DNA聚合酶有什么不同？ （學(xué)生活動(dòng)）閱讀課文，回答上述問(wèn)題。 （總結(jié)歸納） DNA連接酶能夠?qū)⒕哂心┒藟A基互補(bǔ)的（即具有黏性末端）兩個(gè)片段連接起來(lái)，拼接的位置是由限制酶斷開(kāi)的磷酸二酯鍵。 DNA連接酶是將雙鏈的DNA片段連接起來(lái)，就是說(shuō)DNA連接酶是同時(shí)連接雙鏈的切口，而DNA聚合酶只是在單鏈上將一個(gè)個(gè)脫氧核苷酸連接起來(lái)。相同之處都是通過(guò)形成磷酸二酯鍵來(lái)連接的。 表1 DNA聚合酶和DNA連接酶的比較 DNA聚合酶 DNA連接酶 化學(xué)本質(zhì) 蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì) 作用部位 磷酸二酯鍵（單個(gè)脫氧核苷酸+片段） 磷酸二酯鍵（DNA雙鏈片段+DNA雙鏈片段） 模板 需要 不需要 （提出問(wèn)題）如何將重組DNA導(dǎo)入受體細(xì)胞中并穩(wěn)定存在和表達(dá)？ 單純的DNA片段是很難導(dǎo)入受體細(xì)胞的，有時(shí)即使進(jìn)入受體細(xì)胞也不能穩(wěn)定存在和表達(dá)，所以我們將切割下來(lái)的目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞就需要有一個(gè)“分子運(yùn)輸車(chē)”幫助。不是任何的“分子運(yùn)輸車(chē)”都可以用來(lái)作目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體的。其中的理由要從實(shí)際情況出發(fā)考慮才能清楚。下面老師提出四個(gè)問(wèn)題供大家思考。 1.假如目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞后不能復(fù)制將怎樣？ 2.作為載體沒(méi)有切割位點(diǎn)將怎樣？ 3.目的基因是否進(jìn)入受體細(xì)胞，你如何去察覺(jué)？ 4.如果載體對(duì)受體細(xì)胞有害將怎樣？不能分離會(huì)怎樣？ （學(xué)生活動(dòng)）根據(jù)上述問(wèn)題，閱讀課文，尋找答案。 （總結(jié)歸納） 上述問(wèn)題答案： 1.導(dǎo)入受體細(xì)胞的目的基因不能復(fù)制，將在細(xì)胞增殖中丟失。 2.載體沒(méi)有切割位點(diǎn)，外源的目的基因不可能插入。 3.如果載體上有遺傳標(biāo)記基因，這樣，在載體進(jìn)入受體細(xì)胞后，就可通過(guò)標(biāo)記基因的表達(dá)來(lái)檢測(cè)。 4.載體對(duì)受體有害，將影響受體細(xì)胞新陳代謝，進(jìn)而使轉(zhuǎn)入的目的基因也無(wú)立足之地。載體不能分離，就不能獲得更多帶有目的基因的載體。 所以充當(dāng)基因進(jìn)入受體細(xì)胞載體的必要條件： 1. 能自我復(fù)制； 2. 有切割位點(diǎn)； 3. 有遺傳標(biāo)記基因； 4. 對(duì)受體細(xì)胞無(wú)害、易分離。 目前通常利用的載體是“質(zhì)粒”。質(zhì)粒是能“友好求得真知，自己解答這個(gè)問(wèn)題。 寄宿在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的小型的環(huán)狀DNA。下面讓我們通過(guò)插圖一起來(lái)認(rèn)識(shí)質(zhì)粒，尤其要在質(zhì)粒載體結(jié)構(gòu)模式圖上找出剛才歸納幾個(gè)條件的具體體現(xiàn)。 生：找到“復(fù)制原點(diǎn)”──說(shuō)明質(zhì)粒能復(fù)制并能帶著插入的目的基因一起復(fù)制。 找到“目的基因的插入位點(diǎn)”──說(shuō)明質(zhì)粒有切割位點(diǎn)。 找到“氨芐青霉素抗性基因”──說(shuō)明有標(biāo)記基因的存在，將來(lái)可用含青霉素的培養(yǎng)基鑒別。 找到此質(zhì)粒來(lái)自大腸桿菌──說(shuō)明沒(méi)有危害，大腸桿菌是非致病菌，大腸桿菌分裂快，也便于從大量復(fù)制個(gè)體中分離出來(lái)。 【板書(shū)設(shè)計(jì)】 DNA重組技術(shù)的基本工具 一．“分子手術(shù)刀”──限制酶。 1．特點(diǎn) 2．作用 二．“分子縫合針”──DNA連接酶。 1．作用 2．種類(lèi) 三．“分子運(yùn)輸車(chē)”──基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體。 1．條件 2．種類(lèi) 【隨堂練習(xí)】 1.判斷題 （1）質(zhì)粒是能夠自主復(fù)制的游離于擬核DNA的小型環(huán)狀DNA分子。 （√） （2）DNA連接酶能夠?qū)⑷我鈨蓚€(gè)DNA片段連接在一起 （） 2．選擇題 下圖所示限制酶切割基因分子的過(guò)程，從圖中可知，該限制酶能識(shí)別的堿基序列和切點(diǎn)是( ) A．CTTAAG，切點(diǎn)在C和T之間 B．CTTAAG，切點(diǎn)在G和A之間 C．GAATTC，切點(diǎn)在G和A之間 D．GAATTC，切點(diǎn)在C和T之間 【布置作業(yè)】完成學(xué)案和作業(yè)本上內(nèi)容。 【教學(xué)反思】首先設(shè)置問(wèn)題情景，學(xué)生在思索中學(xué)習(xí)新知識(shí)。在教學(xué)中要注意讓抽象的語(yǔ)言在直觀的插圖中找到注釋?zhuān)趯?shí)際動(dòng)手中形成正確的認(rèn)識(shí)。還要引導(dǎo)學(xué)生從基因工程的整體思考問(wèn)題，解決問(wèn)題。 w.w.w.g.k.x.x.c.o.m