生物:5.2《多聚酶链式反应扩增DNA片段》课件(新人教版选修1).ppt
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1、多聚酶链式反应多聚酶链式反应 扩增扩增DNADNA片断片断 一、基础知识一、基础知识 (一)(一)DNADNA分子的结构分子的结构 C C、HH、OO、N N、P P 1 1、组成元素、组成元素 脱氧核苷酸脱氧核苷酸 2 2、基本单位、基本单位 3 3、脱氧核苷酸结构、脱氧核苷酸结构 脱氧核脱氧核 苷酸苷酸 脱氧核苷脱氧核苷 磷酸磷酸 脱氧核糖脱氧核糖 含氮含氮 碱基碱基 嘌呤嘌呤 嘧啶嘧啶 腺嘌呤(腺嘌呤(A A) 鸟嘌呤(鸟嘌呤(GG) 胞嘧啶(胞嘧啶(C C) 胸腺嘧啶(胸腺嘧啶(T T) 一个核苷酸上的一个核苷酸上的磷酸基团上的磷酸基团上的“OH”OH”和和另一另一 个核苷酸分子的第三
2、位碳原子上的羟基个核苷酸分子的第三位碳原子上的羟基之间失之间失 去一分子水,形成去一分子水,形成磷酸二脂键,磷酸二脂键,即在即在相邻的相邻的两两 个脱氧核苷酸的个脱氧核苷酸的33和和55碳原子碳原子之间形成磷酸之间形成磷酸 二脂键。数量庞大的四种脱氧核苷酸通过二脂键。数量庞大的四种脱氧核苷酸通过33、 55、磷酸二脂键彼此连接起来形成脱氧核苷酸、磷酸二脂键彼此连接起来形成脱氧核苷酸 链。链。通常将通常将DNADNA的的羟基羟基“OH”OH”末端称为末端称为33 端,而磷酸基团的末端称为端,而磷酸基团的末端称为55端端 4 4、多脱氧核苷酸链得形成、多脱氧核苷酸链得形成 脱氧核苷酸结构式脱氧核苷
3、酸结构式 O O P O HO 碱基 O OH O O P O HO OH 碱基 5 3 3 5碱基 碱基 脱氧核糖脱氧核糖 磷酸基团磷酸基团 碱基碱基 脱氧核糖脱氧核糖 碱基碱基 脱氧核糖脱氧核糖 5 3 多脱氧核苷酸链结构简图多脱氧核苷酸链结构简图 5 5、DNADNA分子的双螺旋结构分子的双螺旋结构 DNADNA分子是由两条反向平行的(即一分子是由两条反向平行的(即一 条链为条链为3355,另一条链为,另一条链为5 5 3 3 )脱氧核苷酸长链盘旋而成的规则双螺旋)脱氧核苷酸长链盘旋而成的规则双螺旋 结构结构 脱氧核糖与磷酸交替连结,排列在外侧脱氧核糖与磷酸交替连结,排列在外侧 ,构成基
4、本骨架;碱基排列在链的内侧,构成基本骨架;碱基排列在链的内侧 两条链上的碱基通过氢键连结起来,形成两条链上的碱基通过氢键连结起来,形成 碱基对。碱基对的组成有特定的规律:即腺碱基对。碱基对的组成有特定的规律:即腺 嘌呤一定与胸腺嘧啶配对,鸟嘌呤一定同胞嘌呤一定与胸腺嘧啶配对,鸟嘌呤一定同胞 嘧啶配对嘧啶配对 6 6、利用碱基互补配对规律的计算、利用碱基互补配对规律的计算 规律一:规律一:DNADNA双链中的两条互补链的碱基相等,双链中的两条互补链的碱基相等, 任意两个互补的碱基之和相等即任意两个互补的碱基之和相等即A=TA=T,G=CG=C。任任 意两个不互补的碱基之和恒等,占碱基总数的意两个
5、不互补的碱基之和恒等,占碱基总数的 50%50%。即:。即:A+GA+GT+CT+CA+CA+CT+GT+G50%50%, (A+GA+G)/(T+C)/(T+C)(A+C)/(G+T)(A+C)/(G+T)(T+C)/(A+G)(T+C)/(A+G) 1 1 规律二:在规律二:在DNADNA双链中的一条单链双链中的一条单链( (A+G)/(T+C)A+G)/(T+C) 的值与另一条互补链的的值与另一条互补链的 (A+G) /(T+C)(A+G) /(T+C)的值互为的值互为 倒数关系倒数关系 规律三:规律三:DNADNA双链中,一条单链的双链中,一条单链的( (A+T)/(G+C)A+T)/
