《DNA重組技術(shù)的基本工具》參考教案

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1、1.1DNA重組技術(shù)的基本工具 教學(xué) 教學(xué)內(nèi)容 教學(xué)手段 預(yù)期 過(guò)程 和方法 目標(biāo) 1創(chuàng)設(shè)情 師：1973年轉(zhuǎn)基因微生物一轉(zhuǎn)基因大 境，引入對(duì) 腸桿菌問(wèn)世；1980年第一個(gè)轉(zhuǎn)基因動(dòng) 基因重組技 物一轉(zhuǎn)基因小鼠誕生；1983年第一例 聯(lián)系舊知識(shí)， 術(shù)工具的學(xué) 轉(zhuǎn)基因植物一轉(zhuǎn)基因煙茸出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn) 習(xí)。 了一種生物的某些性狀在另一種生物中的表達(dá)。 拿出兩種 使學(xué)生認(rèn)識(shí) 到基因工程 同學(xué)們，性狀的表達(dá)與我們從前學(xué)過(guò) 的什么過(guò)程后關(guān)？ 生：與基因控制蛋白質(zhì)的合成有關(guān)。 師：假若這是一個(gè)DNA上的能指導(dǎo)合 成某種藥物蛋白的基

2、因（老師用手指 不同顏色的等寬的紙條。 學(xué)生討論。 也是建立任基因控制蛋白質(zhì)合成的基礎(chǔ)理論上的，不可割 出紙條上的該區(qū)段），而這是一條煙茸 裂。 的DNA（老師拿出另一紙條）。同學(xué)們分析，要實(shí)現(xiàn)藥物基因在煙茸中的表 第三個(gè)內(nèi) 抽象艾直觀，增強(qiáng)誘思的 達(dá)，提前要做哪些關(guān)鍵工作？ 咨不好回 效果。 生：1.要將藥物基因切割卜來(lái)； 答,教師要 2.要將藥物基因整合到煙茸的DNA 引導(dǎo)。 上。 師：同學(xué)們說(shuō)得對(duì)！但還應(yīng)該實(shí)際考 使學(xué)生認(rèn)識(shí) 慮問(wèn)題，這兩條紙帶所代表的DNA是 在同一個(gè)細(xì)胞中嗎？ 生：不是。

3、贊揚(yáng)也是教育的一種方式。 到科學(xué)的發(fā)展信賴于技術(shù)的創(chuàng)新。 師：所以這里就存在一個(gè)基因轉(zhuǎn)移的 實(shí)際問(wèn)題，誰(shuí)能具體說(shuō)一下？ 生：就是如何將控制合成藥物的基因 轉(zhuǎn)入煙茸細(xì)胞的問(wèn)題。 師：同學(xué)們思考的問(wèn)題，正是科學(xué)家 們思考的問(wèn)題。剛才我們所探討的工 2.學(xué)習(xí)分子手術(shù) 刀”TS制酶。 作，都是在分子水平上進(jìn)行的，切割也好，連接也好，轉(zhuǎn)移也好，無(wú)一例外。中國(guó)有句俗語(yǔ)叫沒(méi)有金剛鉆兒，不攬瓷器活兒”?？茖W(xué)家們?cè)趯?shí)施基因工程之前，苦苦求索，終于找到了實(shí)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(shí)。這三種金剛鉆兒”，一是準(zhǔn)確切割D

4、NA的工具，分子手術(shù)刀”一限制酶；二是DNA片段的連接工具，分子縫合針”——DNA接酶；三是基因轉(zhuǎn)移工具，分子運(yùn)輸車”一基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體。下面我們就來(lái)學(xué)習(xí)這方面的內(nèi)容。 師：在進(jìn)入對(duì)限制酶的學(xué)習(xí)時(shí)，你們可能最關(guān)心的是這種工具酶到哪里去尋找。我們不妨從以往學(xué)過(guò)的知識(shí)談起，引起思考。自然界中有各種生物，它們所處的環(huán)境不是真空。一些生物的DNA可能進(jìn)入另一種生物的細(xì)胞中。這種可能，同學(xué)們可用什么實(shí)例來(lái)說(shuō)明？ 生：噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)。 師：那么現(xiàn)今存在的生物為什么沒(méi)有在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中被外源DNA的入侵而絕滅，仍能保持一種穩(wěn)定狀態(tài)呢？ 生：生物體有的有免疫系統(tǒng)，如動(dòng)物； 引導(dǎo)大家

