《生物 第一章 基因工程 第一節(jié) 基因工程概述 第1課時 基因工程的發(fā)展歷程和工具同步備課 浙科版選修3》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《生物 第一章 基因工程 第一節(jié) 基因工程概述 第1課時 基因工程的發(fā)展歷程和工具同步備課 浙科版選修3（52頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、第1課時基因工程的發(fā)展歷程和工具第一章第一節(jié)基因工程概述學(xué)習(xí)導(dǎo)航1.結(jié)合教材P79，簡述基因工程的發(fā)展歷程。2.結(jié)合教材P912，舉例說出限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶的作用、特點。3.概述質(zhì)粒的含義、特性及其在基因工程中的作用。重難點擊基因工程的基本工具的作用和特點。課堂導(dǎo)入方式一方式一抗蟲棉的研究開發(fā)是我國發(fā)展農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因技術(shù)，打破跨國公司壟斷，搶占國際生物技術(shù)制高點的成功事例?？瓜x棉的應(yīng)用使棉鈴蟲得到了有效控制，使殺蟲劑用量降低了70%80%，有效保護了農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，減少了農(nóng)民噴藥中毒事故，為棉花生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出了巨大貢獻。師：要實現(xiàn)抗蟲基因在棉花中的表達，提前要做哪些關(guān)鍵工作？
2、生：要將抗蟲基因切割下來；要將抗蟲基因整合到棉花的DNA上。師：這里存在一個基因轉(zhuǎn)移的實際問題，就是如何將控制抗蟲的基因轉(zhuǎn)入棉花細胞的問題。師：中國有句俗語叫“沒有金剛鉆兒，不攬瓷器活兒”。科學(xué)家們在實施基因工程之前，苦苦求索，終于找到了實施基因工程的三種“金剛鉆兒”，使基因工程的設(shè)想成為了現(xiàn)實。這三種“金剛鉆兒”是什么？有什么特點和具體作用？下面我們就來學(xué)習(xí)這方面的內(nèi)容。方式方式二二科學(xué)設(shè)想，能否讓禾本科植物也能固定空氣中的氮？能否讓細菌“吐出”蠶絲？能否讓微生物產(chǎn)生人的胰島素、干擾素等珍貴的藥物？經(jīng)過多年努力，科學(xué)家于20世紀(jì)70年代創(chuàng)立了可以定向改造生物的新技術(shù)基因工程。這一技術(shù)是在DN
3、A分子水平上進行的，在微小的DNA分子上進行的操作，需要專用的工具。這些工具是什么？各自的作用是什么？讓我們一起來了解一下吧！一、基因工程的發(fā)展歷程二、基因工程操作的兩種工具酶內(nèi)容索引當(dāng)堂檢測三、基因工程中的工具載體一、基因工程的發(fā)展歷程基礎(chǔ)梳理1.理論與技術(shù)基礎(chǔ)的發(fā)展理論與技術(shù)基礎(chǔ)的發(fā)展1953年：沃森和克里克建立 結(jié)構(gòu)模型。1957年：科恩伯格等首次發(fā)現(xiàn) 。1958年：梅塞爾森和斯塔爾發(fā)現(xiàn) 的機理?？死锟颂岢?。DNA聚合酶DNA分子雙螺旋DNA半保留復(fù)制中心法則19611966年：尼倫伯格等破譯 。1967年：羅思和赫林斯基等發(fā)現(xiàn)運轉(zhuǎn)工具 和 。1970年：特明和巴爾的摩各自在RNA病毒