6、(G+C) 的值与另一条互补链的的值与另一条互补链的( (A+T)/(G+C)A+T)/(G+C)的值是相等的值是相等 的,也与整个的,也与整个DNADNA分子中的分子中的( (A+T)/(G+C)A+T)/(G+C)的值相的值相 等等 (二)(二)DNADNA分子的特性分子的特性 1 1、稳定性稳定性 在在DNADNA分子双螺旋结构的内侧,分子双螺旋结构的内侧,通过通过氢键氢键形形 成的碱基对,使两条脱氧核苷酸长链稳固的并成的碱基对,使两条脱氧核苷酸长链稳固的并 联起来联起来 例题:甲例题:甲DNADNA分子中,分子中,A A和和T T占占2525,GG和和C C占占 75%75%,乙,乙D
7、NADNA分子中,分子中,GG和和C C占占2525, A A和和T T 占占75%75%,哪一个稳定?,哪一个稳定? 答:甲答:甲DNADNA分子比乙分子比乙DNADNA分子稳定。因为分子稳定。因为A A与与 T T之间形成两个氢键,之间形成两个氢键,在在GG和和C C之间形成三个氢之间形成三个氢 键,键,三个氢键比两个氢键稳定,所以在三个氢键比两个氢键稳定,所以在DNADNA分分 子中含有较多的子中含有较多的GGC C碱基对比含有较多的碱基对比含有较多的A A T T碱基稳定碱基稳定 2 2、多样性多样性 构成构成DNADNA分子的碱基对的数量不同,碱基对的分子的碱基对的数量不同,碱基对的
8、 排列顺序千变万化排列顺序千变万化 例题:如果有例题:如果有40004000个碱基对,碱基对有多少个碱基对,碱基对有多少 种排列方式?种排列方式? 答:碱基对排列方式有答:碱基对排列方式有4 44000 4000种 种 3 3、特异性特异性 不同的不同的DNADNA分子由于碱基对的排列顺序存在差分子由于碱基对的排列顺序存在差 异,因此每一个异,因此每一个DNADNA分子的碱基对都有其特定分子的碱基对都有其特定 的排列顺序,这种特定的排列顺序包含着特定的排列顺序,这种特定的排列顺序包含着特定 的遗传信息,的遗传信息,每一种生物每一种生物( (A+T)/(G+C)A+T)/(G+C)的比值的比值
9、是特定的是特定的 (三)(三)DNADNA的复制的复制 2 2、时期、时期 有丝分裂间期减数第一次分裂前的间期有丝分裂间期减数第一次分裂前的间期 3 3、场所、场所 细胞核(主)、线粒体、叶绿体细胞核(主)、线粒体、叶绿体 4 4、模板、模板 DNADNA母链母链 1 1、概念、概念 由一个由一个DNADNA形成两个完全相同的形成两个完全相同的DNADNA的过程的过程 5 5、原材料、原材料 脱氧核苷酸脱氧核苷酸 6 6、基本条件、基本条件 酶、酶、ATPATP、原料、模板原料、模板 7 7、复制过程、复制过程 DNADNA的的解旋解旋 亲代亲代DNADNA分子利用细胞提供的能量在解旋酶分子利
10、用细胞提供的能量在解旋酶 的作用下氢键断裂,部分双螺旋链解旋为两的作用下氢键断裂,部分双螺旋链解旋为两 条平行的双链条平行的双链 RNARNA引物的合成引物的合成 以以单股单股DNADNA为模板,在引物酶的作用下合成为模板,在引物酶的作用下合成 小段的小段的RNARNA引物引物 DNADNA的的生成生成 以以单股的单股的DNADNA为模板,在为模板,在DNADNA聚合酶的作用下,聚合酶的作用下, 在在RNARNA引物的末端由引物的末端由55端端33端合成端合成DNADNA。 切掉引物生成冈崎片断切掉引物生成冈崎片断 在在核酸酶的作用下切掉引物。在核酸酶的作用下切掉引物。在DNADNA聚合酶的作
