高中生物第一单元第一章第一节基因工程的原理学案中图版选修32.doc
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1、第一节基因工程的原理1简述基因工程的诞生。2简述基因工程的原理及技术。3尝试DNA的提取与鉴定。一、基因工程的诞生1限制性内切酶“基因手术刀”(1)作用:能够识别特定的脱氧核苷酸序列,并于特定位点上准确地切割双链DNA。(2)结果:形成DNA黏性末端。2DNA连接酶“基因缝纫针”(1)作用:将两个DNA片段连接起来,修复被限制性内切酶切开的切口,拼接成新的DNA分子。(2)种类:T4DNA连接酶(把限制性内切酶切开的黏性末端的缝隙“缝合”起来)。思考将人的胰岛素基因导入大肠杆菌,大肠杆菌能够生产人的胰岛素,在基因操作中把人的基因与大肠杆菌的基因“缝合”起来的工具是什么?提示:DNA连接酶。二、
2、基因工程的一般程序1基因工程的概念基因工程是指按照人们的意愿,将一种生物的基因在体外剪切,并与特殊的运载工具进行重新组合,然后转入另一种生物的体内进行扩增,并使之表达产生所需蛋白质的技术。2基因工程的操作程序(1)DNA分子的提取。(2)目的基因的获得。直接分离法:最常用的方法是“鸟枪法”,又称“霰弹法”。用限制性内切酶(子弹)切割DNA,再用“核酸探针”(用放射性同位素或其他标记物标记的RNA单链)检测出目的基因,再用PCR仪扩增DNA,获得大量的目的基因。人工合成法:一种是反转录法。它是以目的基因的信使RNA为模板,借助反转录酶合成碱基互补的单链DNA,然后在DNA聚合酶的作用下合成双链D
3、NA。另一种方法是化学合成法。即依照某一蛋白质的氨基酸序列,通过密码子推导出其碱基序列,然后直接合成目的基因。(3)重组载体的构建。载体的特点:外源DNA的插入不影响载体在宿主细胞内的自我复制;有适宜的限制性内切酶酶切位点;具有某些标记基因;载体应对受体细胞无害。载体的种类。a质粒:它是细菌中独立于细菌DNA之外的小型环状DNA分子。它含有一个至多个限制性内切酶切割位点,供外源基因插入其中,并带有特殊的遗传标记基因,是基因工程中最常用的载体。b噬菌体或其他一些病毒。(4)重组载体的导入和筛选。转化:将带有目的基因的重组载体与相应的受体细胞放在一起培养,通过一定的方式诱导,它们会进入受体细胞,这
4、一过程称为转化。转化的方法:基因枪法(被子植物)、花粉管通道法、显微注射法(动物)。筛选:利用选择培养基把转化的细胞选择出来。(5)目的基因的表达和鉴定:检测转化的生物有没有显示出目的基因控制的性状。思考如何检测抗虫棉中的毒蛋白基因是否表达?提示:让棉铃虫去食抗虫棉,若棉铃虫食后死亡,说明毒蛋白基因表达。三、基因工程的意义基因工程能够打破生物种属的界限,在分子水平上定向改变生物的遗传特性。四、探究活动:尝试DNA的提取与鉴定1实验原理(1)SDS能够使蛋白质变性,在研磨液中加入SDS可以使DNA与蛋白质分离;EDTA是DNA酶的抑制剂,可以防止细胞破碎后DNA分子被降解。(2)DNA不溶于酒精
5、溶液,但细胞中的许多其他物质可以溶于酒精溶液。利用这一原理可以提取含杂质较少的DNA。(3)DNA遇二苯胺(沸水浴)会染成蓝色,故该试剂可以作为鉴定DNA的试剂。2实验步骤(1)DNA的粗提取:材料准备研磨过滤离心加冷酒精提取DNA。(2)DNA的鉴定:提取的DNA物质的量浓度为0.015 mol/L的NaCl溶液5 mL4 mL二苯胺试剂蓝色。1基因工程的原理及其分析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或生物产品。(1)原理:按照人们的意愿,将一种生物的某种基因在体外剪切,并加以修饰改造,然
6、后转移到另一种生物的体内进行扩增,并使之表达产生所需的蛋白质。(2)原理分析:基因工程的别名DNA重组技术和基因拼接技术操作环境生物体外操作对象基因操作水平DNA分子水平基本操作过程剪切改造修饰和拼接导入表达结果定向改造生物性状,获得人类需要的转基因产品(1)基因拼接成功的原因:DNA的空间结构均为规则的双螺旋结构;DNA的基本组成单位都是脱氧核苷酸;都遵循相同的碱基互补配对原则。(2)基因在受体细胞内表达成功的原因:基因是决定生物性状的独立遗传单位;几乎所有的生物都共用一套遗传密码。2限制性内切酶的作用分析(1)生理作用:在微生物体内主要切割外源DNA,而对自身DNA不起作用,从而保护自身,
7、免受外源DNA入侵。在基因工程中可用于切割目的基因和载体。(2)作用部位:两个核苷酸之间形成的磷酸二酯键。(3)作用结果:产生互补的黏性末端或平末端。(4)作用特点:识别特定的核苷酸序列并在特定的位点上进行切割。该酶识别的切割部位一般具有沿中轴线两侧反向对称重复序列,即一条链正向读的碱基序列与另一条链反向读的碱基序列完全一致。切割方式举例如下:3DNA连接酶与DNA聚合酶的区别DNA连接酶与DNA聚合酶作用的实质都是形成磷酸二酯键,其区别表现在以下几个方面:(1)作用对象不同。DNA聚合酶只能将单个脱氧核苷酸连接到单链DNA分子片段中;DNA连接酶则是连接两个双链DNA片段。(2)是否需要模板
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