5、思考。 學(xué)生討論。 討論中及時(shí)發(fā)現(xiàn)有創(chuàng)新思維的學(xué)生，鼓勵(lì)發(fā)表意見(jiàn)。學(xué)生再次議論。 及時(shí)鼓勵(lì) 學(xué)生。 以上教學(xué)也是將三種操作工具整合到一個(gè)完整的過(guò)程之中 將直白的教 學(xué)內(nèi)容變得 有思維力度 培養(yǎng)學(xué)生思 維的創(chuàng)造性。 以上教學(xué)改 變直白的教 學(xué)方式，通過(guò) 誘思，提高學(xué) 生的思維能 力。 引導(dǎo)學(xué)生與 DNA酶作對(duì) 比，在比較中 準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)

6、限 制酶。 讓文字與插 圖結(jié)合，使抽 象的文字在 直觀的插圖 中得以體現(xiàn)。 學(xué)生看插 圖。 學(xué)生看書(shū) 有的有保護(hù)作用的組織、器官，如植 物。 師：那么作為單細(xì)胞的生物來(lái)講，怎 么會(huì)有那么復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)？它如 何來(lái)抵抗入侵的外源DNA,保護(hù)自身 學(xué)生看書(shū)呢？ 生：只有讓外來(lái)的DNA失效，才能保 護(hù)自身。 師：那么怎樣才能讓DNA失效？ 生：用DNA酶，因?yàn)樵诒匦拚n本中學(xué) 過(guò)。教師點(diǎn)撥 師：用DNA酶，那么生物自身的DNA不也要失效了嗎？ 生：一種特殊的酶，能切割外來(lái)的DNA,而對(duì)自身不切割。 師：根據(jù)你們的分析可知，這種酶可能是一種不同于DNA酶的、我們

7、還沒(méi)有認(rèn)識(shí)的酶。我們討論至此，同學(xué)們是否有了從哪里獲得這種酶的意向？生：到單細(xì)胞的生物中去找。 師：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。這種酶與我們以前知道的DNA酶的作用是不同 3.學(xué)習(xí)分 子縫合 針”——DN 連接酶。 的。請(qǐng)同學(xué)們看書(shū)，學(xué)習(xí)限制酶特有的作用。 師：書(shū)中告訴我們這種特殊的酶有什么作用？ 生：它們能夠識(shí)別雙鏈DNA分子的某種特定核甘酸序列，并且使

8、每一條鏈中特定部位的兩個(gè)核甘酸之間的磷酸二酯鍵斷開(kāi)。 師：以上這句話，說(shuō)出了兩層意思。一是識(shí)別特定核甘酸序列。請(qǐng)同學(xué)們看圖，EcoRI只能識(shí)別GAATTC的核甘酸序列，SmaI只識(shí)別CCCGGG的核甘酸序列。第二層意思是從特定部A、，,…、一，、，一、， 位的兩個(gè)核甘酸之間切開(kāi)。請(qǐng)同學(xué)們看圖，EcoRI就從G和A之間切開(kāi)，SmaI就從C和G之間切開(kāi)。 師：剛才我們提到科學(xué)家們已經(jīng)分離出4000多種限制酶。由于酶的不同，它們識(shí)別的特定核甘酸序列也不同，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，請(qǐng)同學(xué)看圖回答。 生：一種形成黍占性末端，一種形成

9、平末端。 師：那么這兩種末端是如何形成的呢？請(qǐng)從書(shū)中找到答案。 生：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 學(xué)生看書(shū)，接著議論。 教師點(diǎn)撥。 利用插圖。 看書(shū)學(xué)習(xí)。 將局部問(wèn)題整合到 實(shí)際工作 聯(lián)系舊知識(shí)，提供一個(gè)比較的對(duì)象，在比較中加深對(duì)DNA連接酶的認(rèn)識(shí)。 提高學(xué)生思維的深刻性。 準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)DNA連接酶的作用部位。 解決本課的難點(diǎn)。  4 .學(xué)習(xí)分 子運(yùn)輸 車”一基因 進(jìn)入受體細(xì) 胞的載體。 5 .布置作 業(yè)。 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。 師：切斷的DNA片段要與受體細(xì)胞的 DNA連接，同學(xué)們根據(jù)以往

