第1節(jié)：重組DNA技術(shù)的基本工具（第一課時(shí)）以信息技術(shù)為支撐；以現(xiàn)代教育教學(xué)理論為指導(dǎo)；強(qiáng)調(diào)新型教學(xué)模式的構(gòu)建；教學(xué)內(nèi)容具有更強(qiáng)的時(shí)代性和豐富性；教學(xué)更適合學(xué)生的學(xué)習(xí)需要和特點(diǎn)。信息化教學(xué)不僅僅是在傳統(tǒng)教學(xué)的基礎(chǔ)上對(duì)教學(xué)媒體和手段的改變,而且是以現(xiàn)代信息技術(shù)為基礎(chǔ)的整體的教學(xué)體系的一系列的改革和變化。授課人：大道至簡

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第三章基因工程核心素養(yǎng)1.生命觀念：運(yùn)用結(jié)構(gòu)與功能觀說明基因工程的各種工具的特點(diǎn)。2.科學(xué)思維：探究DNA的物理與化學(xué)性質(zhì)，進(jìn)行DNA分子的提取與鑒定。3．社會(huì)責(zé)任：關(guān)注基因工程的誕生和發(fā)展歷程，參與討論基礎(chǔ)理論和技術(shù)發(fā)展如何催生基因工程。

基因工程的發(fā)展歷程1944年艾弗里等人通過肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，不僅證明了遺傳物質(zhì)是DNA，還證明了DNA可以在同種生物的不同個(gè)體之間轉(zhuǎn)移。1950年，埃德曼（P.V.Edman，1916-1977）發(fā)明了一種測(cè)定氨基酸序列的方法。2年后，桑格（F.Sanger，1918-2013）首次完成了胰島素氨基酸序列的測(cè)定。1958年，梅塞爾森（M.Meselson，1930-）和斯塔爾（F.W.Stahl。1929-）用實(shí)驗(yàn)證明了DNA的半保留復(fù)制。隨后不久，克里克提出中心法則。1961年尼倫伯格和馬太破譯了第一個(gè)編碼氨基酸的密碼子。截至1966年，64個(gè)密碼子均被成功破譯。1967年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在細(xì)菌擬核DNA之外的質(zhì)粒有自我復(fù)制能力，并可以在細(xì)菌細(xì)胞間轉(zhuǎn)移。20世紀(jì)70年代初，多種限制酶、DNA連接酶和逆轉(zhuǎn)錄酶被相繼發(fā)現(xiàn)。這些發(fā)現(xiàn)為DNA的切割、鏈接及功能基因的獲得創(chuàng)造了條件。1972年，伯格首先在體外進(jìn)行了DNA改造的研究，成功構(gòu)建了第一個(gè)體外重組DNA分子。1973年，科學(xué)家證明質(zhì)粒可以作為基因工程的載體，構(gòu)建重組DNA，導(dǎo)入受體細(xì)胞，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，基因正式問世。1953年沃森和克里克建立了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型并提出了遺傳物質(zhì)自我復(fù)制的假說。1970年科學(xué)家在細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)限制性內(nèi)切核酸酶（簡稱限制酶）。1977年，桑格等科學(xué)家發(fā)明了DNA序列分析的方法，為基因序列圖的繪制提供了可能。1982年，第一個(gè)基因工程藥物——重組人胰島素被批準(zhǔn)上市?；蚬こ趟幬锍蔀槭澜绺鲊芯亢屯顿Y開發(fā)的熱點(diǎn)。1983年，科學(xué)家采用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法培育出世界上第一例轉(zhuǎn)基因煙草。此后，基因工程進(jìn)入了迅速發(fā)展的階段。1984年，我國科學(xué)家朱作言（1941-）領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)培育出設(shè)計(jì)上第一條轉(zhuǎn)基因魚。1985年，穆里斯（K.Mullis，1944-）等人發(fā)明了PCR，為獲取目的基因提供了有效手段。1990年，人類基因組計(jì)劃啟動(dòng)。2003年該計(jì)劃的測(cè)序任務(wù)順利完成。2013年，華人科學(xué)家張鋒（1982-）及其團(tuán)隊(duì)首次報(bào)道了利用最新的基因編輯技術(shù)——CRISPR（成簇規(guī)律間隔短回文重復(fù)）技術(shù)編輯了哺乳動(dòng)物基因組。該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)特定基因的定點(diǎn)插入、敲除或替換。21世紀(jì)以來，科學(xué)家發(fā)明了多種高通量測(cè)序技術(shù)，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)基因組序列的了解。

