生物选修三导学案一

1 / 9 生物选修三导学案（一）

第一章 基因工程

第一课时 1.1 基因工程概述

【教学目标】

１)通过学习ＤＮA重组技术的基本工具，模拟制作重组ＤNA模型,初步掌握基因工程的基本方法提高动手能力

2）通过对书中插图、照片等的观察，学会科学的观察方法,培养观察能力。

3)通过对基本概念、基本原理、科学方法的正确理解和掌握,逐步形成比较、判断、推理、分析、综合等思维能力,具备能运用学到的生物学知识评价和解决某些实际问题的能力。

【课前导学】

1．１.1 ＤNA重组技术的基本工具ﻩ

一、基因工程的原理：基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外 ﻩﻩ 和ﻩﻩ ﻩ，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基因工程是在 水平上进行设计和施工的,因此又叫做ﻩ ﻩﻩ 。

二、限制性核酸内切酶

1、切割ＤNＡ的工具是ﻩﻩﻩﻩ ,又称ﻩ ﻩ 。

ﻩ2、这类酶在生物体内能将外来的DNA切断,即能够限制异源DNA的侵入并使之失去活力，但对自己的DNA却无损害作用，这样可以保持细胞原有的遗传信息。

3、由于这种切割作用是在DＮA分子内部进行的，故名限制性核酸内切酶(简称限制酶）。

ﻩ４、ＤNA分子经限制酶切割产生的ＤNA片段,末端通常有两种形式,即ﻩ 和ﻩ

。

三、DNA连接酶——“分子缝合针”

根据DＮＡ连接酶的来源不同，可以将它分为两类：

一类是从大肠杆菌中分离得到的，称为coliEＤNA连接酶。coliEＤNA连接酶只能将 ﻩﻩ 连接起来,不能将双链ＤNA片段平末端之间进行连接。

另一类是从ﻩ ﻩ 分离出来的，称为Ｔ4DNA连接酶。T4ＤＮA连接酶既可以“缝合”双链ＤNA片段互补的 ﻩﻩ，又可以“缝合”双链DNA片段的

ﻩﻩ，但连接ﻩﻩﻩ之间的效率比较低。

四、基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”

1、基因操作过程中使用载体两个目的：一是用它作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞中去；二是利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量的复制。

2、现在通常使用的载体是 ﻩﻩﻩ，它是一种相对分子质量较小、独立于拟核ＤＮA之外的环状DNA，有的细菌中有一个，有的细菌中有多个。

３、质粒通过细菌间的接合由一个细菌向另一个细菌转移，可以ﻩ 复制,也可整合细菌拟核ＤNA中，随着拟核DNA的复制而复制。

4、其他载体还有ﻩﻩﻩﻩ 和 等.

5、作为载体必须具备以下条件：

能够在宿主细胞中复制并稳定地保存；

具有多个限制酶切点,以便与外源基因连接；

具有某些标记基因，便于进行筛选,如对抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等.

１．1．2 基因工程的基本操作程序 2 / 9 一、获取目的基因：

1、目的基因：符合人们需要的，编码蛋白质的ﻩﻩﻩﻩ.

2。获取目的基因的方法

(1）从基因文库中获取目的基因

① 基因文库:将含有某种生物不同基因的许多 ﻩ ,导人受体菌的群体中ﻩ，各个受体菌分别含有这种生物的不同基因,称为基因文库。

基因组文库：含有一种生物的 基因

②

种类

ｃＤＮＡ文库：含有一种生物的ﻩﻩ 基因

③ 目的基因的获取

根据基因的有关信息：基因的 序列、基因在ﻩﻩ ﻩ上的位置、基因的 ﻩ 产物mRNＡ、基因的 ﻩﻩﻩ产物蛋白质等特性获取目的基因.

（2）利用PCR技术扩增目的基因.

① PCR：是一项在生物体外 ﻩﻩﻩ特定ＤNA片段的核酸合成技术。

② 条件：已知目的基因的ﻩﻩ 序列.