11、聚合酶的作 用下将引物部位换上用下将引物部位换上DNADNA,此时的此时的DNADNA片断称为片断称为 冈崎片断冈崎片断 DNADNA片断的连接片断的连接 在在DNADNA连接酶的作用下将冈崎片断连接起来。形连接酶的作用下将冈崎片断连接起来。形 成一条完整的新的成一条完整的新的DNADNA链。新链与旧链构成新的链。新链与旧链构成新的 DNADNA 边解旋边复制边解旋边复制( (过程)过程) 8 8、复制特点、复制特点 半保留复制(结果)半保留复制(结果) 9 9、遵循原则、遵循原则 碱基互补配对原则碱基互补配对原则 1010、精确复制的原因精确复制的原因 1111、复制的意义、复制的意义 DN
12、ADNA分子通过复制使遗传信息从亲代传给了分子通过复制使遗传信息从亲代传给了 后代,从而保持了遗传信息的连续性后代,从而保持了遗传信息的连续性 规则的双螺旋结构为复制提供了精确的模板规则的双螺旋结构为复制提供了精确的模板 碱基互补配对能力保证了复制准确无误的进行碱基互补配对能力保证了复制准确无误的进行 一条双链一条双链DNADNA分子,复制分子,复制N N次,形成的子代次,形成的子代 DNADNA分子中,含亲代分子中,含亲代DNADNA母链的有两个母链的有两个DNADNA 分子,占子代分子,占子代DNADNA总数的总数的2/22/2 N N ;亲代亲代DNADNA分分 子母链两条,占子代子母链
13、两条,占子代DNADNA中脱氧核苷酸链总中脱氧核苷酸链总 数的数的2/2 2/2 N+1 N+1= 1/2 = 1/2 N N 设一条设一条DNADNA分子中有胸腺嘧啶为分子中有胸腺嘧啶为mm个,则该个,则该 DNADNA复制复制n n次后,形成子代次后,形成子代DNADNA分子需游离的分子需游离的 胸腺嘧啶为胸腺嘧啶为T=(2T=(2 N N -1)m-1)m 1212、DNADNA复制过程中的等量关系复制过程中的等量关系 (四)(四) PCR(PCR(多聚酶链式反应)多聚酶链式反应) 1 1、 DNADNA聚合酶聚合酶特性特性 不能从头合成不能从头合成DNADNA,只能从只能从DNADNA
14、的的33端开始端开始 延伸延伸DNADNA链,因此,链,因此, DNADNA复制需要引物复制需要引物 2 2、 DNADNA聚合酶聚合酶作用过程作用过程 当引物与当引物与DNADNA母链通过碱基互补配对结合后母链通过碱基互补配对结合后 , DNADNA聚合酶就能从引物的聚合酶就能从引物的33端开始延伸端开始延伸 DNADNA链,链, DNADNA的的合成方向总是从子链的合成方向总是从子链的55 端向端向33端延伸端延伸 3 3、 PCRPCR原理原理 在在8080100100C C的温度范围内,的温度范围内, DNADNA的的双螺双螺 旋结构将解体,双链分开,这个过程称为变性旋结构将解体,双链
15、分开,这个过程称为变性 当温度缓慢降低后,两条彼此分离的当温度缓慢降低后,两条彼此分离的DNADNA链链 又会重新结合成双链又会重新结合成双链 PCRPCR利用了利用了DNADNA的的热变性原理,通过控制温热变性原理,通过控制温 度来控制双链的解聚与结合,现在使用的度来控制双链的解聚与结合,现在使用的PCRPCR仪仪 实质上也是一台能够自动调控温度的仪器实质上也是一台能够自动调控温度的仪器 高温解决了打开双链的问题,但是,又导致高温解决了打开双链的问题,但是,又导致 DNADNA聚合酶失活的问题,耐高温的聚合酶失活的问题,耐高温的TaqTaq DNA DNA 聚合酶解决了高温导致聚合酶解决了高
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- 多聚酶链式反应扩增DNA片段 生物 5.2 多聚酶 链式反应 扩增 DNA 片段 课件 新人 选修
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