基因工程的發(fā)展歷程

基因工程

基因工程：指按照人們的愿望,進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)并通過體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性,創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。由于基因工程是在DNA分子水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的，因此又叫作DNA重組技術(shù)。1.基因工程的概念蘇云金桿菌毒蛋白基因毒蛋白殺死害蟲棉花細(xì)胞抗蟲棉的培育

毒蛋白被分解為多肽后，多肽與害蟲腸上皮細(xì)胞的特異性受體結(jié)合，導(dǎo)致細(xì)胞膜穿孔，最后造成害蟲死亡。毒蛋白只有在某類昆蟲腸道的堿性環(huán)境中才能表現(xiàn)出毒性，而人和牲畜的胃液呈酸性，腸道細(xì)胞也沒有特異性受體，因此，毒蛋白不會(huì)對(duì)人畜產(chǎn)生上述影響。

基因工程

基因工程：指按照人們的愿望,進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)并通過體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性,創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。由于基因工程是在DNA分子水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的，因此又叫作DNA重組技術(shù)。

原理：基因重組。操作水平：分子水平。操作環(huán)境：生物體外。操作對(duì)象：基因。結(jié)果：賦予生物新的遺傳特性，創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物制品。

基因工程

轉(zhuǎn)基因木瓜（視頻）

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。科學(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”。轉(zhuǎn)基因番木瓜非轉(zhuǎn)基因番木瓜重組DNA技術(shù)的基本工具“分子手術(shù)刀”限制性內(nèi)切核酸酶準(zhǔn)確切割DNA分子“分子縫合針”DNA連接酶“分子運(yùn)輸車”基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體將DNA片段連接起來將體外重組好的DNA分子導(dǎo)入受體細(xì)胞一、限制性內(nèi)切核酸酶——“分子手術(shù)刀”2.主要來源：主要是從原核生物中分離純化出來的。1.全稱和簡稱全稱——限制性內(nèi)切核酸酶

簡稱——限制酶3.種類:數(shù)千種限制酶不是一種酶，而是一類酶限制酶就是細(xì)菌的一種防御性工具，當(dāng)外源DNA侵入時(shí)，會(huì)利用限制酶將外源DNA切割掉，以保證自身的安全。現(xiàn)在已經(jīng)從約300種微生物中分離出了約4000種限制性內(nèi)核酸切酶。

流感嗜血桿菌的d菌株(Haemophilusinfluenzaed)中先后分離到3種限制酶，則分別命名為:____________________________HindⅠ、HindⅡ、HindⅢ資料卡：限制酶的命名：用生物屬名的頭一個(gè)字母與種加詞的頭兩個(gè)字母，組成了3個(gè)字母的略語，以此來表示這個(gè)酶是從哪種生物中分離出來的。例如，一種限制酶是從大腸桿菌(Escherichiacoli)的R型菌株分離來的，就用字母EcoR表示；如果它是從大腸桿菌R型菌株中分離出來的第一種限制酶，則進(jìn)一步表示成EcoRI。練習(xí)：粘質(zhì)沙雷氏桿菌（Serratiamarcesens）中分離的第一種限制酶即_______SmaⅠ一、限制性內(nèi)切核酸酶——“分子手術(shù)刀”4.特點(diǎn)：（1）識(shí)別雙鏈DNA分子特定核苷酸序列（2）斷開磷酸二酯鍵專一性TGCCGTAA5'3'5'3'一、限制性內(nèi)切核酸酶——“分子手術(shù)刀”5.識(shí)別序列：大多數(shù)限制酶的識(shí)別序列由6個(gè)核苷酸組成，也有少數(shù)限制酶的識(shí)別序列由4個(gè)、8個(gè)或其他數(shù)量的核苷酸組成。EcoRⅠ5’…G-A-A-T-T-C…3’3’…C-T-T-A-A-G…5’SmaⅠ5’…C-C-C-G-G-G…3’3’…G-G-G-C-C-C…5’BamHⅠ5’…G-G-A-T-C-C…3’3’…C-C-T-A-G-G…5’TaqⅠ5’……T-C-G-A……3’3’……A-G-C-T……5’