③ 过程：目的基因ＤＮA受热形成ﻩ ，与 结合，然后在 ＿__＿__的作用下进行延伸形成DNA。

④ 方式：指数扩增＝2ｎ(n为扩增循环的次数）

（3）人工合成法：基因较小,核苷酸序列已知，可以人工合成。

二、制备重组DNA分子

1、表达载体的组成:目的基因＋ ﻩﻩ+ﻩﻩ +标记基因等。

２、启动子：位于基因的ﻩﻩ ，它是 ﻩﻩ ﻩﻩ结合

的部位，驱动基因转录产生ｍRNA.

3、终止子：位于基因的 ﻩ,终止ﻩ ﻩ。

4、表达载体的功能：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且ﻩﻩ 给下一代；使目的基因ﻩ____ﻩﻩ和发挥作用。

5、标记基因： ﻩ受体细胞是否含有目的基因.

6、不同的受体细胞及目的基因导入受体细胞的方法不同，基因表达载体的构建上也会有所差别.

三、转化受体细胞

（一）转化：目的基因进人受体细胞内，并在受体细胞内维持稳定和 ﻩﻩ的过程.

(二)方法

1、将目的基因导入植物细胞

（1）农杆菌转化法

① 农杆菌特点：易感染 植物和裸子植物，对_＿_＿_____＿＿植物没有感染力；Ti质粒的ﻩ ﻩ可转移至受体细胞，并整合到受体细胞的染色体上。

② 转化：目的基因插人 ﻩﻩ进入农杆菌→导入植物细胞→目的基因整合到植物细胞染色体上→目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达。

(2）基因枪法

基因枪法:是单子叶植物中常用的一种基因转化方法，但是成本较高.

(3）花粉管通道法

花粉管通道法:这是我国科学家独创的一种方法，是一种十分简便经济的方法。（我国的

转基因抗虫棉就是用此种方法获得的） 3 / 9 ２．将目的基因导入动物细胞

(1）方法: 注射技术.

(2）操作程序：目的基因表达载体 ﻩﻩ→取卵（受精卵） →显微注射→注射了目的基因的受精卵移植到____性动物的ﻩ _________＿＿_＿____＿___＿_＿_内发育→新性状动物.

3.将目的基因导人微生物细胞

（1)原核生物特点：繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少等.

（２）转化： ﻩﻩ处理细胞→ ﻩ 细胞→表达载体与感受态细胞混合→ ＿__ 细胞吸收DNA分子。

四、筛选重组细胞

１．检测

(1）方法:标记了的ﻩﻩﻩ 、抗原抗体杂交.

（2）内容

① 检测转基因生物染色体的DNA是否插入ﻩ ﻩ。

② 检测目的基因是否转录 ﻩ ﻩ.

③ 检测目的基因是否翻译成 ﻩ ﻩ.

2.鉴定:ﻩﻩﻩ鉴定、抗病鉴定等.

五、实现功能表达

【总结归纳】

归纳点1 基因工程的概念

基因工程的别名 基因拼接技术或DNA重组技术

操作环境 生物体外

操作对象 基因

操作水平 DNＡ分子水平

基本过程 剪切→拼接→导入→表达

结果 人类需要的基因产物

归纳点2 基因工程的工具及其比较

1、基因工程的操作工具

(1）分子手术刀——限制性核酸内切酶

限制性核酸内切酶简称限制酶，主要存在于原核生物中，一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割DＮＡ分子。目前已经发现了20０多种限制酶。例如，从大肠杆菌中发现的一种限制酶只能识别GAＡTTC序列，并在G和Ａ之间将这段序列切开。苏云金芽孢杆菌中的抗虫基因，就能被某种限制酶切割下来。DNA分子经限制酶切割产生的DNＡ片段末端通常有两种形式——黏性末端和平末端（如下图所示)。当限制酶在它识别序列的中轴线两侧将DNＡ的两条链分别切开时,产生的是黏性末端，而当限制酶在它识别序列的中轴线处切开时,产生的则是平末端。

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注意：①用限制酶切割ＤＮA分子时，被破坏的是DNＡ链中的磷酸二酯键（即连接相邻两个脱氧核苷酸的键)。

