3.2基因工程的基本操作程序的学案-2023-2024学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

第2节基因工程的基本操作程序的学案 【学习目标】 (一)学习目标 1闸明基因工程的基本操作程序。 2.描述获取目的基因的方法及基因表达载体的构建。 3尝试进行PCR的基本操作并用电泳鉴定PCR的产物。 【学习重难点】 (一)学习重难点 【教学重点】1.基因工程基本操作程序的四个步骤。2.DNA片段的扩增及电泳鉴定。 【教学难点】1.利用PCR获取和扩增目的基因。2.DNA片段的扩增及电泳鉴定。 【预习新知】 (一)第一步：目的基因的筛选与获取 1筛选合适的目的基因 ()目的基因的概念：在基因工程的设计和操作中，用于改变受体细胞性状或获得预期 等的基因。 (2)主要类型：主要是 的基因，如与生物抗逆性、生产药物、毒物降解、工 业用酶等相关的基因。 (3)选方法：从相关的 的基因中进行筛选。 2.利用PCR获取和扩增目的基因 (1)原理： (2)PCR反应的条件 参与的组分 在DNA复制中的作用 DNA母链 提供DNA复制的 4种脱氧核苷酸 合成DNA 的原料 (体外用高温代替) 打开DNA双链 (耐高温的) 催化合成DNA子链 分为2种，分别与两条模板链结合，使DNA聚 引物（长度通常为20~一30个核 合酶能够从引物的 端开始连接脱氧核苷 苷酸) 酸 温度 控制温度使 在体外反复进行 真核细胞和细菌的DNA聚合酶都需要 缓冲液（含Mg2+) 激活 (3)PCR扩增的过程 ①变性：当温度超过 C时，目的基因DNA受热变性后解聚为 ②复性：当温度下降到 ℃左右时， 通过碱基互补配对与两条单链DNA 结合。 ③延伸：当温度上升到 ℃左右时，以 为模板，在耐高温的DNA聚合 酶作用下进行延伸，即将4种脱氧核苷酸加到 的3’端。 3用PCR方法扩增目的基因时 知道基因的全部序列。 4.PCR技术中，DNA模板链上碱基G和C的比例越高，DNA变性解链的温度就越 5.PCR的每一个循环都包括 三个步骤，延伸后的产物又可 以作为下一个循环的模板。 【易错提示】 (一)易错提示 PCR过程的两点提醒 (1)复性不一定均为引物与DNA模板结合。复性时，引物与DNA模板的结合是随机的，也存在 DNA解开的两条链的结合。 (2)PCR反应的结果不都是所需的DNA片段。因为第一次循环得到的DNA片段只有一种引物， 比所需的DNA片段要长，从第二次循环才出现所需的DNA片段，这样的片段存在两种引物。 1.基因工程操作过程中碱基互补配对现象 基因工程操作过程中只有第三步“将目的基因导入受体细胞没有碱基互补配对现象；第一步筛 选与获取目的基因，用人工合成、PCR获取或基因文库获取，三种常用方法都涉及碱基互补 配对：第二步基因表达载体的构建中DNA连接酶连接目的基因与质粒载体，第四步利用分子 杂交的方法检测DNA、mRNA),也都存在碱基互补配对现象。 2.关于不同分子水平检测的原理、场所、探针的异同 (1)原理：进行转录水平的检测原理与复制水平的检测原理是相似的，都遵循碱基互补配对原 则，只是被检测的物质不再是转基因生物的基因组DNA,而是转基因生物的细胞内的mRNA: 进行翻译水平的检测，则是利用抗原与抗体特异性结合的原理。 (2)场所：不论是复制水平、转录水平还是翻译水平的检测，都是在体外进行的。 (3)探针：在DNA分子、mRNA分子上检测目的基因是否插入、目的基因是否转录时，用的探 针都是放射性同位素等标记的含有目的基因的DNA片段。 【深化探究】 (一)深化探究 获取目的基因和构建基因表达载体 1.利用PCR获取和扩增目的基因 (I)PCR反应的过程 目的基因 m M cDNA文库 加热至90-95℃：受热变性使DNA片段双链解开 冷却至55-60℃： 复性使解链的DNA两条单链 分别与相应的引物结合 ☑：引物 径 加热至70~75℃：Tag酶催化从引物起始合成子链 TI ☑ T (2)PCR技术与生物体内DNA复制的比较 比较项目 PCR技术 DNA复制 解旋 DNA在高温作用下变性解旋 解旋酶催化 区别 方式 场所 细胞外（在PCR扩增仪内） 细胞内（主要在细胞核内） DNA解旋酶、普通的DNA聚合 酶 耐高温的的DNA聚合酶(Tag聚合酶) 酶等 温度 需控制温度，在较高温度下进行 细胞内温和条件 区别 条件 合成 的对 DNA片段或基因 DNA分子 象 ①模板：均需要脱氧核苷酸链作为模板进行物质合成 联系 ②原料：均为四种脱氧核苷酸 ③酶：均需要DNA聚合酶进行催化 ④引物：均需要引物，使DNA聚合酶从引物的3'端开始连接脱氧核苷酸 2.基因表达载体的构建过程 (1)用同一种限制酶或产生相同末端的限制酶切割含目的基因DNA和质粒，使其产生相同末端。 (2)将切下的目的基因片段与切开的质粒混合，再加入适量DNA连接酶，使目的基因插入质粒 的