生物-人教版（新教材）-选择性必修3-学案2：3.1 重组DNA技术的基本工具.docx-第1节　重组DNA技术的基本工具-第3章　基因工程-学案.docx

第1节 重组DNA技术的基本工具 【课标要求】 1．概述基因工程是在遗传学、微生物学、生物化学和分子生物学等学科基础上发展而来的。 2．阐明DNA重组技术的实现需要利用限制性内切核酸酶、DNA连接酶和载体三种基本工具。 【核心素养】 1．科学思维：模拟重组DNA分子的操作过程，说出合成新DNA分子的基本原理。 2．社会责任：关注基因工程的社会议题，参与讨论基础理论和技术发展如何催生基因工程。 【新知探究】 一、基因工程及其诞生与发展 1．基因工程的概念 (1)操作场所：___________。 (2)操作技术：________等技术。 (3)操作结果：赋予生物新的________，创造出更符合人们需要的新的________和生物产品。 (4)操作水平：________水平。 2．基因工程的诞生和发展 (1)基因工程的诞生 ①1944年，艾弗里等人通过肺炎链球菌转化实验证明了________________，还证明了________________________________________。 ②1953年，沃森和克里克建立了________________模型并提出了________________的假说。 ③1961年，尼伦伯格和马太破译了________________。 ④20世纪70年代初，________________、________________酶和________酶被相继发现，为DNA的切割、连接以及功能基因的获得创造了条件。 ⑤1973年，科学家证明________可以作为基因工程的载体，构建________，使外源基因在原核细胞中成功表达，并实现物种间的基因交流。 (2)基因工程的发展 ①1982年，第一个基因工程药物——________________被批准上市。 ②1984年，我国科学家朱作言领导的团队培育出________________。 ③1985年，穆里斯等人发明________，为获取目的基因提供了有效手段。 ④1990年，________计划启动。2003年，该计划的测序任务顺利完成。 ⑤21世纪以来，科学家发明了多种________________，可以实现低成本测定大量核酸序列，加速了人们对基因序列的了解。 ⑥2013年，华人科学家张锋及其团队首次报道利用最新的________技术编辑了哺乳动物基因组。 二、DNA重组技术的基本工具 1．限制性内切核酸酶(又称限制酶)—“分子手术刀” (1)来源：主要来自________。 (2)功能：能够识别双链DNA分子的某种特定________________，并使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的________________断开。 (3)结果：产生________或________。 (4)应用：已知限制酶EcoR Ⅰ和Sma Ⅰ识别的碱基序列和酶切位点分别为G↓AATTC和CCC↓GGG，在图中写出两种限制酶切割DNA后产生的末端并写出末端的种类。
EcoR Ⅰ限制酶和Sma Ⅰ限制酶识别的________________不同，切割位点________ (填“相同”或“不同”)，说明限制酶具有________。 2．DNA连接酶—“分子缝合针” (1)作用：将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的________。 (2)种类[填表] 种类 比较 E.coli DNA连接酶 T4 DNA连接酶 来源 ________ ________ 特点 只能连接________ 既可以连接黏性末端，又可以连接________ 3.基因进入受体细胞的载体——“分子运输车” (1)质粒 ①质粒的本质：是一种裸露的、结构简单，独立于________________________________之外，并具有________________能力的环状双链DNA分子。 ②质粒适于作基因运载体的特点 Ⅰ.质粒分子上有一个至多个________________位点，供外源DNA片段插入其中。 Ⅱ.携带外源DNA片段的质粒进入受体细胞后，能在细胞中________________，或________________，随________________同步复制。 Ⅲ.人工改造的质粒常带有________，便于________________。 (2)噬菌体、动植物病毒等。 三、重组DNA分子的模拟操作 1．材料用具：剪刀代表EcoR_Ⅰ，透明胶条代表________________。 2．切割位点 (1)分别从两块硬纸板上的一条DNA链上找出________________序列，并选________之间作切口进行“切割”。 (2)再从另一条链上________之间寻找EcoR Ⅰ相应的切口剪开。 3．操作结果：若操作正确，不同颜色的黏性末端应能________；否则，说明操作有误。 四、DNA的粗提取与鉴定 1．实验原理 (1) ________不溶于酒精，________溶于酒精。 (2)DNA在不同浓度的NaCl溶液中的溶解度不同，它能溶于________________溶液。 (3)在一定温度下，DNA遇________试剂会呈现蓝色。 2．实验步骤 (1)称取30 g洋葱，切碎，加入10 mL研磨液，充分研磨。 ↓ (2)漏斗中垫________，将研磨液过滤到烧杯中，________ ℃处理，取上清液。 ↓ (3)在上清液中加入体积相等的、预冷的________溶液，静置2～3 min，用玻璃棒沿同一方向搅拌，卷起丝状物，并用滤纸吸去水分。 ↓ (4)取两支20 ml的试管编号A、B，各加入2 mol/L的NaCl溶液5 mL，将丝状物溶于B试管的NaCl溶液中。然后向两支试管中各加入4 mL的________________。混匀后，将试管置于________中加热5 min。 ↓ (5)结果观察：A试管________，B试管________。 【核心突破】 一、基因工程的工具酶 1．限制性内切核酸酶 (1)作用特点：具有专一性，表现在以下两个方面 ①能够识别双链DNA分子中特定的核苷酸序列。 ②能够切割特定序列中的特定位点。 (2)识别序列的特点：遵循碱基互补配对原则，无论是奇数个碱基还是偶数个碱基，都可以找到一条中心轴线，如图，中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的。如
以中心线为轴，两侧碱基互补对称；eq \o(\s\up9(CCAGG),\s\do15(GGTCC))以eq \o(\s\up9(A),\s\do15(T))为轴，两侧碱基互补对称。
(3)作用产物：黏性末端或平末端。 ①黏性末端：是限制性内切核酸酶在它识别序列的中心轴线两侧将DNA的两条链分别切开时形成的，如图所示：
②平末端：是限制性内切核酸酶在它识别序列的中心轴线处切开时形成的，如图所示：
2．限制性内切核酸酶与DNA连接酶的关系 (1)区别： 作用 应用 限制性内切核酸酶 使特定部位的磷酸二酯键断裂 用于提取目的基因和切割载体 DNA连接酶 在DNA片段之间重新形成磷酸二酯键 用于目的基因和载体的连接 (2)两者的关系可表示为：
3．DNA连接酶与DNA聚合酶的比较 比较项目 DNA连接酶 DNA聚合酶 相同点 作用实质相同，都是催化磷酸二酯键的形成 不同点 是否需要模板 不需要 需要 接DNA链 双链 单链 作用过程 在两个DNA片段间形成磷酸二酯键 将单个核苷酸加到已存在的DNA单链片段上，形成磷酸二酯键 作用结果 将已存在的DNA片段连接 合成新的DNA分子 用途 基因工程 DNA复制 合作探究：(1)为什么限制酶主要从原核生物中分离纯化而来？推测它在原核生物中的作用是什么？它会不会切割自己的DNA分子？ (2)限制性内切核酸酶和DNA连接酶的作用是否都体现了酶的专一性？ 二、基因工程中的载体 1．种类 (1)常用载体：质粒，它是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，具有自我复制能力的很小的双链环状DNA分子。 (2)其他载体：噬菌体、动植物病毒等。 2．具备条件 (1)能自我复制：能够在受体细胞中进行自我复制，或整合到染色体DNA上，随染色体DNA进行同步复制。 (2)有切割位点：有一个至多个限制酶切割位点，供外源基因插入。 (3)具有标记基因：具有特殊的标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。 (4)无毒害作用：对受体细胞无毒害作用，否则受体细胞将受到损伤甚至死亡。 说明：一般来说，天然载体不能同时满足所有条件，要对其进行人工改造才可以使用。 3．作用 (1)用它作为运输工具，将目的基因送入受体细胞中。 (2)利用它在受体细胞内对目的基因进行大量复制。 合作探究：1.细胞膜上的载体与基因工程中的载体有什么不同？ 2．标记基因标记的原理是什么？ 【课堂检测】 1．下列对基因工程的说法，错误的是(　　) A．基因工程是在分子水平上进行设计和施工 B．基因工程产生的变异属于染色体变异 C．基因工程可以导入不同种生物的基因 D．基因工程可定向改变生物性状 2．“分子缝合针”——DNA连接酶“缝合”的部位是(　　) A．碱基对之间的氢键 B．碱基与脱氧核糖 C．双链DNA片段间的磷酸二酯键 D．脱氧核糖与脱氧核糖 3．质粒是基因工程最常用的载体，下列有关质粒的说法错误的是(　　) A．质粒不仅存在于细菌中，某些病毒也具有 B．质粒作为载体时，应具有标记基