选修3专题一：基因工程

1、“PCR技术”考点精析在 2018 年考纲中将“ PCR技术”列入考试范围，应引起重视。 PCR 是一种体外迅速扩增 DNA 片段的技术，能以极少量的 DNA 为模板，在几小时内复制出上百万份的DNA 拷贝。一、PCR（多聚酶链式反应）技术原理PCR（多聚酶链式反应）技术原理是 DNA 双链复制，利用了 DNA 的热变性原理，通过控 制温度来控制双链的解聚与结合。即：加热，双螺旋结构解体双链 DNA 单链 DNA缓慢冷却，分离的 DNA 链重新结合二、PCR反应的条件1. 模板： DNA 两条链提供复制的模板。2. 酶：解旋酶打开 DNA双链，热稳定 DNA 聚合酶催化合成 DNA子链。3.

2、原料： 4 种脱氧核苷酸（ A、 T、C、G）用于合成子链的原料。4. 能量： ATP为复制过程提供能量。5. 引物：使 DNA 聚合酶从引物的 3端开始连接脱氧核苷酸。6. 温度和 PH:温度为 9095 5560 7075，缓冲溶液维持反应的 pH 值不变。三、PCR反应的过程PCR一般要经历三十多次循环，每次循环都包括变性、复性、延伸三步。在循环之前， 常要进行一次预变性， 以增加大分子模板 DNA 彻底变性的概率。 PCR的反应过程都是在 PCR 扩增仪中完成的。1. 变性：当温度上升到 90以上时，双链 DNA 解聚为单链， （如下图 ）。2. 复性：系统温度下降至 50左右时，两种

3、引物通过碱基互补配对与两条单链DNA 结合， （如下图 ）。3延伸：系统温度上升至 72左右时，溶液中的四种脱氧核苷酸（A、T、G、 C）在热稳定 DNA 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 ）。第一轮的产物作为第二轮的模板，第二轮的产物作为第三轮的模板，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聚合酶只能特异地复制处于两个引物之间的DNA 序列，是这段特点长度的序列呈指数扩增。 PCR实验中使用的设备、缓冲液等在使用前都要高压灭菌。四、PCR扩增的结果及含量计算1结果：变

4、性、复性、延伸三步反应完成后，一个DNA 分子就变成了 2 个 DNA 分子随着重复次数的增加， DNA分子就以 2n 的形式增加。2DNA含量计算公式： DNA含量（ gmL） 50*×（260nm 的读数 ） ×稀释倍数。 五、 PCR扩增与 DNA 复制项目DNA 复制PCR扩增不同点场所细胞内细胞外能量ATP提供能量不需 ATP提供能量酶解旋酶、 DNA 聚合酶耐高温的 TaqDNA 聚合酶是否有转录伴有转录 ,产生引物无转录 ,需加入两种引物特点边解旋边复制，半保留复制体外迅速扩增循环次数受生物体自身控制30 多次缓冲液不需要需要人为控制设备无严格控制温度变化的温

5、控设备相同点原料四种脱氧核苷酸复制原理严格遵循碱基互补配对原则模板DNA 为模板引物都需要与模板相结合的引物1、利用 PCR技术可获得目的基因，下列相关叙述正确的是（）A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 BPCR反应体系中需添加磷酸、脱氧核糖和含氮的碱基作为原料CPCR 体系中需要添加从受体细胞中提取的解旋酶和DNA 聚合酶DPCR反应中温度的周期性改变是为了DNA 聚合酶催化不同的反应2、PCR 是一种体外快速扩增 DNA 的方法，用于放大特定的 DNA 片段，数小时内可使目的 基因片段扩增到数百万个。 PCR需要模板 DNA、引物、脱氧核苷酸和

6、 DNA 聚合酶等条件。 下图为模板 DNA 分子及 2 种引物，请据图回答相关问题：（1）PCR的全称是。PCR与体内 DNA 复制的不同之外主要表现在温度环境的不同，在 PCR 技术中先用 95 高温处理的目的是 ，而这一过程在细胞内是通过 实现的。（2）在 PCR技术中所需要的引物实质上是一种。请在图中绘出引物结合的位置。（3）若将 1个 DNA分子拷贝 10 次，则需要在缓冲液中至少加入 个引物。（4）DNA 子链复制的方向是，这是由于3、PCR是一种 DNA体外扩增技术。 1988 年，PCR仪问世，并被广泛应用于基因扩增和DNA序列测定。如图是 PCR技术示意图，请回答下列问题：

