2019-2020年高中生物選修1多聚酶鏈式反應擴增DNA片段 學案.doc
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2019-2020年高中生物選修1多聚酶鏈式反應擴增DNA片段 學案 [導學誘思] 1.PCR原理 填寫下列表格 參與的組分 在DNA復制中的作用 解旋酶 DNA母鏈 合成子鏈的原料 DNA聚合酶 引物 DNA的兩條鏈是反向平行的,通常將DNA的羥基末端稱為 ,而磷酸基團的末端稱為 。DNA聚合酶不能 開始合成DNA,而只能 ,因此,DNA復制需要引物。DNA的合成方向總是 。 在DNA的復制過程中,復制的前提是 。在體外可通過控制 來實現(xiàn)。在 的溫度范圍內,DNA的雙螺旋結構將解體,雙鏈分開,這個過程稱為 。PCR利用了DNA的 原理,通過控制溫度來控制雙鏈的解聚與結合。由于PCR過程的溫度高,導致DNA聚合酶失活,后來 的DNA聚合酶的發(fā)現(xiàn)和應用,大大增加了PCR的效率。 PCR反應需要在一定的緩沖溶液中提供: , , , ,同時通過控制溫度使DNA復制在體外反復進行。 2.PCR的反應過程 PCR一般要經歷 循環(huán),每次循環(huán)可以分為 、 和 三步。從第二輪循環(huán)開始,上一次循環(huán)的產物也作為模板參與反應,并且由 延伸而成的DNA單鏈會與 結合,進行DNA的延伸,這樣,DNA聚合酶只能 ,使這段固定長度的序列成指數(shù)擴增。 3.實驗操作 在實驗室中,做PCR通常使用 ,它是一種薄壁塑料管。具體操作時,用微量移液器,按PCR反應體系的配方在 中依次加入各組分,,再參照下表的設置設計好PCR儀的循環(huán)程序即可。 4.操作提示 為避免外源DNA等因素的污染,PCR實驗中使用的 、 、 以及蒸餾水等在使用前必須進行 。PCR所用的緩沖液和酶應分裝成小份,并在 儲存。使用前,將所需試劑從冰箱拿出,放在冰塊上緩慢融化。在微量離心管中添加反應成分時,移液管上的槍頭要 。 [疑難點撥] 1.PCR技術簡介 PCR是一種體外迅速擴增DNA片段的技術,它能以極少量的DNA為模板,在幾小時內復制出上百萬份的DNA拷貝。這項技術有效地解決了因為樣品中DNA含量太低而難以對樣品進行分析研究的問題,被廣泛的應用于遺傳疾病的診斷、刑偵破案、古生物學、基因克隆和DNA序列測定等各方面。 2.細胞內參與DNA復制的各種組成成分及其作用 ①解旋酶:打開DNA雙鏈 ②DNA母鏈:提供DNA復制的模板 ③4種脫氧核苷酸:合成子鏈的原料 ④DNA聚合酶:催化合成DNA子鏈 ⑤引物:使DNA聚合酶能夠從引物的3,端開始連接脫氧核苷酸(引物是一小段DNA或RNA,它能與DNA母鏈的一段堿基序列互補配對。用于PCR的引物長度通常為20—30個核苷酸) 3.DNA的合成方向 DNA的兩條鏈是反向平行的,通常將DNA的羥基末端稱為3,端,而磷酸基團的末端稱為5,端。DNA聚合酶不能從頭開始合成DNA,而只能從3,端延伸DNA鏈,因此,DNA復制需要引物。當引物與DNA母鏈通過堿基互補配對結合后,DNA聚合酶就能從引物的3,端開始延伸DNA鏈,DNA的合成方向總是從子鏈的5,端向3,端延伸。 4.PCR的反應過程 PCR一般要經歷三十多次循環(huán),每次循環(huán)可以分為變性(當溫度上升到90oC以上時,雙鏈DNA解聚為單鏈)、復性(溫度下降到50oC左右,兩種引物通過堿基互補配對與兩條單鏈DNA結合)和延伸(溫度上升到72oC左右,溶液中的四種脫氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下,根據(jù)堿基互補配對原則合成新的DNA鏈)三步。從第二輪循環(huán)開始,上一次循環(huán)的產物也作為模板參與反應,并且由引物Ⅰ延伸而成的DNA單鏈會與引物Ⅱ結合,進行DNA的延伸,這樣,DNA聚合酶只能特異的復制處于兩個引物之間的DNA序列,使這段固定長度的序列成指數(shù)擴增。 5.PCR技術與DNA的復制 PCR反應是通過控制溫度使DNA復制在體外反復進行。PCR反應的實質就是DNA復制,所以有關PCR反應的題目與DNA復制的原理相同,計算方法也大體相同。例如:PCR反應中的目的片段一般以2n的方式積累,其中n為反應循環(huán)次數(shù)。一個DNA片段在30次循環(huán)后反應物中大約有10億個這樣的片段。(230) [典例解析]] 一個由15N標記的DNA分子,放在沒有標記的環(huán)境中培養(yǎng),利用PCR循環(huán)5次后標記的DNA分子總數(shù)的( ) A 1/10 B 1/5 C 1/16 D1/25 答案:C 解析:一個DNA分子利用PCR技術循環(huán)5次后產生的DNA分子數(shù)目為2n。而DNA的復制是半保留復制,其特點是:新形成的DNA雙鏈,一條是來自親代DNA分子的母鏈,另一條是新形成的子鏈。這樣最初由15N標記的DNA分子復制后,其標記的兩條鏈就分別進入兩個子代DNA分子中,這樣兩個子代DNA分子被標記了。以后均是在沒有標記的環(huán)境中培養(yǎng),不論經過多少次復制,最初標記的兩條鏈始終存在于兩個DNA分子中,這樣經過n次循環(huán)后,標記的DNA分子中2/2n,即1/2n-1。- 配套講稿:
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