DNA重組技術的基本工具教學實錄

1、“dna重組技術的基本工具”教學實錄（模擬）師：1973年轉基因微生物一一轉基因大腸桿菌問世：美國科學家科恩利用大腸 桿菌做材料，分別提取出兩種不同抗藥基因的dna,再重新植入大腸桿菌內(nèi)， 結果發(fā)現(xiàn)，新的大腸桿菌不但能抵抗兩種藥物，而且它的后代都有了這種特 性，代代相傳；1980年科學家把一種猿猴病毒的dna注射入一只小鼠的受 精卵，獲得第一個轉基因動物一一轉基因小鼠誕生；1983年第一例轉基因 植物一一轉基因煙草出現(xiàn)，是一種耐受抗菌素的煙草。這些工作實現(xiàn)了一種 生物的某些性狀在另一種生物中的表達。同學們，性狀由什么決定？生：基因加環(huán)境。師：假若這是一個dna上的能指導合成某種藥物蛋白的基因（

2、展示模型），而這 是一條煙草的da,請同學們分析，要實現(xiàn)在煙草中的表達，要做哪些關鍵 工作？生：1、要將藥物基因切割下來；2、要將藥物基因整合到煙草的da上。師：同學們說得對！但還應該實際考慮問題，這兩條紙帶所代表的da是在同一 個細胞中嗎？生：不是。師：所以這里就存在一個基因轉移的實際問題，就是如何將控制合成藥物的基因 轉入煙草細胞。這些都是在分子水平上進行的，切割也好，連接也好，轉移 也好，無一例外。中國有句俗話叫“沒有金剛鉆兒，不攬瓷器活兒”?？茖W 家們在實施基因工程之前，苦苦求索，終于找到了實施基因工程的三種“金 剛鉆兒”，使基因工程的設想成為了現(xiàn)實。這三種“金剛鉆兒”是什么？生：一是

3、準確切割dna的工具，“分子手術刀”一一限制酶；二是dna片段的連 接工具，“分子縫合針” 一一dna連接酶；三是基因轉移工具，“分子運輸車” 基因進入受體細胞的載體。下面我們就來學習這方面的內(nèi)容（板書）。 我們先看看科學家是如何尋找限制酶的。自然界中有各種生物，它們所處的 環(huán)境不是真空。一些生物的dna可能進入另一種生物的細胞中嗎？生：可能。師：有沒有實例?生：噬菌體侵染細菌的實驗。師：那么現(xiàn)今存在的生物為什么沒有在長期的進化過程中因為被外源dna的入侵 而滅絕，仍能保持一種穩(wěn)定狀態(tài)呢？生：生物體有的有免疫系統(tǒng)，如動物；有的有保護作用的組織、器官，如植物。 師：那么作為單細胞的生物沒有那么復

4、雜的結構和系統(tǒng)，它們是如何抵抗入侵的外源da,保護自身呢？生：只有讓外來的da失效，才能保護自身。師：那么怎樣才能讓da失效？生：用da酶。師：用da酶，那么生物自身的da是不是也失效了？生：那是一種特殊的酶，能切割外來的dxa,而對自身的dna不切割。師：也就是說，這種酶是一種不同于dna酶的其它酶。同學們有了從哪里獲得這 種酶的意向了嗎（板書：來源）？生：到單細胞的生物中去找。師：科學家的基本意向也和同學們一樣。單細胞生物比多細胞生物更容易受到外 源da的侵入。在長期的進化過程中，使其必須有處理外源dna的酶。正如 課本第4頁所描述的，科學家們經(jīng)過不懈的努力，終于從原核生物中分離純 化出這

5、種酶，叫限制酶。迄今已從近300種微生物中分離出4000種限制酶。 但限制酶不只存在于原核生物中，例如。另外，限制酶是一大類酶， 不是一種酶。這種酶與我們以前所學的dna酶的作用是不同的。請同學們看 書，限制酶有什么作用（板書：作用）？生：它們能夠識別雙鏈dna分子的某種特定核昔酸序列，并且使每一條鏈中特定 部位的兩個核甘酸之間的磷酸二酯鍵斷開。師：以上這句話，說出了兩層意思。一是識別特定核甘酸序列。請同學們看模型, ecori（解釋課本第5頁關于限制酶的命名）只能識別gaattc的核甘酸序列, smal只識別cccggg的核甘酸序列。這種能被特異性切割的部位都具有回文 序列，也就是在切割部位

6、，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。b|j：限制酶所識別的序列，無論是6個堿基還是4個堿基， 都可以找到一條中心軸線，中心軸線兩側的雙鏈dna上的堿基是反向?qū)ΨQ、 重復排列的。第二層意思是從特定部位的兩個核甘酸之間切開。ecori就從 g和a之間切開，smal就從c和g之間切開。剛才我們提到科學家們已經(jīng)分離出4000多種限制酶。由于酶的不同，它們 識別的特定核甘酸序列也不同，這是根據(jù)酶的什么特點？生：專一性。師：是的，這樣就為我們切割dna提供了多種特定的“手術刀”。但它們切割dna 后形成的末端有兩種可能，請同學們看圖回答。生：一種形成黏性末端，一種形成平末端。師：是

