姜灶中学2012~2013(上)学年高二生物选修3教案第1页共8页1.1DNA重组技术的基本工具教学目标一、知识目标(1)简述三种工具的作用(2)认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新二、能力目标(1)通过对材料的观察,学会科学的观察方法,培养观察能力。(2)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。(3)通过学生动手制作重组DNA的模型,培养学生的动手能力以及合作精神。三、情感目标认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新重难点重点:(1)简述三种工具的作用(2)认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新难点:载体必须具备的条件课前准备提前通知学生预习课文用蓝色和红色卡纸制作模拟DNA片段,剪刀,透明胶等教学过程【情景创设】同学们都知道棉花使我们国家的主要经济作物之一。但是20世纪九十年代以来,我国内地主要棉产区棉铃虫大爆发。仅仅1992年一年,我国北方棉产区减产皮棉80多万吨,造成直接经济损失50多亿。而且由于大量使用化学杀虫剂(约15万吨),造成数万人中毒。同时造成了严重的环境污染。于是我们国家的棉农“一气之下”该种了抗虫棉!同学们,请想一想,一百年前,中国人甚至是全世界的人有抗虫棉种么?学生:没有。因为没有那个技术条件!【师生互动】一、基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新学生浏览课本2-3页的内容,主要注意黑体字。尝试简述基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新的原因。师:棉花本身有没有抗虫基因?生:没有师:那么抗虫基因从哪里来呢?生:从别的生物那里来。(引出基因工程的概念)二、基因工程的概念(学生一起朗读一遍这个概念)基因工程是指按照人们的愿望,进行严格的设计,并通过体外DNA重组和转基因等技术,赋予生物以新的遗传特性,从而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DNA分子水平上进行设计和施工的。因此又叫做DNA重组技术。基因是有遗传效应的DNA片段。大家知道DNA是非常小的。它的直径都有我姜灶中学2012~2013(上)学年高二生物选修3教案第2页共8页们头发丝的十万分之一。俗话说:工欲善其事,必先利其器。没有金刚钻儿,不揽瓷器活儿。要想把微生物中的抗虫基因转到棉花内,就必须要有精密的工具。那么这些工具是什么呢?【自主学习】认真阅读课文,思考如下问题DNA重组技术的基本工具有哪些?它们各自的作用是什么?(找学生简要回答)三、限制性核酸内切酶——“分子手术刀”学生回答以下问题A.来源:B.作用:能够识别双链DNA分子中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间的磷酸二酯键断开。什么是磷酸二酯键呢?(在黑板上画出一小段DNA片段(见下图),带领学生简要复习下DNA分子的结构,并且明确磷酸二酯键的位置)[补充]由于DNA分子的模式图画起来比较麻烦。所以经常用碱基来代表相应的脱氧核苷酸。那么左边的DNA片段就可以写成这样:C.几种限制酶识别序列的比较(板书:如下)a,仔细观察上述识别序列,能够发现什么规律?学生回答:限制酶所识别的序列,都可以找到一个中心轴线,中心轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称,重复排列的。b,尝试写出这几种识别序列被切开后所形成的末端,并且观察它们的特点(教师先做一个示范。其余的让学生完成)…TACG……ATGC…姜灶中学2012~2013(上)学年高二生物选修3教案第3页共8页学生会发现切出来的末端出现了两种情况:平的和不平的。它们分别被成为平末端和黏性末端。【精讲】限制酶只能切断特定识别序列里的特定的位置。识别序列可能由4、5、6、8个等碱基组成,但是6个比较常见。切开后的末端有两种情况,黏性末端和平末端。同一种限制酶切出的末端是相同的。一个DNA片段被限制酶切开后的的末端是互补的。【巩固】课后练习题一四、DNA连接酶——“分子缝合针”师:基因被切割后又是通过什么连接呢,又在哪里进行连接呢?阅读课文回答问题:1、连接部位:磷酸二酯键。2、结果:两个相同的末端的连接。(板书)3、种类:DNA连接酶的种类有很多,用的较多的是E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶。从大肠杆菌中获得的DNA连接酶只能连接具有互补配对粘性末端的双链,对平末端效果不佳,T4DNA连接酶具有较好的平末端双链连接的作用。五、基因进入细胞的载体——“分子运输车”用什么方法才能讲外源基因(如抗虫基因)导入到细胞中呢?学生:需要把外源基因连接到载体上。【自主学习】阅读本节内容,思考以下问题1、基因工程中常常用什么作为载体?2、具备什么条件的DNA分子才能作为载体?学生:结构简单,比较小,能自我复制,有特殊的标记基因等。【思考与讨论】1、如果没有自我复制能力,会出现什么状况?2、标记基因有什么作用?(举例引导,如抗青霉素基因,,在黑板上画图)3、载体的安全性是否要考虑呢?4、大肠杆菌拟核里的DNA适合做载体么?真核生物的染色体呢?