4、中發(fā)現(xiàn) 酶。史密斯等人分離到 。1977年：桑格首次完成基因組的測序工作。遺傳密碼質(zhì)粒DNA連接酶逆轉(zhuǎn)錄限制性核酸內(nèi)切酶猿猴病毒SV40的DNA 同一種限制性核酸內(nèi)切酶噬菌體的DNADNA連接酶重組的 分子成就：世界上首次DNA分子 。2.重組重組DNA技術(shù)的發(fā)展技術(shù)的發(fā)展(1)1972年科學(xué)家伯格等實驗過程雜種DNA體外重組大腸桿菌質(zhì)粒DNA(含卡那霉素抗性基因)同一種限制性核酸內(nèi)切酶另一種大腸桿菌質(zhì)粒DNA(含四環(huán)素抗性基因)DNA連接酶_(2)1973年科學(xué)家科恩等實驗重組DNA分子大腸桿菌轉(zhuǎn)化 子代大腸桿菌(雙重抗性)(3)不同物種間DNA重組實驗過程：非洲爪蟾核糖體蛋白基因的DNA片
5、段大腸桿菌質(zhì)粒 重組DNA 大腸桿菌 轉(zhuǎn)錄出相應(yīng) 。成就：打破了傳統(tǒng)的種間遺傳物質(zhì)不能交換的重重壁壘，開創(chuàng)了 。mRNA基因工程方法人工“”和“”等原理對生物的基因進行改造和 (基因重組)操作水平 (分子)水平目的產(chǎn)生人類需要的_操作環(huán)境_優(yōu)點定向改造生物的_3.基因工程基因工程的概念的概念剪切拼接重新組合基因基因產(chǎn)物體外遺傳性狀問題探究1.有性生殖中的基因重組是隨機的，且只能在同一物種間進行?；蚬こ滩僮鲗?dǎo)致的基因重組與前述基因重組有何區(qū)別？答案答案答案基因工程可以在不同物種間進行基因重組，并且方向性強，可以定向地改變生物的性狀。2.基因工程的理論基礎(chǔ)(1)不同生物的DNA分子能拼接起來的原
6、因分析基本組成單位相同：都是四種 。雙鏈DNA分子的空間結(jié)構(gòu)相同：都是規(guī)則的 。DNA堿基對之間的關(guān)系相同：均遵循嚴(yán)格的 原則。(2)外源基因能夠在受體內(nèi)表達，并使受體表現(xiàn)出相應(yīng)的性狀的原因分析基因的功能特點：控制生物體性狀的 單位，具有相對獨立性。遺傳信息的傳遞方向都遵循 。生物界共用一套 。脫氧核苷酸雙螺旋結(jié)構(gòu)堿基互補配對結(jié)構(gòu)和功能中心法則遺傳密碼拓展應(yīng)用1.科學(xué)家們經(jīng)過多年的努力，創(chuàng)立了一種新興生物技術(shù)基因工程，實施該工程的最終目的是A.定向提取生物體內(nèi)的DNA分子B.定向地對DNA分子進行人工“剪切”C.在生物體外對DNA分子進行改造D.定向地改造生物的遺傳性狀解析解析基因工程能按照人
7、們的意愿通過相關(guān)技術(shù)操作賦予生物以新的遺傳特性。答案解析2.目前，科學(xué)家把兔子血紅蛋白基因?qū)氪竽c桿菌細胞中，在大腸桿菌細胞中合成了兔子的血紅蛋白。下列不是這一先進技術(shù)的理論依據(jù)的是A.所有生物共用一套遺傳密碼B.基因能控制蛋白質(zhì)的合成C.兔子血紅蛋白基因與大腸桿菌的DNA都是由四種脫氧核苷酸構(gòu)成，都遵循相同的堿基互補配對原則D.兔子與大腸桿菌有共同的原始祖先答案解析解析解析題干表述的是目的基因?qū)胧荏w細胞并得以表達的過程，目的基因在不同生物細胞中能夠表達出相同的蛋白質(zhì)，說明控制其合成的信使RNA上的密碼子是共用的，相同的密碼子決定相同的氨基酸，A正確；基因是通過轉(zhuǎn)錄出信使RNA，進而控制蛋白