7、的，（展示模型）限制酶在它識別序列的中心位置兩側將da兩條鏈分割 開，就形成黏性末端，而從識別序列的中心位置切開就產(chǎn)生平末端。這兩種 切割方式依次叫做錯位切和平切。切斷的da片段要與受體細胞的da連接，需要用什么酶連接（板書：分子 縫合針：dna連接酶）？生：dna連接酶。師：是的，dna連接酶與以前所學的dna聚合酶有什么不同？生：dna連接酶是將雙鏈的dna片段連接起來，而da聚合酶則是將一個個脫氧 核甘酸連接起來。師：是的。那它們連接的是磷酸二酯鍵還是氫鍵？生：磷酸二酯鍵（板書：作用）。師：是的?？梢栽O想，如果把兩種來源不同的dna用同一種限制酶來切割，然后 讓兩者的黏性末端黏合起來，似

8、乎就可以合成重組的dna分子。但是，實際 上僅僅這樣是不夠的，互補的堿基處雖然通過氫鍵連接起來，兩邊的扶手的 斷口處還沒有連接起來。要把扶手的斷口處連接起來，也就是把兩條dna 末端之間的縫隙“縫合”起來，就要靠dxa分子“縫合針” 一一dna連接酶。 開始時，我們學習了限制酶切割后有兩種不同的結果，一種產(chǎn)生黏性末端， 一種產(chǎn)生平末端。那么恢復它們的連接，所用的dna連接酶是否相同呢？請 同學們從課本中尋找答案（板書：分類）。生：不是的，ecolidan連接酶只能將雙鏈dna片段黏性末端之間連接起來，不 能將雙鏈dna片段平末端之間連接起來。t.dna連接酶既可縫合雙鏈黏性末端，也可縫合雙鏈d

9、a的平末端，但平末端之間連接的效率比較低。師：單純的dna片段是很難導入受體細胞的，所以我們切割下來的目的基因?qū)?受體細胞就需要有一個“分子運輸車”幫助。那么具備什么條件才能充當“分 子運輸車”？請大家結合課本第6頁的旁欄思考題思考以下問題。1、假如目的基因?qū)胧荏w細胞后不能復制將怎樣？2、作為載體沒有切割位點將怎樣？3、目的基因是否進入受體細胞，你如何去觀察？4、如果教體對受體細胞有害怎樣？載體不能從細胞中分離會怎樣？生：（提問回答）1、導入受體細胞的目的基因不能復制，將在細胞增殖中丟失。2、教體沒有切割位點，外源的目的基因不可能插入。3、如果載體上有遺傳標記基因，這樣，在載體進入受體細胞

10、后，就可通過 標記基因的表達來檢測。5、載體對受體細胞有害，將影響受體細胞新陳代謝，進而使轉入的目的基 因也無立足之地。載體不能分離，就不能獲得更多帶有目的基因的載體。 師：以上內(nèi)容都是在選擇合適載體時必須考慮的。請同學們閱讀課文，歸納出充 當基因進入受體細胞載體的必要條件（板書）。生：1、能自我復制。2、有切割位點。而且每種酶切點最好只有一個。因為多種限制性內(nèi)切酶只 能識別單一切點，若載體上有一個以上的酶切點，則切割重組后可能丟 失某些片段，若丟失的片段含復制起點區(qū)，則進入受體細胞后便不能自 主復制。3、有遺傳標記基因。4、對受體細胞無害、易分離。師：一般來說，天然我體往往不能同時具備載體必

11、須具備的條件，所以在基因工 程中需要根據(jù)不同的目的和需要，對載體進行人工改造。目前使用的載體有質(zhì)粒、入噬菌體的衍生物、動植物病毒等，通常是利用 質(zhì)粒作為載體。質(zhì)粒是能“友好”寄宿在細菌細胞內(nèi)的小型的獨立于擬核 dna或酵母菌細胞核染色體之外的具有自我復制能力的雙鏈環(huán)狀裸露dnao 下面我們就通過插圖一起來認識質(zhì)粒，尤其要在質(zhì)粒載體結構模式圖上找出剛才歸納的幾個條件的具體表現(xiàn)。生：“復制原點”一一說明質(zhì)粒能復制并能帶著插入的目的基因一起復制?！澳康幕虻牟迦胛稽c”一一說明質(zhì)粒有切割位點?！鞍北迩嗝顾乜剐曰颉币灰徽f明有標記基因的存在，將來可用含青霉素的 培養(yǎng)基鑒別。質(zhì)粒來自大腸桿菌一一說明沒有危害，大腸桿菌是非致病菌，大腸桿菌分裂 快，也便于從大量復制個體中分離出來。需要說明的是，在基因操作過程中使用載體有兩個目的：一是用它作為運載 工具，將目的基因轉移到宿主細胞中去；二是利用它在宿主細胞內(nèi)對目的基 因進行