2019_2020学年高二人教版生物选修一课件:5.2 多聚酶链式反应扩增DNA片段 .pdf
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1、第14课时 多聚酶链式反应扩增DNA片段 专题5 DNA和蛋白质技术 学习导航 1.阅读教材P58“(一)”,分析PCR技术与DNA复制的区别和联系,掌握 PCR技术原理。 2.阅读教材P59“(二)”,分析PCR的过程,掌握PCR循环的原理。 3.阅读教材P62“实验操作及操作提示”,掌握PCR技术的实验操作过程 及注意事项。 4.阅读教材P6263“结果分析与评价”,掌握DNA含量测定的方法。 重难点击 1.了解PCR技术的基本操作。 2.理解PCR的原理。 3.讨论PCR的应用。 一、PCR原理与反应过程 当堂检测 二、PCR的实验操作 内容索引 一、PCR原理与反应过程 基础梳理 1.
2、PCR原理与条件原理与条件 (1)PCR的概念 PCR即 ,是一种体外迅速扩增 的技术。它能以 极少量的DNA为模板,在几小时内复制出上百万份的DNA拷贝。 多聚酶链式反应DNA片段 (2)细胞内DNA复制的基本条件 参与的组分在DNA复制中的作用 _打开DNA双链 DNA母链提供DNA复制的_ 4种_合成子链的原料 _催化合成DNA子链 引物使DNA聚合酶能够从引物的 端开始连接脱氧核苷酸 解旋酶 模板 脱氧核苷酸 DNA聚合酶 3 (3)PCR原理 DNA变性:在 的温度范围内,DNA的 将解体, 双链分开,这个过程称为变性。 DNA复性:当温度缓慢降低后,两条彼此分离的 又会重新结合 成
3、双链,这个过程称为复性。 子链的合成:DNA聚合酶从引物的 开始延伸DNA链,DNA的合 成方向总是从子链的 向 延伸。 80100 双螺旋结构 DNA链 3端 5端3端 (4)PCR条件 原料: 。 模板:加热变性解旋后的两条DNA母链。 酶:耐热的 。 引物:使DNA聚合酶能够从引物的 开始连接脱氧核苷酸。 其他条件:需要稳定的缓冲溶液和能自动调节温度的温控设备等。 4种脱氧核苷酸 DNA聚合酶 3端 2.PCR过程与结果过程与结果 (1)PCR过程 过程温度主要变化 变性 以上双链DNA解聚为_ 复性 左右 通过碱基互补配对分别与两条 结合 延伸 左右 溶液中的四种脱氧核苷酸(A, T,
4、 G, C)在_ 的作用下,根据 原则合成新的DNA链 90单链 50 两种引物单链DNA 72 DNA聚合酶 碱基互补配对 (2)PCR的结果 DNA聚合酶只能特异地复制处于 的DNA序列,使这段固定 长度的序列呈 扩增。 两个引物之间 指数 问题探究 1.PCR原理 PCR反应与体内DNA复制的引物在化学本质上是否相同?请分析原因。 答案 答案 不相同。体内DNA复制所需引物为RNA聚合酶合成的一小段RNA, 但PCR反应时所用引物一般是人工加入的一小段单链DNA。 答案 答案 答案 PCR反应不需要解旋酶,但需要DNA聚合酶。由于PCR反应中需 要高温使DNA解旋,因此PCR所需的DNA
5、聚合酶能耐高温。 2.PCR反应过程 (1)PCR反应中需要解旋酶和DNA聚合酶吗?若需要,则与细胞内DNA复 制有何区别? 答案 答案 每次循环中先高温解旋,再低温使引物与模板结合,最后适当升 温有利于Taq DNA聚合酶发挥作用。 (2)PCR的每次循环中应如何控制温度?请分析原因。 答案 (3)结合下图分析PCR过程中DNA复制的方向是怎样的? 答案 答案 答案 DNA的羟基(OH)末端为3端;磷酸基团的末端为5端。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。 归纳归纳 总结总结 PCR扩增与DN