10、學(xué)習(xí)的經(jīng) 驗(yàn)，能說(shuō)出用什么酶嗎？ 生：用DNA復(fù)制中的DNA聚合酶。 師：同學(xué)們想到用DNA聚合酶是很正 常的，但是現(xiàn)在我們學(xué)習(xí)的這種連接 與DNA復(fù)制中的連接有所不同。請(qǐng)看 書(shū)后議論，由同學(xué)來(lái)回答。 生：DNA連接酶是將雙鏈的DNA片 段連接起來(lái)，而DNA聚合酶則是將一 個(gè)個(gè)脫氧核甘酸連接起來(lái)。 師：同學(xué)們說(shuō)得對(duì)，但還不深刻。比 如剛才說(shuō)DNA連接酶是將雙鏈的 的全過(guò)程 中思考。 學(xué)生討論 學(xué)生歸納 提出問(wèn)題，誘 導(dǎo)思考，解決 難點(diǎn)。 培養(yǎng)思維的 廣闊性。 培養(yǎng)學(xué)生的 歸納能力。 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

11、將一個(gè)個(gè)脫氧核甘酸連接起來(lái)。相同之處都是通過(guò)形成磷酸二酯鍵來(lái)連接的。請(qǐng)同學(xué)們?cè)趫D中正確指出其位置。 師：開(kāi)始時(shí)，我們學(xué)習(xí)了限制酶切割后有兩種不同的結(jié)果，一種產(chǎn)生黏性末端，一種產(chǎn)生平末端。那么恢復(fù)它們的連接，所用DNA連接酶是否可以不加選擇？同學(xué)們應(yīng)從書(shū)中求得真知，自己解答這個(gè)問(wèn)題。 學(xué)生結(jié)合 插圖尋找 課內(nèi)與課 外結(jié)合。 利用插圖加 深對(duì)載體必 須具備條件 的認(rèn)識(shí)。 體現(xiàn)基礎(chǔ)知 識(shí)的準(zhǔn)確運(yùn) 用。在運(yùn)用中 加深對(duì)基礎(chǔ) 知識(shí)的深層 生：應(yīng)該有所選擇。因?yàn)镋coliDNA連接酶只能將雙鏈DNA片段黏性末端 之間連接起來(lái)，不能將雙鏈DNA片段平末端之間連接起來(lái)。T4DNA連接酶既可

12、縫合”雙鏈黏性末端，也可縫合”雙鏈DNA的平末端，但平末端之間連接的效率比較低。 師：?jiǎn)渭兊腄NA片段是很難導(dǎo)入受體細(xì)胞的，所以我們將切割卜來(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”幫助。不是任何的分子運(yùn)輸車”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。卜向老師提出四個(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)胞肩害將怎樣？不能分離會(huì)怎樣？ 生：1.導(dǎo)入受體細(xì)胞的目的基因/、能復(fù)制，將在細(xì)胞增殖中丟失。 5

13、 .載體沒(méi)有切割位點(diǎn)，外源的目的基因不可能插入。 6 .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)。 7 .載體對(duì)受體肩害，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。 師：可見(jiàn)以上內(nèi)容，都是在選擇合適載體時(shí)必須考慮的。請(qǐng)同學(xué)們閱讀課文，歸納出充當(dāng)基因進(jìn)入受體細(xì)胞載體的必要條件。 生：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。 師：目前通常利用的載體是質(zhì)粒”。質(zhì)粒是能友好”寄宿在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的小型的環(huán)狀DNA

14、。卜間讓我們通過(guò)插圖T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)”一說(shuō)明質(zhì)粒能復(fù)制并能帶著插入的目的基因T復(fù)制。 找到目的基因的插入位點(diǎn)”一說(shuō)明質(zhì)粒肩切割位點(diǎn)。 找到氨節(jié)青霉素抗性基因”一說(shuō)明有標(biāo)記基因的存在，將來(lái)口」用含青毒素的培養(yǎng)基鑒別。 找到此質(zhì)粒來(lái)自大腸桿菌一說(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)。 1.完成書(shū)后練習(xí)題。  2.認(rèn)真完成模擬制作DNA?組模 型。希望大家動(dòng)手、動(dòng)腦協(xié)調(diào)配合，體會(huì)每一步驟在基因重組中的真實(shí)含義。最后結(jié)束時(shí)加強(qiáng)反思，回答書(shū)中提出的兩個(gè)問(wèn)題。 經(jīng)典例題剖析 下圖表示限制酶切割某DNA的過(guò)程，從圖中可知，該限制酶能識(shí)別的堿基序列 及切點(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.CTTAAC,切點(diǎn)在C和T之間 【解析】由圖不難看出該限制酶識(shí)別的堿基序列是GAATTC,切點(diǎn)是G與A之間。 答案C