新版高中生物第1節(jié) 重組DNA技術(shù)的基本工具

第3章基因工程第1節(jié)重組DNA技術(shù)的基本工具人教版高中生物闡明重組DNA技術(shù)的基本工具及DNA的粗提取與鑒定。1.文化基礎(chǔ)：重組DNA技術(shù)所需的三種基本工具及DNA粗提取與鑒定。2.自主發(fā)展：認(rèn)同基因工程技術(shù)及其發(fā)展過程。3.社會(huì)參與：利用重基因工程基本原理探究遺傳病診斷等社會(huì)實(shí)踐學(xué)習(xí)目標(biāo)從社會(huì)中來

番木瓜容易受番木瓜環(huán)斑病毒的侵襲。當(dāng)番木瓜被這種病毒感染后，產(chǎn)量會(huì)大大下降?？茖W(xué)家通過精心設(shè)計(jì)，用“分子工具”培育出了轉(zhuǎn)基因番木瓜，它可以抵御番木瓜環(huán)斑病毒。

DNA雙螺旋的直徑只有2nm，對(duì)如此微小的分子進(jìn)行操作是一項(xiàng)非常精細(xì)的工作,更需要專門的“分子工具”。那么,科學(xué)家究競用到了哪些“分子工具”?這些“分子工具”各具有什么特征呢?

提示：科學(xué)家用到了限制酵、DNA連接酵、載體等“分子工具”。限制酶能識(shí)別雙DNA分子的特定核苷酸序列，并將DNA雙鏈切斷，形成具有黏性術(shù)端或平術(shù)端的片段。DNA連接酵催化醉胺酯鍵的形成，即催化一個(gè)DNA片段3'端的羥基與另一個(gè)DNA片段5'端的磷酸基團(tuán)上的羥基連接起來形成酯鍵。載體上可以插入外源基因，它能攜帶該基因進(jìn)人受體細(xì)胞，并在受體細(xì)胞中進(jìn)行自我復(fù)制，或者整合到受體DNA上，隨著受體DNA同步復(fù)制。載體一般還帶有標(biāo)記基因，以便進(jìn)行重組DNA分子的篩選。一、基因工程及其誕生與發(fā)展1．基因工程的概念(1)操作場(chǎng)所：_______________________。(2)操作技術(shù)：______________________等技術(shù)。(3)操作結(jié)果：賦予生物新的____________________，創(chuàng)造出更符合人們需要的新的__________________和生物產(chǎn)品。(4)操作水平：_____________________水平。生物體外轉(zhuǎn)基因遺傳特性生物類型DNA分子2．基因工程的誕生和發(fā)展(1)基因工程的誕生①1944年，艾弗里等人通過肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)證明了遺傳物質(zhì)是___________，還證明了DNA可以在同種生物的不同個(gè)體之間轉(zhuǎn)移。②1953年，沃森和克里克建立了________________________模型并提出了遺傳物質(zhì)自我復(fù)制的假說。③1961年，尼倫伯格和馬太破譯了第一個(gè)編碼氨基酸的_______________。④20世紀(jì)70年代初，多種限制酶、________________酶和逆轉(zhuǎn)錄酶被相繼發(fā)現(xiàn)，為DNA的切割、連接以及功能基因的獲得創(chuàng)造了條件。⑤1973年，科學(xué)家證明_________________可以作為基因工程的載體，構(gòu)建____________________，使外源基因在原核細(xì)胞中成功表達(dá)，并實(shí)現(xiàn)物種間的基因交流。DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)密碼子DNA連接質(zhì)粒重組DNA(2)基因工程的發(fā)展①1982年，第一個(gè)基因工程藥物_______________________被批準(zhǔn)上市。②1984年，我國科學(xué)家朱作言領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)培育出世界上第一條

