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1、《多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)擴(kuò)增DNA片段》教學(xué)設(shè)計
教學(xué)目標(biāo)
(一)知識與技能
1、了解PCR技術(shù)的基本操作
2、理解PCR的原理
3、討論PCR的應(yīng)用
(二)過程與方法
在多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)擴(kuò)增DNA片段的實驗過程中,應(yīng)避免外源DNA污染,嚴(yán)格控制溫度等反應(yīng)條件
(三)情感、態(tài)度與價值觀
通過對PCR實驗的操作及結(jié)果分析,培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和實事求是的科研精神
教學(xué)重難點
教 學(xué)重點:
PC R的原理和PCR的基本操作
教學(xué)難點:
PCR的原理
教學(xué)工具
多媒體
教學(xué)過程
(一)引入新課
在現(xiàn)代生物技術(shù)中,DNA技術(shù)可謂是尖端技術(shù)。人類基因組計劃、基因工程、基因診
2、斷、基因檢測、古生物鑒定等都離不開對DNA分子堿基序列的分析。而分析DNA堿基序列,就需要一定量的DNA片段。怎樣迅速獲得足夠量的DNA片段呢?今天我們來研究學(xué)習(xí)DNA分子的擴(kuò)增技術(shù)――PCR技術(shù)。
(二)進(jìn)行新課
1.基礎(chǔ)知識
PCR技術(shù)擴(kuò)增DNA的過程,與細(xì)胞內(nèi)DNA復(fù)制過程類似:
1.1細(xì)胞內(nèi)DNA復(fù)制條件分析:
1.2細(xì)胞內(nèi)DNA復(fù)制過程
(1)DNA的反向平行結(jié)構(gòu):(結(jié)合投影圖)
核苷酸分子的結(jié)構(gòu)與方向性:(分子結(jié)構(gòu)模式圖)
由核苷酸通過3,5-磷酸二酯鍵連接形成核苷酸長鏈:(模式圖,體現(xiàn)方向性)。
DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的反向平行結(jié)構(gòu):
(2)DNA的復(fù)制過程:
3、
解 旋:解旋酶、ATP,DNA兩條鏈打開,,形成兩條DNA單鏈。
引物結(jié)合:在DNA單鏈3’端與DNA反向配對結(jié)合,確保引物3’端與DNA單鏈準(zhǔn)確配對。
DNA聚合酶結(jié)合:
子鏈合成:DNA聚合酶從引物3’端開始,將配對的脫氧核苷酸連接起來。
后續(xù)加工:DNA聚合酶I將引物切去,并合成空缺處的DNA單鏈,再由DNA連接酶將不連續(xù)的DNA子鏈連接起來(半不連續(xù)合成。先導(dǎo)鏈,滯后鏈)
子鏈合成特點:不能從頭合成;合成方向為“5’→3’合成”。
感悟生命的神秘:DNA聚合酶不但能夠催化磷酸二酯鍵的形成,還具有校對功能。它在每引入一個核苷酸后都要復(fù)查一次,只有堿基配對無誤后才能繼續(xù)
4、往下聚合,它不能從頭合成。RNA聚合酶沒有校對功能,因此RNA的合成不需要引物,而是從頭合成的,它的錯配可能性較大,在RNA引物完成功能后即被DNA聚合酶I刪去,代之以高保真的DNA鏈。
[思考]DNA分子能準(zhǔn)確復(fù)制的原因有哪些?
DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)提供模板;堿基互補配對;DNA聚合酶的復(fù)查功能。
[思考]細(xì)胞內(nèi)哪些物質(zhì)是從頭合成的?RNA合成、蛋白質(zhì)合成。
1.3DNA分子復(fù)制的人工控制
解開螺旋:在80~100℃時,DNA雙螺旋打開,形成兩條DNA單鏈,稱為變性。
恢復(fù)螺旋:在50℃左右時,兩條DNA單鏈重新形成雙螺旋結(jié)構(gòu),稱為復(fù)性。
復(fù)制條件:緩沖液,DNA模板,四種脫氧核苷
5、酸,熱穩(wěn)定DNA聚合酶,兩種引物。
反應(yīng)場所:PCR儀(自動溫度周期性調(diào)節(jié))。
[思考]緩沖液相當(dāng)細(xì)胞內(nèi)的什么成分?(核基質(zhì))1.4PCR的反應(yīng)過程
變性:在95℃時DNA解旋
復(fù)性:在50℃時引物與DNA單鏈結(jié)合
延伸:在72℃時合成DNA子鏈(兩個引物間的序列)2.實驗操作
2.1 PCR反應(yīng)體系:緩沖液、DNA模板,四種脫氧核苷酸原料、熱穩(wěn)定DNA聚合酶、兩種RNA引物,水
2.2 實驗操作步驟
2.3 按照PCR反應(yīng)體系配方配制反應(yīng)液;
(2)將PCR反應(yīng)體系50μL用微量移液器轉(zhuǎn)移到微量離心管(0.5mL)中;
(3)將微量離心管放到PCR儀中;
(4)設(shè)
6、置PCR儀的工作參數(shù)。
(5)DNA在PCR儀中大量擴(kuò)增。
2.4 水浴法:將微型離心管依次在95℃、55℃、72℃的恒溫水浴鍋中循環(huán)處理相應(yīng)時間。
3.實驗注意事項
3.1避免外源DNA污染:所用儀器、緩沖液、蒸餾水等使用前高壓滅菌。
3.2緩沖液和酶分裝成小份,-20℃低溫保存。
3.3每添加一種反應(yīng)成分,更換一個移液器的槍頭。
3.4混勻后離心處理,使反應(yīng)液集中在離心管底部。
4.結(jié)果分析與評價
4.1反應(yīng)液稀釋:取2uLPCR反應(yīng)液,添加98uL蒸餾水;2.分光光度計調(diào)零:將100uL蒸餾水添加到比色杯中,在260nm處將分光光度計調(diào)整讀數(shù)為零。
4.2將100uL
7、反應(yīng)稀釋液倒入比色杯中,測定在260nm處的光吸收值。
4.3計算:DNA含量=50×光吸收值×稀釋倍數(shù)
課后小結(jié)
課后習(xí)題
1.DNA分子復(fù)制時,解旋的兩條鏈中( )
A僅一條作為復(fù)制模板
B兩條鏈作為模板并復(fù)制出兩個不同的DNA分子
C兩條鏈作為模板并復(fù)制出兩個相同的DNA分子
D兩條鏈作為模板,各自合成一條子鏈,然后兩條母鏈重新結(jié)合為原來的雙螺旋分子,兩條新鏈結(jié)合成一個全新的DNA分子
2.下列關(guān)于DNA復(fù)制過程的正確順序是( )
①互補堿基對之間氫鍵斷裂②互補堿基對之間形成氫鍵③DNA分子在解旋酶的作用下解旋④以解旋后的母鏈為模板進(jìn)行堿基互補配對⑤子鏈與
8、母鏈盤旋成雙螺旋狀結(jié)構(gòu)
A①③④②⑤ B①④②⑤③ C①③⑤④② D③①④②⑤
3.下列各項過程中,遵循“堿基互補配對原則”的有( )
①DNA復(fù)制②RNA復(fù)制③轉(zhuǎn)錄④翻譯⑤逆轉(zhuǎn)錄
A①②③④⑤ B①②③④ C①②③⑤ D①③④⑤
4.實驗室內(nèi)模擬生物體DNA的復(fù)制必需的一組條件是( )
①酶②游離的脫氧核苷酸③ATP④DNA分子⑤mRNA⑥tRNA⑦適宜的溫度⑧適宜的酸堿度
A①②③④⑤⑥ B②③④⑤⑥⑦ C②③④⑤⑦⑧ D①②③④⑦⑧
5.利用PCR技術(shù),把一個雙鏈DNA分子當(dāng)作第一代,經(jīng)過3次循環(huán),在第四代DNA分子中,有幾條第一代脫氧核苷酸的長鏈?( )
A 2 B 4 C 8 D 16,
答案: CDADA