【精讲】基因工程中的载体需要具备以下条件:能够自我复制,这样才目的基因才不会随着受体细胞的增殖而丢失;有标记基因,这样便于重组DNA的鉴定和选择。要有一个到多个限制酶切割位点,这样才有供目的基因插入的地方。要对受体细胞无害,同时分子不能太大,否则不便于操作。除了质粒外,还有动、植物病毒等也能作为基因工程的载体。但是一般上用作基因工程的质粒,都是经过人工修饰的。【模拟制作】教师拿出准备好的“DNA”分子,剪刀和透明胶。让学生说出他们分别代表什DNA连接酶作用示意图GAATTCCTTAAG姜灶中学2012~2013(上)学年高二生物选修3教案第4页共8页么?(这里用的限制酶是EcoRⅠ,识别序列是GAATTC)叫一名同学到讲台上用剪刀把两个DNA分子进行切割。让其他同学看是否切割正确。然后叫另一位同学上台进行连接(注意强调透明胶贴的位置。贴在中间是对的吗?)提示:【布置作业】1、列表比较DNA聚合酶和DNA连接酶的异同;限制酶和DNA酶的异同?2、完成课后练习一3、用纸条完成模拟制作,贴在练习本上。【教学反思】:姜灶中学2012~2013(上)学年高二生物选修3教案第5页共8页1.2基因工程的基本操作程序一、教学目标1、(1)简述基因工程原理及基本操作程序。(2)说出目的基因的获得、运载体的构建、目的基因的导入与检测等常用的方法及其基本原理2、尝试设计某一转基因生物的研制过程。3、(1)关注基因工程的发展。(2)认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新。一.教学目标二、教学重点和难点1.教学重点(1)提取目的基因的方法(2)目的基因导入受体细胞的途径。(3)基因工程基本操作程序的四个步骤。2.教学难点(1)从基因文库中获取目的基因。(2)利用PCR技术扩增目的基因。三、教学过程姜灶中学2012~2013(上)学年高二生物选修3教案第6页共8页1、获取目的基因的方法2、PCR技术PCR技术:多聚酶链式反应技术,1985年美国PE-Cetus公司人类遗传研究室的Mullis等发明,它具有特异、敏感、产率高、快速、简便、重复性好、易自动化等突出优点。PCR反应的基本成分包括:模板DNA(待扩增DNA)、引物、4种脱氧核苷酸(dNTPs)、DNA聚合酶和适宜的缓冲液。类似于DNA的天然复制过程,其特异性依赖于与靶序列两端互补的寡核苷酸引物。PCR由变性——退火——延伸三个基本反应步骤构成:①模板DNA的变性:模板DNA经加热至94℃左右一定时间后,使模板DNA双链或经PCR扩增形成的双链DNA解离,使之成为单链,以便它与引物结合,为下轮反应作准备;②模板DNA与引物的退火(复性):模板DNA经加热变性成单链后,在温度降至55℃左右时,引物与模板DNA单链的互补序列配对结合;③引物的延伸:DNA模板——引物结合物在TaqDNA聚合酶的作用下,以dNTP为反应原料,靶序列为模板,按碱基配对与半保留复制原理,合成一条新的与模板DNA链互补的半保留复制链重复循环变性——退火——延伸三过程,就可获得更多的“半保留复制链”,而且这种新链又可成为下次循环的模板。3.目的基因与运载体结合(以质粒为运载体)姜灶中学2012~2013(上)学年高二生物选修3教案第7页共8页4、基因表达载体的组成启动子:启动子是基因的一个组成部分,控制基因表达(转录)的起始时间和表达的程度。启动子就像“开关”,决定基因的活动。既然基因是成序列的核苷酸,那么启动子也应由DNA组成。启动子本身并不控制基因活动,而是通过与称为转录因子的这种蛋白质结合而控制基因活动的。终止子:DNA分子中终止转录的核苷酸序列。而终止密码子是作为翻译终止的信号,在图中,DNA分子下面一条被从左到右转录,从画线DNA转录来的RNA片段形成发夹环,因为两框中核苷酸含有互补碱基顺序,这就迫使DNA/RNA杂交区域裂开,因为随后包括氢链结合较弱的多聚腺苷酸和尿嘧啶mRNA分子就从这个位置脱离下来。复制原点的作用:抗生素抗性基因(抗性基因)的作用:区别比较起始密码子和终止密码子。4.将目的基因导入受体细胞受体细胞:细菌↓氯化钙细胞壁的通透性增大↓重组质粒进入受体细胞↓目的基因随受体细胞的繁殖而复制教学反思姜灶中学2012~2013(上)学年高二生物选修3教案第8页共8页1.4蛋白质工程的崛起【课标要求】1.举例说出蛋白质工程崛起的缘由。2.简述蛋白质工程的原理。3.尝试运用逆向思维分析和解决问题。【本节重难点】重点:1.为什么要开展蛋白质工程的研究2.蛋白质工程的原理难点:蛋白质工程的原理【学习过程】一、蛋白质工程的崛起1.基因工程的实质:将一种生物的转移到另一种生物体内,后者产生本不能产生的,从而产生新性状。2.蛋白质工程的目的:生产符合人们生产生活需要的并非自然界存在的........蛋白质。例1:例2:二、蛋白质工程的原理1.目标:根据人们对蛋白质的特定需求,对蛋白质的结构进行设计。2.原理:基因改造3.基本途径:预期蛋白质的功能→设计预期的→推测应有的→找到相对应的。三、基因工程和蛋白质工程的区别与联系蛋白质工程基因工程过程预期的蛋白质功能一设计预期的蛋白质结构一推测应有的氨基酸序列一找出相对应的脱氧核苷酸序列。获取目的基因一基因表达载体的构建一将目的基因导人受体细胞一目的基因的检测与鉴定。区别实质定向改造或生产人类所需蛋白质定向改造生物的遗传特性,以获得人类所需要的生物类型或生物产品结果可生产自然界没有的蛋白质只能生产自然界已有的蛋白质联系蛋白质工程是在基因工程的基础上,延伸出来的第二代基因工程。因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质,必须通过基因修饰或基因合成实现。