8、質(zhì)的合成，B正確；基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段，只要是雙鏈DNA都遵循堿基互補配對原則，其組成原料都是四種脫氧核苷酸，C正確；生物之間是否有共同的原始祖先與轉(zhuǎn)基因技術(shù)之間沒有必然關(guān)系，D錯誤。二、基因工程操作的兩種工具酶基礎(chǔ)梳理1.“分子手術(shù)刀分子手術(shù)刀”限制性核酸內(nèi)切酶限制性核酸內(nèi)切酶(又稱限制酶又稱限制酶)(1)來源：主要從原核生物中分離出來。(2)特點：具有 。識別DNA分子上特定的 序列。斷開每條鏈中特定部位的兩個脫氧核苷酸之間的 。脫氧核苷酸特異性(專一性)磷酸二酯鍵(3)識別序列組成：大多數(shù)由 組成。特點：一般具有 。(4)作用結(jié)果：產(chǎn)生 末端或 末端。2.“分子針線分子針線”DN
9、A連接酶連接酶(1)作用：連接DNA分子基本骨架之間的 。(2)結(jié)果：形成重組DNA分子。6個核苷酸黏性平口回文序列磷酸二酯鍵問題探究1.仔細觀察下列兩種限制酶作用示意圖，嘗試回答下列問題：(1)兩種限制酶的識別序列和切割位點分別是什么？答案答案答案EcoR的識別序列為GAATTC，切割位點是在G和A之間。Hae的識別序列有AGGCCT，切割位點在G和C之間。(2)由以上分析可知限制酶的作用是什么？有何作用特點？答案答案答案限制酶的作用是：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。特點是特異性地識別和切割雙鏈DNA分子。答案答案DNA
10、連接酶的作用部位為，形成了磷酸二酯鍵。DNA連接酶和限制性核酸內(nèi)切酶作用部位都是磷酸二酯鍵，但作用結(jié)果不同，前者是斷裂磷酸二酯鍵，形成DNA片段，后者是形成磷酸二酯鍵，連接DNA片段。2.如圖1所示，EcoliDNA連接酶和T4DNA連接酶均可把黏性末端之間的縫隙“縫合”起來，相當(dāng)于把梯子兩邊的扶手的斷口連接起來。DNA連接酶和限制性核酸內(nèi)切酶的關(guān)系如圖2所示：由圖可知DNA連接酶的作用部位是“”還是“”，形成了什么化學(xué)鍵？與限制性核酸內(nèi)切酶相比作用部位和作用結(jié)果有何異同？答案答案答案不相同。DNA連接酶是將兩個DNA片段連接起來，而DNA聚合酶是將單個的脫氧核苷酸加到已有的DNA片段上。3.
11、DNA連接酶和DNA聚合酶的異同(1)DNA連接酶和DNA聚合酶均能形成磷酸二酯鍵，二者的作用對象相同嗎？為什么？答案比較項目DNA連接酶DNA聚合酶相同點催化兩個 之間形成磷酸二酯鍵不同點模板 模板需要 為模板作用對象游離的DNA片段單個的_作用結(jié)果形成完整的DNA分子形成DNA分子的一條鏈用途基因工程DNA分子復(fù)制(2)比較DNA連接酶和DNA聚合酶的異同點脫氧核苷酸不需要DNA的一條鏈脫氧核苷酸4.在右圖中標(biāo)出限制酶、DNA連接酶、DNA聚合酶和DNA解旋酶的作用部位。答案答案如圖所示答案限制酶、DNA連接酶和DNA聚合酶作用于a處化學(xué)鍵，而解旋酶作用于b處化學(xué)鍵。拓展應(yīng)用3.下表為常用
12、的限制性核酸內(nèi)切酶(限制酶)及其識別序列和切割位點，由此推斷以下說法中，正確的是注：注：Y表示C或T，R表示A或GA.一種限制酶只能識別一種核苷酸序列B.限制酶切割后一定形成黏性末端C.不同的限制酶可以形成相同的黏性末端D.限制酶的切割位點在識別序列內(nèi)部 答案解析限制性核酸內(nèi)切酶 識別序列和切割位點 限制性核酸內(nèi)切酶 識別序列和切割位點BamHGGATCCKpnGGTACCEcoRGAATTCSau3AGATCHindGTYRACSmaCCCGGG解析解析根據(jù)表格內(nèi)容可以推知，每種限制酶都能識別特定的核苷酸序列，但不一定只能識別一種序列，如限制酶Hind，A項錯誤；限制酶切割后能形成黏性末端或
