2019-2020年高中生物《多聚酶鏈式反應擴增DNA片段》教案3 新人教版選修1.doc
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2019-2020年高中生物《多聚酶鏈式反應擴增DNA片段》教案3 新人教版選修1 教學目標: (一)知識與技能 1、了解PCR技術的基本操作 2、理解PCR的原理 3、討論PCR的應用 (二)過程與方法 在多聚酶鏈式反應擴增DNA片段的實驗過程中,應避免外源DNA污染,嚴格控制溫度等反應條件 (三)情感、態(tài)度與價值觀 通過對PCR實驗的操作及結果分析,培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和實事求是的科研精神 教學重點:PCR的原理和PCR的基本操作 教學難點:PCR的原理 教學過程: (一)引入新課 在現(xiàn)代生物技術中,DNA技術可謂是尖端技術。人類基因組計劃、基因工程、基因診斷、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?今天我們來研究學習DNA分子的擴增技術――PCR技術。 (二)進行新課 1.基礎知識 PCR技術擴增DNA的過程,與細胞內DNA復制過程類似: 1.1細胞內DNA復制條件分析: 條件 組分 作用 模板 DNA的兩條單鏈 提供復制的模板 原料 四種脫氧核苷酸 合成DNA子鏈的原料 酶 解旋酶 DNA聚合酶 打開DNA雙螺旋 催化合成DNA子鏈 能量 ATP 為解螺旋和合成子鏈供能 引物 RNA 為DNA聚合酶提供合成的3’端起點 1.2細胞內DNA復制過程 (1)DNA的反向平行結構:(結合投影圖) 核苷酸分子的結構與方向性:(分子結構模式圖) 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雙螺旋結構的反向平行結構: (2)DNA的復制過程: 解 旋:解旋酶、ATP,DNA兩條鏈打開,,形成兩條DNA單鏈。 引物結合:在DNA單鏈3’端與DNA反向配對結合,確保引物3’端與DNA單鏈準確配對。 DNA聚合酶結合: 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查一次,只有堿基配對無誤后才能繼續(xù)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分子能準確復制的原因有哪些? DNA雙螺旋結構提供模板;堿基互補配對;DNA聚合酶的復查功能。 [思考]細胞內哪些物質是從頭合成的?RNA合成、蛋白質合成。 1.3DNA分子復制的人工控制 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。 恢復螺旋:在50℃左右時,兩條DNA單鏈重新形成雙螺旋結構,稱為復性。 復制條件:緩沖液,DNA模板,四種脫氧核苷酸,熱穩(wěn)定DNA聚合酶,兩種引物。 反應場所:PCR儀(自動溫度周期性調節(jié))。 [思考]緩沖液相當細胞內的什么成分?(核基質)1.4PCR的反應過程 延伸 復性 變性 變性:在95℃時DNA解旋 復性:在50℃時引物與DNA單鏈結合 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反應體系配方配制反應液; (2)將PCR反應體系50μL用微量移液器轉移到微量離心管(0.5mL)中; (3)將微量離心管放到PCR儀中; (4)設置PCR儀的工作參數(shù)。 (5)DNA在PCR儀中大量擴增。 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每添加一種反應成分,更換一個移液器的槍頭。 3.4混勻后離心處理,使反應液集中在離心管底部。 4.結果分析與評價 4.1反應液稀釋:取2LPCR反應液,添加98L蒸餾水;2.分光光度計調零:將100L蒸餾水添加到比色杯中,在260nm處將分光光度計調整讀數(shù)為零。 4.2將100L反應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) (三)課堂總結、點評 多聚酶鏈式反應擴增DNA片段 PCR原理 DNA的復制需要酶、原料、能量、引物 DNA的變性和復性受溫度影響 PCR過程 變性 復性 延伸 操作步驟 配制PCR反應體系 移入離心管 放入PCR 設置工作參數(shù) DNA擴增 測定含量 稀釋 調零 測定并讀數(shù) 計算 (四)實例探究 例1 在( )的溫度范圍內,DNA的雙螺旋結構解開 A. 10-20℃ B. 80-100℃ C. 20-30℃ D. 40-60℃ 解析:蛋白質大多不能忍受60-80℃的高溫,而DNA在80℃以上才會變性。 答案:B 例2 關于DNA的復制,下列敘述正確的是( ) A.DNA聚合酶不能從頭開始合成DNA,只能從5’端延伸DNA鏈 B.DNA復制不需要引物 C.引物與DNA母鏈通過堿基互補配對進行結合 D.DNA的合成方向總是從子鏈的3’端向5’端延伸 解析:由于DNA聚合酶不能從頭開始合成DNA,只能從引物的3’端即復制方向由3’端向5’端延伸;由于DNA分子是反向平行的,子鏈是依據(jù)堿基互補配對原則,在DNA聚合酶作用下合成的,其合成方向是從子鏈5’端向3’端延伸。 答案:C 綜合應用 例3 下列有關PCR描述,不正確的是( ) A.是一種酶促反應 B.引物決定了擴增的特異性 C.擴增產量按y=(1+X)n D.擴增對象是氨基酸序列 E.擴增對象是DNA序列 解析:PCR是一種體外迅速擴增DNA片段的技術,它以極少量的DNA為模板,以四種脫氧核苷酸為原理,在引物的作用下使DNA聚合酶從引物的3’端連接脫氧核苷酸,短時間內迅速復制上百萬份的DNA拷貝,其擴增產量為y=(1+X)n,y代表DNA片段擴增后的拷貝數(shù),x表示平均每次的擴增效率,n代表循環(huán)次數(shù),因此答案選D。 答案:D 課后探究 1、PCR與生物體DNA復制有何區(qū)別? 2、如果在案件偵破過程中,只收集到一根毛發(fā),但它所含的遺傳信息太少,該怎么辦呢? ★教后小記 教師在教學過程中,可以先引導學生回憶必修2的有關DNA復制的知識,在此基礎上,學生可加深對于PCR原理的認識。對于PCR反應過程的教學,應以讀圖識圖為主。教材中反應過程圖解詳細的描繪了參與PCR的各種組成成分;每一輪反應的三個基本步驟—變性、復性、延伸;每一步驟的作用。教師在教學中可以請學生在讀圖的同時,結合教科書中的文字說明來加深理解。當學生遇到難以理解的地方時,教師要及時給予解答。- 配套講稿:
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