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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 【教學目標】 知識與能力方面： １．簡述基礎理論研究和技術進步催生了基因工程。 ２．簡述基因工程的原理和技術。 過程與方法方面： 1.運用所學的DNA重組技術的知識，模擬制作重組DNA模型 2．運用基因工程的原理，提出解決某一實際問題的方案 情感態(tài)度、價值觀方面：關注基因工程的發(fā)展，體會S、T、S三者之間的關系。 【教學重點】 DNA重組技術所需要3種基本工具的作用。 【教學難點】 基因工程載體需要具備的條件。 【教學方法】 講授法。 【教學課時】 1課時。 【教學過程】 （導入新課）1973年轉基因微生物──轉基因大腸桿菌問世；1980年第一個轉基因動物──轉基因小鼠誕生；1983年第一例轉基因植物──轉基因煙草出現(xiàn)，實現(xiàn)了一種生物的某些基因在另一種生物中的表達。 基因工程的理論基礎和技術保障分別是什么？ 理論基礎：DNA雙螺旋結構的發(fā)現(xiàn)，使科學家發(fā)現(xiàn)所有生物的DNA都是由四種脫氧核苷酸聚合而成的，為來自異種的DNA拼接提供了結構基礎；中心法則揭示了生物的遺傳信息傳遞的過程，而且所有的生物共用一套密碼子，這使基因在異種生物細胞內表達成為了可能。 既然科學家意識到了上述可能之后，就開始探索轉基因的技術手段，此時，幾種基因工程的工具的發(fā)現(xiàn)，為使這項技術最終成功了。 基因工程的技術保障：限制性核酸內切酶，DNA連接酶，運載體。 （提出問題）限制性核酸內切酶是從什么生物體內發(fā)現(xiàn)的？它的作用有什么特點？限制酶切開的DNA末端有什么特點？ （學生活動）閱讀課文，總結限制性內切酶的作用特點和作用結果。 （總結歸納） 科學家的基本意向也和同學們一樣。單細胞生物比多細胞生物更容易受到外源DNA的侵入。在長期的進化過程中，使其必須有處理外源DNA的酶。科學家們經過不懈的努力，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核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開。 不同的限制酶識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。 限制酶在它識別序列的中心位置兩側將DNA兩條單鏈分割開，就形成黏性末端，而從識別序列的中心位置切開就產生平末端。 （提出問題）DNA連接酶怎樣將兩個DNA片段連接？它連接的是什么化學鍵？它的作用與DNA聚合酶有什么不同？ （學生活動）閱讀課文，回答上述問題。 （總結歸納） DNA連接酶能夠將具有末端堿基互補的（即具有黏性末端）兩個片段連接起來，拼接的位置是由限制酶斷開的磷酸二酯鍵。 DNA連接酶是將雙鏈的DNA片段連接起來，就是說DNA連接酶是同時連接雙鏈的切口，而DNA聚合酶只是在單鏈上將一個個脫氧核苷酸連接起來。相同之處都是通過形成磷酸二酯鍵來連接的。 表1 DNA聚合酶和DNA連接酶的比較 DNA聚合酶 DNA連接酶 化學本質 蛋白質 蛋白質 作用部位 磷酸二酯鍵（單個脫氧核苷酸+片段） 磷酸二酯鍵（DNA雙鏈片段+DNA雙鏈片段） 模板 需要 不需要 （提出問題）如何將重組DNA導入受體細胞中并穩(wěn)定存在和表達？ 單純的DNA片段是很難導入受體細胞的，有時即使進入受體細胞也不能穩(wěn)定存在和表達，所以我們將切割下來的目的基因導入受體細胞就需要有一個“分子運輸車”幫助。不是任何的“分子運輸車”都可以用來作目的基因進入受體細胞的載體的。其中的理由要從實際情況出發(fā)考慮才能清楚。下面老師提出四個問題供大家思考。 1.假如目的基因導入受體細胞后不能復制將怎樣？ 2.作為載體沒有切割位點將怎樣？ 3.目的基因是否進入受體細胞，你如何去察覺？ 4.如果載體對受體細胞有害將怎樣？不能分離會怎樣？ （學生活動）根據(jù)上述問題，閱讀課文，尋找答案。 （總結歸納） 上述問題答案： 1.導入受體細胞的目的基因不能復制，將在細胞增殖中丟失。 2.載體沒有切割位點，外源的目的基因不可能插入。 3.如果載體上有遺傳標記基因，這樣，在載體進入受體細胞后，就可通過標記基因的表達來檢測。 4.載體對受體有害，將影響受體細胞新陳代謝，進而使轉入的目的基因也無立足之地。載體不能分離，就不能獲得更多帶有目的基因的載體。 所以充當基因進入受體細胞載體的必要條件： 1. 能自我復制； 2. 有切割位點； 3. 有遺傳標記基因； 4. 對受體細胞無害、易分離。 目前通常利用的載體是“質粒”。質粒是能“友好求得真知，自己解答這個問題。 寄宿在細菌細胞內的小型的環(huán)狀DNA。下面讓我們通過插圖一起來認識質粒，尤其要在質粒載體結構模式圖上找出剛才歸納幾個條件的具體體現(xiàn)。 生：找到“復制原點”──說明質粒能復制并能帶著插入的目的基因一起復制。 找到“目的基因的插入位點”──說明質粒有切割位點。 找到“氨芐青霉素抗性基因”──說明有標記基因的存在，將來可用含青霉素的培養(yǎng)基鑒別。 找到此質粒來自大腸桿菌──說明沒有危害，大腸桿菌是非致病菌，大腸桿菌分裂快，也便于從大量復制個體中分離出來。 【板書設計】 DNA重組技術的基本工具 一．“分子手術刀”──限制酶。 1．特點 2．作用 二．“分子縫合針”──DNA連接酶。 1．作用 2．種類 三．“分子運輸車”──基因進入受體細胞的載體。 1．條件 2．種類 【隨堂練習】 1.判斷題 （1）質粒是能夠自主復制的游離于擬核DNA的小型環(huán)狀DNA分子。 （√） （2）DNA連接酶能夠將任意兩個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程，從圖中可知，該限制酶能識別的堿基序列和切點是( ) A．CTTAAG，切點在C和T之間 B．CTTAAG，切點在G和A之間 C．GAATTC，切點在G和A之間 D．GAATTC，切點在C和T之間 【布置作業(yè)】完成學案和作業(yè)本上內容。 【教學反思】首先設置問題情景，學生在思索中學習新知識。在教學中要注意讓抽象的語言在直觀的插圖中找到注釋，在實際動手中形成正確的認識。還要引導學生從基因工程的整體思考問題，解決問題。 w.w.w.g.k.x.x.c.o.m