13、平口末端，如限制酶Hind切割后露出平口末端，B項錯誤；不同的限制酶切割后可能形成相同的黏性末端，如限制酶BamH和Sau3A切割后露出的黏性末端相同，C項正確；限制酶的切割位點可以位于識別序列的外側(cè)，如Sau3A，D項錯誤。一題多變一題多變判斷正誤：(1)一種限制性核酸內(nèi)切酶只能識別一種特定的核糖核苷酸序列()(2)限制性核酸內(nèi)切酶的活性受溫度、pH的影響，總有一個最合適的條件()解析解析限制性核酸內(nèi)切酶只能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定的脫氧核苷酸序列，不能識別RNA分子的核糖核苷酸序列，錯誤。答案解析解析解析同其他的酶一樣，限制性核酸內(nèi)切酶同樣受溫度和pH的影響，而且具有發(fā)揮最大催化效率
14、的最適溫度和最適pH，正確。(3)限制性核酸內(nèi)切酶能破壞相鄰脫氧核苷酸之間的化學(xué)鍵()(4)限制性核酸內(nèi)切酶不只存在于原核生物中，其合成場所是核糖體()解析解析限制性核酸內(nèi)切酶催化的是特定部位磷酸二酯鍵的斷裂，屬于水解反應(yīng)，正確。答案解析解析解析限制性核酸內(nèi)切酶主要從原核生物中分離純化，也有來自真核細胞的，其本質(zhì)是蛋白質(zhì)，在核糖體上合成，正確。解析解析DNA連接酶和DNA聚合酶都是催化2個脫氧核苷酸分子之間形成磷酸二酯鍵。但DNA連接酶是在2個DNA片段之間形成磷酸二酯鍵，將2個DNA片段連接成重組DNA分子；DNA聚合酶是將單個的脫氧核苷酸分子加到已存在的DNA片段上形成磷酸二酯鍵，合成新的
15、DNA分子。4.下列關(guān)于DNA連接酶作用的敘述，正確的是A.將單個核苷酸加到某個DNA片段的末端，形成磷酸二酯鍵B.將斷開的2個DNA片段的骨架連接起來，重新形成磷酸二酯鍵C.連接2條DNA鏈上堿基之間的氫鍵D.只能將雙鏈DNA片段互補的黏性末端連接起來，而不能將兩者之間 的平口末端進行連接答案解析三、基因工程中的工具載體1.常用的載體：常用的載體：質(zhì)粒、噬菌體的衍生物、等。是最早應(yīng)用的載體，它是細菌細胞中的一類 的、結(jié)構(gòu)簡單、獨立于細菌_ 之外，并具有 能力的 狀DNA分子。2.質(zhì)粒的基本質(zhì)粒的基本結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)(1)重組質(zhì)粒進入受體細胞后要擴增產(chǎn)生更多的帶有目的基因的質(zhì)粒，因此應(yīng)具備 。(2)重
16、組質(zhì)粒進入受體細胞后要進行鑒定和篩選，一般利用質(zhì)粒上特殊的 。(3)為了便于外源DNA分子的插入，要求質(zhì)粒必須有一個至多個_ 的切割位點?；A(chǔ)梳理質(zhì)粒動、植物病毒擬核祼露DNA自我復(fù)制復(fù)制原點環(huán)標(biāo)記基因限制性核酸內(nèi)切酶問題探究右圖為大腸桿菌及質(zhì)粒載體的結(jié)構(gòu)模式圖，據(jù)圖探究以下問題：1.a代表的物質(zhì)和質(zhì)粒都能進行自我復(fù)制，它們的化學(xué)本質(zhì)都是什么？2.某目的基因切割末端為 ，為使質(zhì)粒和目的基因連接在一起，質(zhì)粒應(yīng)有的一段核苷酸序列及被限制酶切割的末端分別是什么？答案答案DNA。答案答案ACGCGTCGCGT TGCGCA；A答案3.氨芐青霉素抗性基因，能控制某物質(zhì)的合成，該物質(zhì)能抵抗氨芐青霉素，使含
