高中生物 4.2 分子生物学技术同步课件 苏教版选修1.ppt

第二节分子生物学技术 课程标准 具体内容标准 尝试pcr dna多聚酶链式反应 技术的基本操作和应用 活动建议 用某一dna片段进行pcr扩增 课标解读 1 简述pcr技术的原理 2 说出pcr技术的用途 3 简述pcr技术的基本操作步骤 4 进行dna片段的pcr扩增 分子生物学进展 1 的建立 奠定了现代分子生物学的基础 2 策略一经提出 生物科学家便意识到 和 的重大作用和深远意义 dna重组技术使得生物技术中的 环节不断优化 高产量的微生物菌株已不再局限于通过微生物的 获得 分子生物学进展与pcr技术 1 dna双螺旋结构模型 基因克隆 dna 重组技术 基因克隆 生物转化 诱变或分离 完全可以通过 培育工程菌来实现 的细胞已被用于大批量生产胰岛素 干扰素等 植物和动物也可作为天然的 用于生产新的或改造过的 此外 dna重组技术还大大简化了新药的 和 系统 3 我国自1986年提出 计划至今 在生物技术方面已取得了一系列突破性的进展 许多成果已转化为生产力 如多种诊断试剂盒的生产 转基因动植物的培育 动物生物反应器 的培育等 dna重组技术 原核生物 真核生物 外源 蛋白 生物反应器 基因产物 开发 检测 863 pcr技术 1 概念 在 快速扩增 的实验技术称为pcr技术 2 物质条件体外进行dna复制的各种组成成分有 3 pcr的反应过程pcr一般经历三十多次循环 每次循环可以分为 和 72 左右 2 体外 特定基因或dna序列 目的dna 片段 dna模板 四种 脱氧核苷酸 taq聚合酶 引物 变性 94 退火 40 60 延伸 pcr技术扩增dna 是否需要解旋酶 dna聚合酶 提示pcr技术扩增dna需dna聚合酶 但扩增dna需94 高温使dna解旋 故不需解旋酶 思维激活1 细胞内dna复制与体外dna扩增 pcr技术 的比较 1 pcr反应的过程及结果 1 pcr反应过程 变性 当温度上升到90 以上时 双链dna解聚为单链 如下图 2 退火 系统温度下降至50 左右时 两种引物通过碱基互补配对与两条单链dna结合 如下图 延伸 当系统温度上升至72 左右 溶液中的四种脱氧核苷酸 a t g c 在taq聚合酶的作用下 根据碱基互补配对原则合成新的dna链 如下图 2 结果 pcr一般要经历三十多次循环 每次循环都包括变性 退火 延伸三步 两引物之间的固定长度的dna序列呈指数扩增 特别提醒dna复制需要引物的原因 dna聚合酶不能从5 端开始合成dna 而只能从3 端延伸dna链 下图为某一次循环的产物 请据图回答问题 巩固1 1 pcr一般要经历三十多次循环 每次循环可分为 三个步骤 2 dna的羟基 oh 末端称为 图中所示的羟基端为 填字母 3 pcr技术与细胞内dna复制在解旋时原理不同 细胞内复制利用 使双链间氢键断裂 而pcr技术利用 原理 使双链氢键断裂 以引物为标识 可判断出此产物最早为第 次循环的产物 解析 1 pcr的每一轮循环包括变性 退火和延伸三步 从第二轮循环开始 每次循环的产物也作模板参与反应 2 dna的两条链是反向平行的 为了明确地表示dna的方向 通常将dna的羟基 oh 末端称为3 端 而磷酸基团的末端称为5 端 dna聚合酶不能从头合成dna 只能从3 端延伸dna链 因此dna复制需要引物 当引物与dna母链通过碱基互补配对结合后 dna聚合酶就能从引物的3 端开始延伸dna链 dna的合成方向总是从子链的5 端向3 端延伸 由另一条新合成的dna可知 a端为3 端 b端为5 端 d端为3 端 3 dna分子在细胞内复制或转录时 在解旋酶的作用下使氢键断裂 而在体外 dna在80 100 的温度范围内变性 即双螺旋解开 成为单链 当温度慢慢降低后 两条彼此分离的单链又会重新 结合形成双链 在pcr反应中 以引物为标识 第一次循环时 以加入的dna为模板 两条dna链可分别由引物 和引物 与其结合并在taq聚合酶的作用下延伸 所以形成的每个子dna中只有一种引物 从第二次循环开始 上次产生的dna分子又可作为模板参与反应 所以会出现dna分子两端均含引物的情况 如图所示 因此题干中所出现的情况最早是第一次循环的产物 答案 