6、A复制的异同 项目DNA复制PCR扩增 不 同 点 时期有丝分裂间期或减前的间期任何时期 场所活细胞内细胞外 酶解旋酶、DNA聚合酶耐高温的Taq DNA聚合酶 引物 有转录,产生RNA作引物,无需 人工加入 无转录,无引物产生,需人 工加入两种DNA引物 特点边解旋边复制先全部解旋后开始复制 不同点 缓冲液不需缓冲液配制缓冲液代替细胞核液 设备无控制温度变化的温控设备 相同点 原理严格遵循碱基互补配对原则 引物都需要分别与两条模板链相结合的两种引物 模板DNA的两条链为模板 特点半保留复制 原料游离的四种脱氧核苷酸 拓展应用 1.下列关于DNA复制和PCR技术的描述中,正确的是 A.DNA聚
7、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.PCR扩增的对象是氨基酸序列 解析 解析 DNA聚合酶不能从头开始合成DNA,故DNA复制需要引物。 DNA聚合酶只能从3端延伸DNA链,而不能从5端延伸DNA链。引物 通过碱基互补配对原则与DNA母链相结合。PCR扩增的对象是DNA,不 是氨基酸序列。 答案解析 2.PCR技术有效地解决了因为样品中DNA含量太低难以对样品进行研究 的问题,而被广泛应用,与细胞内的DNA复制相比,PCR可以快速扩增 所需的DNA片段,请分析回答下列有关问题: (1)体内DNA复制过程
8、中用解旋酶打开双链DNA,而PCR技术中的解旋原 理是 。 答案解析 DNA的热变性原理 解析 解析 PCR技术中用高温使DNA分子中的氢键打开,从而解旋,其原理 是DNA的热变性原理。 (2)此过程需要一种Taq DNA聚合酶。 该酶是从 中分离的。 答案解析 水生耐热细菌Taq 解析 解析 Taq DNA聚合酶是从水生耐热细菌Taq中提取的。 (3)与普通DNA聚合酶相比,Taq DNA聚合酶具有的特性是 。 耐高温 解析 解析 与普通DNA聚合酶相比,Taq DNA聚合酶在90 以上的环境中不 变性,具有耐高温的特性。 (4)与体内DNA复制相比较,PCR反应要在 中才能进行, 并且要严
9、格控制 条件。 解析 解析 PCR反应需要适宜的温度和pH,因此PCR反应要在一定的缓冲溶 液中进行,并需严格控制好温度条件。 一定的缓冲溶液 温度 (5)PCR中加入的引物有 种, 加入引物的作用是 。 答案解析 2 解析 解析 PCR需要两种引物,引物的识别位点决定了PCR扩增的DNA片段。 PCR中加入的引物一般是一小段单链DNA,作用是引导DNA复制,可以 使游离的脱氧核苷酸与之结合形成磷酸二酯键,成为DNA复制的起点。 作为DNA复制的起点 答案 答案 需要。细胞内的适宜温度和pH与内环境的稳态有关,低等生物与 环境因素有关。 一题多变一题多变 细胞内的DNA复制需要适宜的温度和pH
10、吗?若需要,是如何实现的? 答案 易错提醒易错提醒 与与PCR原理有关的三个易错点原理有关的三个易错点 (1)酶的作用位点:解旋酶的作用是使DNA两条链之间的氢键断开;DNA 聚合酶与DNA连接酶的作用都是催化形成磷酸二酯键。不要误认为解旋 酶也作用于磷酸二酯键。 (2)DNA聚合酶和DNA连接酶:DNA聚合酶是将单个核苷酸连接到已有 的单链片段的3端上,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。 (3)PCR中的解旋过程:PCR过程中不需要解旋酶,需要升高温度才能打 开氢键,但此时的温度不会破坏磷酸二酯键,因此,DNA加热变性后变 为单链,并未分解成单体。 二、PC
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