17、有該基因的生物能在含氨芐青霉素的環(huán)境中存活。因此，氨芐青霉素抗性基因在基因工程載體上能起什么作用？4.由以上分析總結(jié)作為載體必須具備哪些條件？答案答案用作標(biāo)記基因，供重組DNA的鑒定與選擇。答案答案答案作為載體必須具備的條件：(1)必須有一個至多個限制酶切割位點；(2)必須具備自我復(fù)制的能力；(3)必須有標(biāo)記基因。標(biāo)記基因的篩選原理(1)前提：載體上的標(biāo)記基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要轉(zhuǎn)入的受體細胞沒有抵抗相關(guān)抗生素的能力。(2)過程：含有某抗生素抗性基因的載體導(dǎo)入受體細胞，抗性基因在受體細胞內(nèi)表達，受體細胞對該抗生素產(chǎn)生抗性，然后在培養(yǎng)基中加入該抗生素。拓展拓展提升提升(3)結(jié)果
18、：在培養(yǎng)基上，被抗生素殺死的是沒有抗性的受體細胞，沒被殺死的具有抗性的受體細胞得以篩選。如下圖：拓展應(yīng)用5.質(zhì)粒是基因工程中最常用的載體，它存在于許多細菌體內(nèi)。某細菌質(zhì)粒上有標(biāo)記基因如圖所示，通過標(biāo)記基因可以推知外源基因(目的基因)是否轉(zhuǎn)入成功。外源基因插入的位置不同，細菌在培養(yǎng)基上的生長情況也不同，如圖所示是外源基因插入位置(插入點有a、b、c)，請根據(jù)表中提供的細菌生長情況，推測三種重組后細菌的外源基因插入點，細菌在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基上的生長狀況細菌在含四環(huán)素的培養(yǎng)基上的生長狀況能生長能生長能生長不能生長不能生長能生長正確的一組是A.是c；是b；是a B.是a和b；是a；是bC.是a和b
19、；是b；是a D.是c；是a；是b 答案解析解析解析細菌能在含氨芐青霉素和四環(huán)素的培養(yǎng)基上生長，說明抗氨芐青霉素基因和抗四環(huán)素基因沒有被破壞，所以插入點是c。對細菌來說，能在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基上生長，而不能在含四環(huán)素的培養(yǎng)基上生長，說明其抗氨芐青霉素基因正常而抗四環(huán)素基因被破壞，插入點為b。細菌不能在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基上生長，說明其抗氨芐青霉素基因被插入而破壞，故插入點為a。一題多變一題多變判斷正誤：(1)為供外源DNA插入質(zhì)粒，質(zhì)粒DNA分子上有一個至多個限制酶切割位點()(2)質(zhì)粒上的特殊標(biāo)記基因可以供外源DNA片段插入質(zhì)粒()(3)細菌核區(qū)的DNA也常被用做載體()答案課堂小結(jié)受體細