②黏性末端是指双链DNA分子被限制酶切开后，切口处的两个末端伸出的由若干特定核苷酸组成的单链。

(2）分子缝合针—-DNA连接酶

从上图中可以看出，把两种来源不同的DNＡ用同一种限制酶来切割，然后让二者的黏性末端按碱基互补配对原则形成双链,用DＮA连接酶催化两条DＮA链的相邻两个碱基之间形成磷酸二酯键，从而将相邻的脱氧核苷酸连接起来。DＮA连接酶有两类:一类是从大肠杆菌中分离得到的,称为E·ｃｏli DNA连接酶；另一类是从T4噬菌体中分离出来的．称为Ｔ４ DNＡ连接酶。E·coｌi DNA连接酶只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间连接起来，不能将双链DNＡ片段平末端之间进行连接。而T4-ＤNA连接酶既可以连接双链DＮA片段互补的黏性末端，又可以连接双链DNA片段的平末端，但连接平末端的效率较低

(3)分子运输车一—-基因进入受体细胞的载体

① 使用运载体的目的

在基因工程中使用运载体有两个目的：一是用它作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞中去;二是利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量的复制(称为克隆）。

② 运载体的种类

现在所利用的运载体主要有两类:一类是细菌的质粒，它是一种相对分子质量较小、独立于细菌核区DNＡ之外的双链环状DNA.另一类运载体是噬菌体或某些灭活的病毒等。现在人们还在寻找新的运载体，如叶绿体或线粒体等也有可能成为运载体。

③ 基因的运载体必须具备的条件

a．载体ＤNA必须有一个或多个限制酶的切割位点,以便目的基因可以插入到载体上去。这些供目的基因插入的限制酶的切点所处的位置,还必须是在质粒本身需要的基因片段之外，这样才不至于因目的基因的插入而导致其自身失活。

b。载体ＤNＡ必须具备自我复制的能力，或可以整合到受体染色体DＮA上随受体染色体DNＡ的复制而同步复制。

ｃ.载体DNＡ必须带有标记基因，以便重组后进行重组子的筛选。

d．载体DＮA必须是安全的，不会对受体细胞有害，不能进入到除受体细胞以外的其他生

物细胞中去。

e．载体DNA分子大小应适中，以便提取和在体外进行操作,太大则不便操作。 5 / 9 一般来说,天然运载体往往不能满足上述要求，因此根据不同的目的和需要,对运载体进行人工改造现在使用的质粒载体几乎都是经过改造的。

与DNＡ分子相关的酶

五、几种酶的比较

种类

项目 限制酶 DNA连

接酶 DＮA

聚合酶 解旋酶

作用底物 DＮA分子 DNＡ分子

片段 脱氧核苷酸 DNA

分子

作用部位 磷酸二

酯键 磷酸二

酯键 磷酸二

酯键 碱基对间

的氢键

作用特点 切割目的基因及载体,能专一性识别双链DＮＡ分子的某种特定的核苷酸序列,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 将双链DＮA片段“缝合"起来,恢复被限制酶切开了的两个核苷酸之间的磷酸二酯键 只能将单个脱氧核苷酸添加到脱氧核苷酸链上 将ＤNA

两条链之

间的氢键

打开

作用结果 形成黏性末端或平末端 形成重组DNA分子 形成新的ＤNA分子 形成单链

DNA分子

(2）限制酶与ＤNA连接酶的关系

①限制酶不切割自身DＮA的原因是：原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。

②ＤNＡ连接酶起作用时不需要模板。

【典题反馈】

【典例１】►（2０11·浙江卷）将ada（腺苷酸脱氨酶基因）通过质粒pET２8ｂ导入大肠杆菌并成功表达腺苷酸脱氨酶.下列叙述错误的是（ )。

A．每个大肠杆菌细胞至少含一个重组质粒

B．每个重组质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点

C。每个限制性核酸内切酶识别位点至少插入一个ada

D．每个插入的ａda至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子

【训练1】►下列有关基因工程中限制性核酸内切酶的描述，错误的是( ）.