限制酶所識(shí)別的序列的特點(diǎn)是：呈現(xiàn)堿基互補(bǔ)對(duì)稱，無論是6個(gè)堿基還是4個(gè)堿基，都可以找到一條中心軸線，中軸線兩側(cè)的雙鏈DNA上的堿基是反向?qū)ΨQ重復(fù)排列的，稱為回文序列。在切割部位，一條鏈正向讀的堿基順序與另一條鏈反向讀的順序完全一致。一、限制性內(nèi)切核酸酶——“分子手術(shù)刀”EcoRⅠ(在G與A之間切割)中軸線黏性末端平末端SamⅠ(在G與C之間切割)6.切割結(jié)果:形成黏性末端或平末端一、限制性內(nèi)切核酸酶——“分子手術(shù)刀”

現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用：寫出下列限制酶切割形成的黏性末端BamHⅠ________EcoRⅠ________HindⅢ________BglⅡ________GATCAATTAGCTGATC*思考：你從中發(fā)現(xiàn)什么現(xiàn)象了？不同的限制酶可能切割形成相同的黏性末端一、限制性內(nèi)切核酸酶——“分子手術(shù)刀”g1g2g31.現(xiàn)有一段DNA，含有g(shù)1、g2、g3，若要將g2提取出來，如何操作？需要有幾個(gè)酶切位點(diǎn)？2產(chǎn)生幾個(gè)末端？共產(chǎn)生幾個(gè)磷酸基團(tuán)？44使用EcoRⅠ酶剪切識(shí)別序列GAATTCg1g2g3CTTCATG

AATTCCCTAAGAAGTACTTAA

GGGATTGGCATCTTAAAATTCCGTAG5‘5‘3‘3‘拓展延伸能切下目的基因且不破壞目的基因2.下圖中，選擇哪種限制酶來獲得抗病基因（目的基因）？選擇限制酶切割目的基因的基本原則是：____________________________________________________。拓展延伸二、DNA連接酶——“分子縫合針”1.作用：將兩個(gè)DNA片段連接起來，恢復(fù)被限制酶切開的磷酸二酯鍵。

注意：不是連接氫鍵（氫鍵的形成不需要酶的催化）。（1）E·coliDNA連接酶或T4DNA連接酶連接粘性末端可把黏性末端之間的縫隙“縫合”起來，即恢復(fù)被限制酶切開的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵。二、DNA連接酶——“分子縫合針”（2）T4

DNA連接酶可把平末端之間的縫隙“縫合”起來，效率低類型E.coliDNA連接酶T4

DNA連接酶來源功能只縫合____________

縫合____________和____________結(jié)果恢復(fù)被限制酶切開的兩個(gè)核苷酸之間的_________________大腸桿菌T4噬菌體黏性末端黏性末端平末端磷酸二酯鍵二、DNA連接酶——“分子縫合針”DNA連接酶與DNA聚合酶是一回事嗎？AATT

GCAATTAATTDNA聚合酶DNA聚合酶DNA聚合酶DNA聚合酶DNA聚合酶的作用相同點(diǎn)：都是催化磷酸二酯鍵形成的酶。不同點(diǎn)：DNA聚合酶連接的是游離的脫氧核苷酸，需要模板；