______________________

。③1985年，穆里斯等人發(fā)明________，為獲取目的基因提供了有效手段。④1990年，____________________計(jì)劃啟動(dòng)。2003年，該計(jì)劃的測(cè)序任務(wù)順利完成。⑤21世紀(jì)以來，科學(xué)家發(fā)明了多種________________________，可以實(shí)現(xiàn)低成本測(cè)定大量核酸序列，加速了人們對(duì)基因序列的了解。⑥2013年，華人科學(xué)家張鋒及其團(tuán)隊(duì)首次報(bào)道利用最新的_____________技術(shù)編輯了哺乳動(dòng)物基因組。重組人胰島素轉(zhuǎn)基因魚PCR人類基因組高通量測(cè)序技術(shù)基因組編輯二、DNA重組技術(shù)的基本工具“分子運(yùn)輸車“”分子手術(shù)刀““分子縫合針”（一）．限制性內(nèi)切核酸酶(又稱限制酶)——“分子手術(shù)刀”(1)來源：主要來自____________________。原核生物(2)作用特點(diǎn)：具有專一性，表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面①能夠識(shí)別________________________中特定的核苷酸序列。②能夠切割特定序列中的_______________。雙鏈DNA分子(3)功能：能夠識(shí)別雙鏈DNA分子的某種特定_________________，并使每一條鏈中特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的______________斷開。核苷酸序列磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵特定位點(diǎn)(4)識(shí)別序列的特點(diǎn)：遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，無論是奇數(shù)個(gè)堿基還是偶數(shù)個(gè)堿基，都可以找到一條____________________。中心軸線①已知限制酶EcoRⅠ識(shí)別的_____________和_____________________為G↓AATTC，產(chǎn)生_______________________。堿基序列酶切位點(diǎn)中心軸線黏性末端黏性末端②已知限制酶SmaⅠ識(shí)別的_____________和_____________________為CCC↓GGG，產(chǎn)生_______________________。堿基序列酶切位點(diǎn)平末端中心軸線平末端（5）EcoRⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶識(shí)別的________________不同，切割位點(diǎn)___________，說明限制酶具有___________________。堿基序列不同專一性（二）DNA連接酶—“分子縫合針”(1)作用：將雙鏈DNA片段“縫合”起來，恢復(fù)被限制酶切開的兩個(gè)核苷酸之間的______________________。(2)種類種類比較E.coliDNA連接酶T4DNA連接酶來源特點(diǎn)大腸桿菌T4噬菌體只能連接黏性末端既可以連接黏性末端，又可以連接平末端磷酸二酯鍵(3)限制性內(nèi)切核酸酶與DNA連接酶的關(guān)系作用應(yīng)用限制性內(nèi)切核酸酶DNA連接酶使特定部位的磷酸二酯鍵斷裂在DNA片段之間重新形成磷酸二酯鍵用于提取目的基因和切割載體用于目的基因和載體的連接思考與討論：DNA連接酶與DNA聚合酶是一回事嗎？為什么？提示：DNA連接酶與DNA聚合酶的比較比較項(xiàng)目DNA連接酶DNA聚合酶相同點(diǎn)不同點(diǎn)是否需要模板接DNA鏈作用過程作用結(jié)果用途作用實(shí)質(zhì)相同，都是催化磷酸二酯鍵的形成不需要需要雙鏈單鏈在兩個(gè)DNA片段間形成磷酸二酯鍵將單個(gè)核苷酸加到已存在的DNA單鏈片段上，形成磷酸二酯鍵將已存在的DNA片段連接合成新的DNA分子基因工程DNA復(fù)制（三）基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體——“分子運(yùn)輸車”1．種類(1)常用載體：_____________，它是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡單、獨(dú)立于細(xì)菌擬核DNA之外，具有自我復(fù)制能力的很小的__________________分子。(2)其他載體：________________、________________________等。質(zhì)粒雙鏈環(huán)狀DNA噬菌體動(dòng)植物病毒(2)有切割位點(diǎn)：有一個(gè)至多個(gè)_______________________，供外源基因插入。2．具備條件(1)能自我復(fù)制：能夠在__________________中進(jìn)行自我復(fù)制，或整合到染色體DNA上，隨染色體DNA進(jìn)行同步復(fù)制。受體細(xì)胞限制酶切割位點(diǎn)(4)無毒害作用：對(duì)________________無毒害作用，否則____________將受到損傷甚至死亡。說明：一般來說，天然載體不能同時(shí)滿足所有條件，要對(duì)其進(jìn)行人工改造才可以使用。(3)具有標(biāo)記基因：具有特殊的標(biāo)記基因，供重組DNA的_________________________。鑒定和選擇受體細(xì)胞受體細(xì)胞3.質(zhì)粒①質(zhì)粒的本質(zhì)：是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡單，獨(dú)立于真核細(xì)胞的細(xì)胞核或原核細(xì)胞擬核DNA之外，并具有_________________能力的環(huán)狀雙鏈DNA分子。②質(zhì)粒適于作基因運(yùn)載體的特點(diǎn)Ⅰ.質(zhì)粒分子上有一個(gè)至多個(gè)____________________位點(diǎn)，供外源DNA片段插入其中。Ⅱ.攜帶外源DNA片段的質(zhì)粒進(jìn)入受體細(xì)胞后，能在細(xì)胞中進(jìn)行自我復(fù)制，或__________________________，隨受體細(xì)胞DNA同步復(fù)制。Ⅲ.人工改造的質(zhì)粒常帶有______________________，便于重組DNA分子的篩選。自我復(fù)制限制酶切割整合到受體DNA上標(biāo)記基因4．作用(1)用它作為_______________，將__________________送入受體細(xì)胞中。(2)利用它在受體細(xì)胞內(nèi)對(duì)__________________進(jìn)行大量復(fù)制。運(yùn)輸工具目的基因目的基因三．思考與討論（1）剪刀和透明膠條分別代表哪種“分子工具”?提示：剪刀代表限制酶;透明膠條代表DNA連接酶。（2）你制作的黏性末端的堿基能不能互補(bǔ)配對(duì)?如果不能，可能是什么原因造成的?（3）你插入的DNA片段能稱得上一個(gè)基因嗎?提示：根據(jù)學(xué)生實(shí)際操作的情況進(jìn)行指導(dǎo)。如果制作的黏性末端的堿基不能互補(bǔ)配對(duì)，可能是剪切位點(diǎn)或連接位點(diǎn)選得不對(duì)，也可能是其他原因。提示：不能，因?yàn)榛虻拈L度一般在100個(gè)堿基對(duì)以上。

