生物-人教版-选修3-教学设计6：1.1 DNA重组技术的基本工具.docx-专题1 基因工程-教学设计.docx

1.1 DNA重组技术的基本工具 教学过程 教学内容 教学手段和方法 预期目标 1.创设情境，引入对基因重组技术工具的学习。　                                                    2.学习 “分子手术刀”──限制酶。                                                                                                      3.学习“分子缝合针”──DNA连接酶。　                                             4.学习“分子运输车”──基因进入受体细胞的载体。                                       5.布置作业。 　　师：1973年转基因微生物──转基因大肠杆菌问世；1980年第一个转基因动物──转基因小鼠诞生；1983年第一例转基因植物──转基因烟草出现，实现了一种生物的某些性状在另一种生物中的表达。同学们，性状的表达与我们从前学过的什么过程有关？   生：与基因控制蛋白质的合成有关。   师：假若这是一个DNA上的能指导合成某种药物蛋白的基因（老师用手指出纸条上的该区段），而这是一条烟草的DNA（老师拿出另一纸条）。同学们分析，要实现药物基因在烟草中的表达，提前要做哪些关键工作？   生：1. 要将药物基因切割下来；   2. 要将药物基因整合到烟草的DNA上。   师：同学们说得对！但还应该实际考虑问题，这两条纸带所代表的DNA是在同一个细胞中吗？   生：不是。   师：所以这里就存在一个基因转移的实际问题，谁能具体说一下？   生：就是如何将控制合成药物的基因转入烟草细胞的问题。   师：同学们思考的问题，正是科学家们思考的问题。刚才我们所探讨的工作，都是在分子水平上进行的，切割也好，连接也好，转移也好，无一例外。中国有句俗语叫“没有金刚钻儿，不揽瓷器活儿”。科学家们在实施基因工程之前，苦苦求索，终于找到了实施基因工程的三种“金刚钻儿”，使基因工程的设想成为了现实。这三种“金刚钻儿”，一是准确切割DNA的工具，“分子手术刀”──限制酶；二是DNA片段的连接工具，“分子缝合针”──DNA连接酶；三是基因转移工具，“分子运输车”──基因进入受体细胞的载体。下面我们就来学习这方面的内容。   师：在进入对限制酶的学习时，你们可能最关心的是这种工具酶到哪里去寻找。我们不妨从以往学过的知识谈起，引起思考。自然界中有各种生物，它们所处的环境不是真空。一些生物的DNA可能进入另一种生物的细胞中。这种可能，同学们可用什么实例来说明？   生：噬菌体侵染细菌的实验。   师：那么现今存在的生物为什么没有在长期的进化过程中被外源DNA的入侵而绝灭，仍能保持一种稳定状态呢？   生：生物体有的有免疫系统，如动物；有的有保护作用的组织、器官，如植物。   师：那么作为单细胞的生物来讲，怎么会有那么复杂的结构和系统？它如何来抵抗入侵的外源DNA，保护自身呢？   生：只有让外来的DNA失效，才能保护自身。   师：那么怎样才能让DNA失效？   生：用DNA酶，因为在必修课本中学过。   师：用DNA酶，那么生物自身的DNA不也要失效了吗？   生：一种特殊的酶，能切割外来的DNA，而对自身不切割。   师：根据你们的分析可知，这种酶可能是一种不同于DNA酶的、我们还没有认识的酶。我们讨论至此，同学们是否有了从哪里获得这种酶的意向？   生：到单细胞的生物中去找。   师：科学家的基本意向也和同学们一样。单细胞生物比多细胞生物更容易受到外源DNA的侵入。在长期的进化过程中，使其必须有处理外源DNA的酶。科学家们经过不懈的努力，终于从原核生物中分离纯化出这种酶，叫做限制酶。迄今已从近300种微生物中分离出4 000种限制酶。这种酶与我们以前知道的DNA酶的作用是不同的。请同学们看书，学习限制酶特有的作用。   师：书中告诉我们这种特殊的酶有什么作用？   生：它们能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。   师：以上这句话，说出了两层意思。一是识别特定核苷酸序列。请同学们看图，EcoRI只能识别GAATTC的核苷酸序列，SmaI只识别CCCGGG的核苷酸序列。第二层意思是从特定部位的两个核苷酸之间切开。请同学们看图，EcoRI就从G和A之间切开，SmaI就从C和G之间切开。   师：刚才我们提到科学家们已经分离出4 000多种限制酶。由于酶的不同，它们识别的特定核苷酸序列也不同，这样就为我们切割DNA提供了多种特定的“手术刀”。但它们切割DNA后形成的末端有两种可能，请同学看图回答。   生：一种形成黏性末端，一种形成平末端。   师：那么这两种末端是如何形成的呢？请从书中找到答案。   生：限制酶在它识别序列的中心位置两侧将DNA两条单链分割开，就形成黏性末端，而从识别序列的中心位置切开就产生平末端。   师：切断的DNA片段要与受体细胞的DNA连接，同学们根据以往学习的经验，能说出用什么酶吗？   生：用DNA复制中的DNA聚合酶。   师：同学们想到用DNA聚合酶是很正常的，但是现在我们学习的这种连接与DNA复制中的连接有所不同。请看书后议论，由同学来回答。   生：DNA连接酶是将双链的DNA片段连接起来，而DNA聚合酶则是将一个个脱氧核苷酸连接起来。   师：同学们说得对，但还不深刻。比如刚才说DNA连接酶是将双链的DNA片段连接起来，就是说DNA连接酶是同时连接双链的切口，而DNA聚合酶只是在单链上将一个个脱氧核苷酸连接起来。相同之处都是通过形成磷酸二酯键来连接的。请同学们在图中正确指出其位置。   师：开始时，我们学习了限制酶切割后有两种不同的结果，一种产生黏性末端，一种产生平末端。那么恢复它们的连接，所用DNA连接酶是否可以不加选择？同学们应从书中求得真知，自己解答这个问题。   生：应该有所选择。因为E·coli DNA连接酶只能将双链DNA片段黏性末端之间连接起来，不能将双链DNA片段平末端之间连接起来。 T4 DNA连接酶既可“缝合”双链黏性末端， 也可“缝合”双链DNA的平末端， 但平末端之间连接的效率比较低。   师：单纯的DNA片段是很难导入受体细胞的，所以我们将切割下来的目的基因导入受体细胞就需要有一个“分子运输车”帮助。不是任何的“分子运输车”都可以用来作目的基因进入受体细胞的载体的。其中的理由要从实际情况出发考虑才能清楚。下面老师提出四个问题供大家思考。   1.假如目的基因导入受体细胞后不能复制将怎样？   2.作为载体没有切割位点将怎样？   3.目的基因是否进入受体细胞，你如何去察觉？   4.如果载体对受体细胞有害将怎样？不能分离会怎样？   生：1.导入受体细胞的目的基因不能复制，将在细胞增殖中丢失。   2.载体没有切割位点，外源的目的基因不可能插入。   3.如果载体上有遗传标记基因，这样，在载体进入受体细胞后，就可通过标记基因的表达来