1 变性退火延伸 2 3 端a d 3 解旋酶热变性一 条件 1 进行pcr时 待扩增的dna片段 端的核苷酸序列应为已知 2 向离心管中加入的物质 两种寡核苷酸 反应物 酶 既可来自动植物及微生物也可 提供离子条件 10mmol ltris hcl 50mmol l 目的dna片段的体外扩增 1 3 引物 4种脱氧核苷酸 taq聚合 模板dna mg2 反应缓冲液 kcl 人工合成 场所pcr扩增是在 中进行的 反应过程 三步骤 2 3 pcr自动扩增仪 变性 退火 延伸 右图通过提取某小孩和其母亲以及待测定的四位男性的dna 分别由酶处理后 生成含有若干dna片段 并进行扩增得到的混合物 然后进行电泳所得到的一组dna指纹图谱 请分析 f1 f4中 谁是该小孩真正生物学上的父亲 为什么 思维激活2 提示子代的dna是亲代dna复制一份传来的 子代与亲代dna相同 由于c和f2两者之间的dna指纹图谱完全相同 故f2与c为父子关系 进行目的dna片段体外扩增流程 1 注意事项 1 为避免外源dna等因素的污染 实验中使用的一些用具在使用前必须进行高压灭菌 2 所用的缓冲液和酶应分装成小份 并在 20 储存 3 在微量离心管中添加反应成分时 每吸取一种试剂后 移液器上的枪头必须更换 4 eb是一种致癌物 在实验过程中要做好防护工作 如戴塑料膜防护手套 在紫外灯下观察要戴上专用护眼镜 2 聚合酶链式反应 pcr技术 是体外酶促合成特异dna片段的一种方法 由高温变性 低温退火及适温延伸等几步反应组成一个周期 循环进行 使目的dna得以迅速扩增 其简要过程如下图所示 下列关于pcr技术的叙述 不正确的是 巩固2 a pcr技术是在实验室中以少量dna制备大量dna的技术b 反应中新合成的dna又可以作为下一轮反应的模板c pcr技术中以核糖核苷酸为原料 以指数方式扩增d 应用pcr技术与探针杂交技术可以检测基因突变解析pcr技术是人工合成dna的方法 原料是脱氧核苷酸而不是核糖核苷酸 答案c 聚合酶链式反应 pcr 是一种体外迅速扩增dna片段的技术 pcr过程一般经历30多次下述循环 94 条件下使模板dna变性 解链 56 条件下退火 引物与dna模板链结合 72 条件下引物链延伸 形成新的脱氧核苷酸链 下列有关pcr过程的叙述 不正确的是 例1 示例一pcr技术及应用 a 变性过程中破坏的是dna分子内碱基对之间的氢键 也可利用解旋酶实现b 退火过程中引物与dna模板链的结合是依靠碱基互补配对原则完成的c 延伸过程中需要dna聚合酶 atp 4种核糖核苷酸d pcr与细胞内dna复制相比 其所需要酶的最适温度较高思维导图 深度剖析pcr一般要经历30多次循环 每次循环可以分为变性 退火和延伸三步 从第二轮循环开始 上一次循环的产物也作为模板参与反应 并且由引物 延伸而成的dna单链会与引物 结合 进行dna的延伸 dna变性94 双链dna模板在热作用下 氢键断裂 形成单链dna 退火 56 系统温度降低 引物与dna模板结合 形成局部双链 延伸 72 在taq聚合酶 在72 左右活性最高 的作用下 以dntp 三磷酸脱氧核糖核苷酸的缩写 为原料 从引物的5 端向3 端延伸 合成与模板链互补的dna链 答案c 温馨提示 1 pcr的先决条件 待扩增的dna片段3 端核苷酸序列要已知 以便于设计出2个合适的引物 引物的序列确定的依据 是被扩增区域的3 端边界dna序列 2 dna聚合酶是将单个核苷酸加到已有的单链片段的3 羟基上 需要模板 而dna连接酶连接的是两条dna片段的缺口 不需要模板 下列有关pcr技术的叙述 不正确的是 a 又称聚合酶链式反应 是一种体外迅速扩增dna片段的技术b 在用pcr技术扩增dna时 dna的复制过程与细胞内dna的复制类似c pcr反应只需在一定的缓冲溶液中提供dna模板以及四种脱氧核苷酸d pcr一般经历三十多次循环 每次循环分为变性 退火 延伸 变式拓展1 解析pcr是聚合酶链式反应的英文缩写 是一种体外迅速扩增dna片段的技术 在用pcr技术扩增dna时 dna的复制过程与细胞内dna的复制类似 也需要提供模板 母链 酶 原料等条件 pcr一般要经历三十多次循环 每次循环可分为变性 退火和延伸三步 