7、（11 分/6min ） 标准的 PCR过程一般分为、 、 三大步骤。 引物是此过程中必须加入的物质，从化学本质 上说，引物是一小段将双链 DNA ，使之变性， 从而导致 。引物延伸需提供 作为原料。4、聚合酶链式反应 （PCR技术）是在实验室中以少量样品 DNA 制备大 量 DNA的生化技术，反应系统中包括微量样品DNA、DNA 聚合酶、引物、足量的 4 种脱氧核苷酸及 ATP等。反应中新合成的 DNA 又可 以作为下一轮反应的模板，故 DNA 数以指数方式扩增，其简要过程 如右图所示。1）某个 DNA样品有 1000 个脱氧核苷酸， 已知它的一条单链上碱基 A:G:T:C=1:2:3:4，

8、则经过 PCR 仪五次循环后，将产生个 DNA 分子，其中需要提供胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数量至少是 个。2）分别以不同生物的 DNA样品为模板合成的各个新 DNA 之间存在差异，这些差异是 （3）请指出 PCR技术与转录过程的三个不同之处：5、资料显示，近十年来， PCR技术（ DNA聚合酶链式反应技术）成为分子生物实验的一种常 规手段，其原理是利用 DNA半保留复制的特性，在试管中进行DNA的人工复制（如下图） ，在很短的时间内， 将 DNA扩增几百万倍甚至几十亿倍， 使分子生物实验所需的遗传物质不再 受限于活的生物体。请据图回答：（1）加热至 94的目的是使 DNA 样品的 键断裂，这一过程

9、在生物体细胞内是通过 酶的作用来完成的。通过分析得出新合成的DNA 分子中， A=T，C=G，这个事实说明 DNA 分子的合成遵循 。（2）新合成的 DNA分子与模板 DNA 分子完全相同的原因是 和。（3）通过 PCR技术使 DNA 分子大量复制时，若将一个用15N 标记的模板 DNA 分子（第一代）放入试管中， 以 14N 标记的脱氧核苷酸为原料， 连续复制到第五代时， 含 15N 标记的 DNA 分子单链数占全部 DNA 总单链数的比例为 。（4） PCR技术不仅为遗传病的诊断带来了便利，而且改进了检测细菌和病毒的方法。若要检测一个人是否感染了艾滋病病毒，你认为可以用PCR扩增血液中的(

10、)A白细胞 DNAB病毒蛋白质C血浆抗体D病毒核酸PCR技术”考点精析参考答案1、【解析】选 A。PCR方法扩增目的基因的原理就是 DNA 双链复制， A 项正确；PCR反应体系中需添加脱氧核糖核苷酸作为原料， B 错误； PCR过程中是通过高温使氢键断裂的，因此不需要加入解旋酶，C 项错误； PCR反应中温度的周期性改变是为了变性、复性、延伸，而不 是为了 DNA聚合酶催化不同的反应， D 项错误。2、【解析】 PCR技术又称多聚酶链式反应。在 PCR技术中，用 95 高温处理的目的是使 DNA分子中的氢键断裂， 两条链解开，即使 DNA 分子变性。引物是一种单链 DNA或 RNA分子，它能

11、与解开的 DNA母 链的 3端结合，为 DNA聚合酶提供吸附位点，使 DNA 聚合酶从引 物的 3端开始连接脱氧核苷酸， 从而决定了 DNA 子链复制的方向是 从 5端到 3端。在 DNA分子扩增时，需要 2 种引物，由于新合成 的子链都需要引物作为复制的起点， 故所需的引物数目等于新合成的 DNA 子链数目，即 2×21022112(个)。【答案】 (1)多聚酶链式反应使 DNA变性(使 DNA的两条链解开 )解旋酶的催化(2) 单链 DNA 或 RNA分子 如图所示：(3) 2112(4) 从5端到 3端 DNA聚合酶只能从引物的 3端开始连接单个 脱氧核苷酸分子3、【解析】 标准的 PCR过程一般分为高温变性、低温复性、中温延 伸三大步骤 引物是一小段单链 DNA或 RNA。 高温变性时，需要将双链 DNA 加热到 95，使之变性，从而导致 双链 DNA 分离成两条单链。 中