2017-2018学年高中生物 第四章 生物化学与分子生物学技术 第2节 分子生物学技术教案 苏教版选修1

1、第二节分子生物学技术教学目标1简述PCR技术的原理及基本操作步骤。(重难点)2尝试进行DNA片断的PCR扩增。(难点)P C R 扩 增 的 原 理 和 过 程1细胞内DNA复制的条件原料4种脱氧核苷酸模板2条DNA母链酶解旋酶和DNA聚合酶引物使DNA聚合酶能够从引物的3端开始连接脱氧核苷酸2.PCR扩增技术(1)概念：在体外快速扩增特定基因或DNA序列(目的DNA片段)的实验技术，又称为体外基因扩增技术或DNA扩增技术。(2)PCR技术的原理：条件：DNA模板、TaqDNA聚合酶、脱氧核苷酸引物、四种脱氧核苷酸。PCR扩增的特点：快速、简便和灵敏。进行PCR的先决条件：待扩增的DNA片段3

2、端的脱氧核苷酸序列要为已知。引物序列确定的依据是：被扩增区域的3端边界DNA序列。3PCR反应的过程变性退火(复性)延伸合作探讨探讨1：什么是引物？DNA复制时为什么需要引物？提示：所谓引物是指两段与待扩增的DNA序列互补的一小段DNA或RNA片段。在DNA扩增时，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，因此克隆DNA时应加入两种引物。探讨2：为什么PCR需要耐高温的TaqDNA聚合酶？提示：因为PCR反应过程中变性和延伸都需要较高的温度，一般的DNA聚合酶在这种温度下会变性失活，只有耐高温的TaqDNA聚合酶在这种温度下可以正常发挥作用。探讨3：如果某DNA片段经过

3、PCR反应扩增了4个循环，请计算双链中都含引物的DNA分子的数目。提示：由于DNA复制具有半保留复制的特点，所以含有母链的DNA分子只有两个，其他分子的两条链都含有引物。复制4次共形成2416(个)，有14个DNA分子的两条链均含引物。思维升华1PCR解旋与复旋的原理：DNA热变性的原理2PCR的反应过程(1)变性：当系统温度上升到90 以上时，双链间的氢键打开，DNA解旋为单链，如图：(2)复性：当系统温度下降到50 左右时，两种引物通过碱基互补配对分别与两条单链DNA结合，如图：(3)延伸：当系统温度上升到72 左右时，溶液中的4种脱氧核苷酸(A，G，C，T)在DNA聚合酶的作用下，从引物

4、的3末端开始，根据碱基互补配对原则合成新的DNA链，如图：3PCR扩增的计算理论上DNA呈指数方式扩增。若开始只有一个DNA提供模板，则循环n次后有2n个；若开始有N0个DNA提供模板，则循环n次后获得的子代DNA数目为N02n个。1DNA片段的PCR扩增(1)准备器材(2)在0.2 mL PCR薄壁离心管中加入5_L10倍浓缩的PCR缓冲液，4种脱氧核苷酸的溶液各5 L,1_L模板DNA，5_L引物1和5_L引物2,29_L双蒸水。(3)煮沸5_min之后冰浴2 min，低速离心，按照1单位/L加入Taq聚合酶。(4)扩增DNA片断的反应程序：将离心管放入PCR仪中，盖上样品池盖。在94_的

5、条件下预热5 min，再设置反应程序为：94 ，30 s55 ，30 s72 ，1 min(以上过程循环30次)。最后一次延伸条件为72_，1_min。运行反应程序。2DNA分子的测定合作探讨探讨1：如何避免在PCR操作中被外源DNA污染？提示：在PCR实验中使用的微量离心管、枪头、缓冲液和蒸馏水都要在使用前进行高压灭菌。探讨2：为什么要将微量离心管放在离心机上进行离心？提示：离心的目的是使反应液集中在离心管底部。探讨3：PCR需要耐高温的TaqDNA聚合酶、引物等条件，如何通过设置对照实验进行验证？提示：在对照组中不加入TaqDNA聚合酶或引物，与实验组形成对照，就可以证明PCR需要耐高温的

6、TaqDNA聚合酶和引物。思维升华1PCR实验操作的注意事项(1)PCR所用的缓冲液配制一定要严格，或者直接购买专用扩增缓冲液。(2)为避免外源DNA等因素的污染，PCR实验中使用的微量离心管、吸液枪头、缓冲液以及蒸馏水等在使用前必须进行高压灭菌。(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)PCR实验中应注意各种反应成分的用量，用量不当、漏加成分、PCR程序设置不当等，均有可能导致DNA片段扩增的失败。(5) PCR扩增的是位于两种引物之间的DNA片段，合理设计引物是PCR成功的关键。2PCR技术的应用(1)医学上用该技术分析人的精液，对细菌、病毒感染进行早期诊断。(2)对单细胞中的DNA进行扩增，用于遗传病的基因诊断，并在此基础上进一步制备无突变的DNA片段供遗传病患者基因治疗时使用。(3)法医学用此技术来鉴别罪犯或进行亲子鉴定。(4)古生物学用此技术分析古生物化石样品，追溯其生存年代或迁徙踪迹。(5)在农业生物技术中，可运用此技术检测目的基因是否已经成功导入目标生物等。课堂小结：网络构建核心回扣1.DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，只能从3端延伸DNA链，因此，DNA的合成方向总是从子链的5端向3端延伸。2.PCR反应需要DNA模板、两种引物、四种脱氧核苷酸、耐热的DNA聚合酶等条件。3.PCR利用了DNA的热变性原理，通过控制温