答案c 使用pcr仪具体实验操作顺序正确的是 设计好pcr仪的循环程序 按配方准备好各组分 用微量移液器在微量离心管中依次加入各组分 进行pcr反应 离心使反应液集中在离心管底部a b c d 思维导图 例2 示例二目的dna片段的体外扩增 深度剖析pcr反应的操作步骤一般分为准备 包括配置配方及将各配方放于实验台上 移液 混合 离心 反应 因pcr仪是一种自动控制温度的仪器 设计好循环程序就可以进行反应了 答案c 进行目的dna片段的体外扩增 下列选项不需要的是 a dna聚合酶b 解旋酶c mg2 d 引物解析dna体外扩增是利用的dna热变性原理 不需解旋酶 答案b 变式拓展2 下列关于dna复制叙述中 正确的是 a dna聚合酶不能从头开始合成dna 只能从5 端延伸dna链b dna复制不需要引物c 引物与dna母链通过碱基互补配对进行结合d dna的合成方向总是从子链的3 端向5 端延伸解析本题主要考查了dna聚合酶的作用特点 由于dna聚合酶不能从头开始合成dna 只能从引物的3 端延伸dna链 由于模板链首先复制的是3 端 即复制方向3 5 而dna分子是反向平行的 子链是依据碱基互补配对原则 在dna聚合酶作用下合成的 其合成方向从子链5 3 答案c 1 pcr利用了dna热变性的原理 pcr仪实际上是一种能自动调节温度的仪器 下列对pcr过程中温度的控制的说法错误的是 a 酶促反应需要高温 是为了保证模板是单链b 延伸的温度必须高于退火的温度 而低于变性的温度c 要用耐高温的dna聚合酶d 需要耐高温的解旋酶解析pcr是体外dna扩增技术 dna双链的解开不需要解旋酶 靠高温使其变性 答案d 2 a 向右的过程为加热 80 100 变性的过程b 向左的过程是dna双链迅速制冷退火c 变性与在生物体内解旋过程的条件 实质都相同d 图中dna片段共有4个游离的磷酸基 4个3 端解析变性后的dna在缓慢降温后才会退火 变性与在生物体内解旋过程的条件不同 实质相同 任一dna片段都有2个游离的磷酸基 5 端 和2个3 端 答案a 下图为dna变性和退火示意图 下列相关说法正确的是 3 pcr一般要经过三十多次循环 从第二轮循环开始 上一次循环的产物也作为模板参与反应 由引物 延伸而成的dna单链做模板时将 a 仍与引物 结合进行dna子链的延伸b 与引物 结合进行dna子链的延伸c 同时与引物 和引物 结合进行子链延伸d 无需与引物结合 在酶的作用下从头合成子链解析此题考查同学们对pcr反应中的变性 退火 延伸的实质能否真正理解 当由引物 延伸而成的dna单链做模板时 此单链引物端为5 端 因此与它互补的子链应从另一端开始合成 即由引物 结合延伸dna子链 答案b 4 在遗传病及刑侦破案中常需要对样品dna进行分析 pcr技术能快速扩增dna片段 在几个小时内复制出上百万份的dna拷贝 有效地解决了因为样品中dna含量太低而难以对样品进行分析研究的问题 据图回答相关问题 5 1 在相应的横线上写出引物 并在复性这一步骤中将引物 置于合适的位置 2 在相应的横线上写出循环一次后生成的dna分子 3 若将作为原料的四种脱氧核苷酸用32p标记 请分析循环一次后生成的dna分子的特点 循环n次后生成的dna分子中不含放射性的单链占总单链的比例为 4 pcr反应过程的前提条件是 pcr技术利用了dna的 原理解决了这个问题 5 在对样品dna分析过程中发现 dna掺杂着一些组蛋白 要去除这些组蛋白可加入的物质是 4 dna复制是以两条母链为模板 按照碱基互补配对原则进行的 因此 首先要解旋 使两条母链的碱基暴露出来 才能按照碱基互补配对的原则把相应的碱基一个个地连接起来 只有解旋后 再以母链为模板合成一小段引物 引物才起作用 dna分子在80 100 的温度范围内变性 双链解开成单链 当温度慢慢降低时 又能重新结合形成双链 5 本题考查了dna中杂质蛋白质的去除 利用酶的专一性 应加入蛋白酶 课堂小结 一 评价指南参考答案1 c2 a3 a4 a5 将作为模板的双链dna解旋为单链dna变性后的温度快速冷却 使引物和模板发生结合 形成互补的dna双链 二 本章综合评价指南答案1 d2 b3 c4 a5 c6 d7 a8 abcd9 蛋白质之间以及蛋