DNA連接酶連接的是DNA片段。二、DNA連接酶——“分子縫合針”DNA連接酶、DNA聚合酶、限制酶、解旋酶的比較名稱作用部位作用結(jié)果限制酶磷酸二酯鍵將DNA切成兩個(gè)片段DNA連接酶磷酸二酯鍵將兩個(gè)DNA片段連接為一個(gè)DNA分子DNA聚合酶磷酸二酯鍵將單個(gè)脫氧核苷酸依次連接到單鏈末端DNA(水解)酶磷酸二酯鍵將DNA片段水解為單個(gè)脫氧核苷酸解旋酶堿基對(duì)之間的氫鍵將雙鏈DNA分子局部解旋為單鏈，形成兩條長鏈二、DNA連接酶——“分子縫合針”三、基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體——“分子運(yùn)輸車”1.作用：將外源基因送入受體細(xì)胞&在受體細(xì)胞內(nèi)對(duì)目的基因進(jìn)行大量復(fù)制。2.種類：質(zhì)粒、噬菌體和動(dòng)植物病毒等。它們的來源不同，在大小、結(jié)構(gòu)、復(fù)制方式以及可以插入外源DNA片段的大小上也有很大差別。最常用的載體——質(zhì)粒:一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡單、獨(dú)立于真核細(xì)胞細(xì)胞核或原核細(xì)胞擬核DNA之外，并具有自我復(fù)制能力的環(huán)狀雙鏈DNA分子。擬核DNA質(zhì)粒氨芐青霉素抗性基因目的基因插入位點(diǎn)復(fù)制原點(diǎn)大腸桿菌及質(zhì)粒結(jié)構(gòu)模式圖質(zhì)粒是基因工程中最常用的載體1.自我復(fù)制或整合到受體DNA上，隨受體DNA同步復(fù)制2.有一個(gè)至多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)3.對(duì)受體細(xì)胞無害、易分離4.具有多種特殊的標(biāo)記基因三、基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體——“分子運(yùn)輸車”3.作為載體需具備的條件（1）有一個(gè)至多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)，供外源DNA片段（基因）插入其中。（2）能在細(xì)胞中進(jìn)行自我復(fù)制或整合到受體DNA上，隨受體DNA同步復(fù)制。（3）常有特殊的標(biāo)記基因，便于重組DNA分子的篩選。如四環(huán)素抗性基因、氨芐青霉素抗性基因、產(chǎn)物具有顏色反應(yīng)的基因等。

在基因工程操作中，真正被用作載體的質(zhì)粒，都是在天然質(zhì)粒的基礎(chǔ)上進(jìn)行過人工改造的。氨芐青霉素抗性基因目的基因插入位點(diǎn)復(fù)制原點(diǎn)對(duì)受體細(xì)胞無害三、基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體——“分子運(yùn)輸車”標(biāo)記基因的篩選原理：載體上的標(biāo)記基因一般是某種抗生素的抗性基因，而受體細(xì)胞沒有抵抗該抗生素的能力。將含有某抗生素抗性基因的載體導(dǎo)入受體細(xì)胞，抗性基因在受體細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，受體細(xì)胞對(duì)該抗生素產(chǎn)生抗性。在含有該抗生素的培養(yǎng)基上，能夠生存的是被導(dǎo)入了載體的受體細(xì)胞。普通培養(yǎng)基不含抗生素選擇培養(yǎng)基50μg/ml四環(huán)素三、基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體——“分子運(yùn)輸車”…TATCGTACGATAGGTACTTAA…ATAGCATGCTATCCATGAATTCGGCATAC…GCCGTATG……TCCTAG…AGGATCTTAAGAGCCATACTTAAAATTCTCGGTATGAATTCCATAC…GGTATG…GAGCCATACTTAAAATTCTCGGTATG5′3′5′3′5′3′5′3′重組DNA分子剪刀和透明膠條分別代表哪種“分子工具”？

剪刀代表限制酶；透明膠條代表DNA連接酶。限制酶DNA連接酶載體①對(duì)受體細(xì)胞無害；②有一個(gè)至多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)；③有特殊的標(biāo)記基因；④能自我復(fù)制或能整合到宿主DNA上。質(zhì)粒、噬菌體、動(dòng)植物病毒基因工程的基本工具作為載體的條件種類：磷酸二酯鍵來源

：主要來源于原核生物特點(diǎn)：作用部位：具有專一性結(jié)果：形成黏性末端或平末端連接部位：磷酸二酯鍵種類：E.coliDNA連接酶、T4DNA連接酶作用：把兩條雙鏈DNA片段拼接起來

課堂小結(jié)1.根據(jù)所學(xué)知識(shí)，完成以下填空：①限制酶②解旋酶③DNA連接酶④DNA聚合酶⑤RNA聚合酶baA.切斷a處的酶為_______