高二生物《基因工程》教学设计_高二生物教学设计

2020-02-27 教学设计下载本文

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课题：基因工程的操作工具

授课教师：北京师范大学附属实验中学王卫红

一、教学目标知识目标：

简述基因工程操作的基本工具；

说明限制性核酸内切酶、DNA连接酶和运载体在基因工程操作中的作用。能力目标：

动手模拟限制性内切酶的酶切作用和DNA连接酶的连接作用。情感态度价值观目标：

体验科学研究中技术手段的进步对科学研究的巨大推动作用；体验科学研究的思路和方法。

二、教学重点

限制性核酸内切酶、DNA连接酶和运载体在基因工程操作中的作用

三、教学难点

限制性核酸内切酶、DNA连接酶和运载体在基因工程操作中的作用

四、教学资源

浙科版《选修3：现代生物科技专题》、自制教学PPT、纸质模型

五、教学过程

1．情境导入：

演示药物胰岛素图片，说明胰岛素是很多的糖尿病患者最好的药物，每天要注射胰岛素来维持血糖的平衡，曾经胰岛素是从动物胰脏中提取的，几吨的胰脏只能提出几十克胰岛素，所以曾经胰岛素是非常昂贵的药物，但是在科学技术飞速发展的今天，情况早已经发生了变化，人们通过基因工程将基因导入大肠杆菌细胞中来生产胰岛素？如何生产？这也是基因工程的基本内容，基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，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，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。但是如何完成这个操作过程？将胰岛素基因叫目的基因，被导入的细胞叫受体细胞。

2．提出问题分析基因工程操作中需要哪些工具：提出问题：1.如何获得人胰岛素基因？

2．能否将人的胰岛素基因直接注入大肠杆菌细胞？

提供材料：原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵，但是，生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制，以防止外来病原物的侵害。当外源DNA侵入时，会利用一种酶将外源DNA切割掉，以保证自身的安全。

通过分析明确：1.DNA分子要被被切成片段后导入受体细胞。

2．导入受体细胞需要有运载体，否则会被切断或破坏

针对以上问题，在基因工程的操作水平有相应的分子工具应该包括，分子剪刀、胶水和运载体。

3.了解三种工具：

3.1 限制性核酸内切酶：1970年Smith等分离并纯化了限制性核酸内切酶Hind II，1972年，H.W.Boyer等相继发现了ＥcoR I 一类重要的限制性内切酶。科学家们发现的这些酶，可以剪断外来的DNA分子，即上述内容中提到的酶，作用是防御外来DNA入侵，这类酶对基因工程的操作有没有作用呢？可以作为剪刀！限制性核酸内切酶，在科学家的继续研究中发现了几千种酶，而且能识别特定序列，并在特定位点进行切割，如GAATTC序列，在G、A之间切开。

切开什么位置？复习DNA的分子结构，回忆磷酸二酯键，被切开后什么样？

活动1：用EcoR I酶切开有两个GAATTC的纸质DNA分子讲解粘性末端和平末端

活动2：提供两个不同序列的纸质运载体DNA，选择哪个？为什么？学生选择后切开。如果和运载体连接的话怎么办？运载体被相同的酶切开相同的切口再黏上，黏什么键？磷酸二酯键

3.2 DNA连接酶： 1967年，世界上有五个实验室几乎同时发现DNA连接酶，特别是1970年H.G.Khorana等发现的T4 DNA连接酶具有更高的连接活性。

分析DNA连接酶和DNA聚合酶的不同，DNA连接酶，连接的部分为磷酸二酯键，DNA聚合酶连接的也是磷酸二酯键，两种酶的作用有何不同？DNA连接酶：连接两个片段之间的缺口，不需要模板；DNA聚合酶：将一个个单个的核苷酸接上去，需要模板（画简图）

3.3 运载体：

通过上述活动分析，什么样的DNA适合做运载体？应该有多种限制酶切点，在宿主细胞中稳定保存，可复制，有标记基因，便于筛选。常用的运载体是细菌质粒和噬菌体DNA。

4．归纳笔记

六、板书设计

二、基因工程

1．基因工程的操作工具

（1）限制性核酸内切酶