隨著生物技術(shù)的飛速發(fā)展，生產(chǎn)和銷售“分子工具”的公司大量涌現(xiàn)。感興趣的話,你可以登錄這些公司的網(wǎng)站，查詢和了解相關(guān)產(chǎn)品的特點(diǎn)、價(jià)格和使用說明等。有些這樣的公司已成功上市，你還可以通過分析公司的股票價(jià)格走勢(shì)，大致了解公司的經(jīng)營狀況以及投資者目前對(duì)該行業(yè)的認(rèn)可程度。四．到社會(huì)中去提示：在調(diào)查中需要了解企業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)、產(chǎn)品的種類和產(chǎn)量、銷售渠道和銷售情況等，這樣才有可能對(duì)企業(yè)的經(jīng)營狀況進(jìn)行正確的判斷。五．探究與實(shí)踐DNA的粗提取與鑒定1.實(shí)驗(yàn)原理：DNA、RNA、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)等在物理和化學(xué)性質(zhì)方面存在差異，可以利用這些差異，選用適當(dāng)?shù)奈锢砘蚧瘜W(xué)方法對(duì)它們進(jìn)行提取。例如：DNA不溶于_____________，但某些蛋白質(zhì)溶于___________，利用這一原理，可以初步分離DNA與蛋白質(zhì)。DNA在不同濃度的______________中溶解度不同，它能溶于2molL的________________。在一定溫度下，DNA遇到_____________試劑會(huì)呈現(xiàn)藍(lán)色，因此_______________試劑可以作為鑒定DNA的試劑。酒精酒精NaCL溶液NaCL溶液二苯胺二苯胺2.實(shí)驗(yàn)過程2．實(shí)驗(yàn)步驟(1)稱取30g洋蔥，切碎，加入10mL研磨液，充分研磨。(2)漏斗中墊_________，將研磨液過濾到燒杯中，4℃處理，取上清液。(3)在上清液中加入體積相等的、預(yù)冷的____________溶液，靜置2～3min，用玻璃棒沿同一方向攪拌，卷起絲狀物，并用濾紙吸去水分。(4)取兩支20ml的試管編號(hào)A、B，各加入2mol/L的_____________溶液5mL，將絲狀物溶于B試管的NaCl溶液中。然后向兩支試管中各加入4mL的__________________?；靹蚝螅瑢⒃嚬苤糜赺____________中加熱5min。(5)結(jié)果觀察：A試管_______________，B試管_________________。紗布酒精NaCl二苯胺試劑不變藍(lán)變藍(lán)色沸水3.結(jié)果分析與評(píng)價(jià)1.你提出白色絲狀物或沉淀物了嗎?用二苯胺試劑鑒定的結(jié)果如何?提示：觀察提取的DNA的顏色，如果不是白色絲狀物，說明DNA中的會(huì)質(zhì)較多。二苯胺試劑鑒定呈現(xiàn)藍(lán)色說明實(shí)驗(yàn)基本成功;如果不呈現(xiàn)藍(lán)色，可能的原因有所提取的DNA含量低，或者在實(shí)驗(yàn)操作過程中出現(xiàn)了失誤等。2.你能分析出粗提取的DNA中可能含有哪些雜質(zhì)嗎?提示：本實(shí)驗(yàn)粗提取的DNA可能仍然含有核蛋白、多糖等雜質(zhì)。3.與其他同學(xué)提取的DNA進(jìn)行比較，看看實(shí)驗(yàn)結(jié)果有何不同，分析產(chǎn)生差異的原因。提示：本實(shí)驗(yàn)可以采取分組的方式進(jìn)行?？梢赃x取不同的實(shí)驗(yàn)材料;也可以在閱資料了解其他提取DNA的方法，對(duì)同種材料采用不同的方法。最后從多方面比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如DNA的純度、DNA的顏色、二苯胺試劑顯色的深淺等，看看哪種實(shí)驗(yàn)材料、哪種提取方法的效果更好。進(jìn)一步探究：本實(shí)驗(yàn)只是對(duì)DNA進(jìn)行了粗提取,請(qǐng)查閱資料，了解實(shí)驗(yàn)室提取純度較高的DNA的一種方法，并與本實(shí)驗(yàn)中所使用的方法進(jìn)行比較，總結(jié)兩種方法的異同。提示：本實(shí)驗(yàn)只是對(duì)DNA進(jìn)行了粗提取,請(qǐng)查閱資料，了解實(shí)驗(yàn)室提取純度較高的DNA的一種方法，并與本實(shí)驗(yàn)中所使用的方法進(jìn)行比較，總結(jié)兩種方法的異同。五．總結(jié)與練習(xí)1．作為基因的運(yùn)輸工具——載體，必