20、胞核苷酸磷酸二酯鍵當(dāng)堂檢測1.下列有關(guān)基因工程誕生的說法，不正確的是A.基因工程是在生物化學(xué)、分子生物學(xué)和微生物學(xué)等學(xué)科的基礎(chǔ)上發(fā)展 起來的B.工具酶和載體的發(fā)現(xiàn)使基因工程的實施成為可能C.遺傳密碼的破譯為基因的分離和合成提供了理論依據(jù)D.基因工程必須在同物種間進行23451解析解析基因工程可在不同物種間進行，它可打破生殖隔離的界限，定向改造生物的遺傳性狀。答案解析2.下列關(guān)于限制酶和DNA連接酶的說法中，正確的是A.其化學(xué)本質(zhì)都是蛋白質(zhì)B.DNA連接酶可恢復(fù)DNA分子中的氫鍵C.在基因工程中DNA聚合酶可以替代DNA連接酶D.限制酶切割后一定能產(chǎn)生黏性末端答案23415解析解析限制酶和DNA
21、連接酶的化學(xué)本質(zhì)都是蛋白質(zhì)。解析234153.已知某種限制酶在一線性DNA分子上有3個酶切位點，如圖中箭頭所指。如果該線性DNA分子在3個酶切位點上都被該酶切斷，則會產(chǎn)生a、b、c、d四種不同長度的DNA片段。現(xiàn)有多個上述線性DNA分子，若在每個DNA分子上至少有1個酶切位點被酶切斷，則從理論上講，經(jīng)該酶酶切后，這些線性DNA分子最多能產(chǎn)生長度不同的DNA片段種類數(shù)是A.3 B.4 C.9 D.12 答案解析解析解析解本題的關(guān)鍵是要理解“在每個DNA分子上至少有1個酶切位點被該酶切斷”，即一個DNA分子可能被切了一個位點，也可能被切了兩個或三個位點，要分開考慮，不要遺漏和重復(fù)。切一個位點情況下
22、可得到a和bcd、ab和cd、abc和d；切兩個位點情況下可得到a、b和cd；a、bc和d；ab、c和d；切三個位點情況下可得到a、b、c、d。一共可以得到九種片段，分別是a、b、c、d、ab、abc、bc、bcd、cd。234154.下列有關(guān)細菌質(zhì)粒的敘述，正確的是A.質(zhì)粒是存在于細菌細胞中的一種顆粒狀的細胞器B.質(zhì)粒是細菌細胞中能自我復(fù)制的小型環(huán)狀DNA分子C.質(zhì)粒只有在侵入宿主細胞后在宿主細胞內(nèi)才能復(fù)制D.細菌質(zhì)粒的復(fù)制過程一定是在宿主細胞外獨立進行2341答案5解析解析質(zhì)粒是細菌細胞質(zhì)中能自我復(fù)制的小型環(huán)狀DNA分子，可以在細菌細胞內(nèi)或宿主細胞內(nèi)復(fù)制。解析5.通過DNA重組技術(shù)使原有基
23、因得以改造的動物稱為轉(zhuǎn)基因動物。運用這一技術(shù)使羊奶中含有人體蛋白質(zhì)，如圖表示了這一技術(shù)的基本過程，在該工程中所用的基因“剪刀”能識別的序列和切點是GGATCC，請回答下列問題：23415(1)從羊染色體中“剪下”羊蛋白質(zhì)基因的酶是_。人體蛋白質(zhì)基因“插入”后連接在羊體細胞染色體中時需要的酶是_。限制酶DNA連接酶答案23415解析23415解析解析基因工程所用的工具酶是限制酶和DNA連接酶。不同生物的基因之所以能整合在一起，是因為基因的組成、堿基配對方式和空間結(jié)構(gòu)是相同的。將目的基因?qū)胧荏w細胞，離不開載體的協(xié)助，基因工程中用的載體除質(zhì)粒外，還有動植物病毒、噬菌體的衍生物等。(2)請畫出質(zhì)粒被切割形成黏性末端的過程圖。(3)人體蛋白質(zhì)基因之所以能“插入”到羊的染色體內(nèi)，原因是_，“插入”時用的工具是_，其種類有_。答案答案堿基配對方式和空間結(jié)構(gòu)是相同的載體基因的組成、答案23415GGATCC 質(zhì)粒、動植物病毒、噬菌體的衍生物等
生物 第一章 基因工程 第一節(jié) 基因工程概述 第1課時 基因工程的發(fā)展歷程和工具同步備課 浙科版選修3
