《新人教版生物選修1課題2《多聚酶鏈式反應擴增DNA片段》教案二》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《新人教版生物選修1課題2《多聚酶鏈式反應擴增DNA片段》教案二（8頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 2019 最新新人教版生物選修 1 課題 2《多聚酶鏈式反應擴 增 DNA片段》教案二 【課題目標】 本課題通過嘗試 PCR（DNA多聚酶鏈式反應）技術的基本操作 , 使學生體驗 PCR這一常規(guī)的分子生物學實驗方法 , 理解 PCR的原理 , 討論 PCR的應用。 【課題重點與難點】 課題重點： PCR的原理和 PCR的基本操作。 課題難點： PCR的原理。 [導學誘思 ] 1．PCR原理 填寫下列表格 參與的組分 在 DNA 復制中的作用 解旋酶 DNA 母

2、鏈 合成子鏈的原料 DNA 聚合酶 引物 DNA 的兩條鏈是反向平行的 ,通常將 DNA 的羥基末端稱為 ,而磷酸基團的末端稱 為 。DNA 聚合酶不能 開始合成 DNA,而只能 ,因此 ,DNA 復制需要引物。 DNA 的 合成方向總是 。 在 DNA 的復制過程中 ,復制的前提是 。在體外可通過控制 來實現(xiàn)。 在 的溫度范圍內 ,DNA 的雙螺旋結構將解體 ,雙鏈分開 ,這個過程稱為 。 PCR利用 了 DNA 的 原理 ,通過控制溫度來控制雙鏈的解聚與結合。由于 PCR過

3、程的溫度高 ,導致 DNA 聚合酶失活 ,后來 的 DNA 聚合酶的發(fā)現(xiàn)和應用 ,大大增加了 PCR的效率。 PCR反應需要在一定的緩沖溶液中提供： , , , 同,時通過控制溫度使 DNA 復制在體外反復進行。 2．PCR的反應過程 PCR一般要經(jīng)歷 循環(huán) ,每次循環(huán)可以分為 、 和 三步。從第二輪循環(huán)開始 ,上 一次循環(huán)的產(chǎn)物也作為模板參與反應 ,并且由 延伸而成的 DNA 單鏈會與 結合 ,進 行 DNA 的延伸 ,這樣 ,DNA 聚合酶只能 使,這段

4、固定長度的序列成指數(shù)擴增。 3．實驗操作 在實驗室中 ,做 PCR通常使用 , 它是一種薄壁塑料管。具體操作時 ,用微量移液器 , 按 PCR反應體系的配方在 中依次加入各組分 ,,再參照下表的設置設計好 PCR儀的循環(huán) 程序即可。 4．操作提示 為避免外源 DNA 等因素的污染 ,PCR實驗中使用的 、 、 以及蒸餾水等在使 1 / 4 用前必須進行 。 PCR所用的緩沖液和酶應分裝成小

5、份 ,并在 儲存。使用前 ,將所需試劑從冰箱拿出 ,放在冰塊上緩慢融化。在微量離心管中添加反應 成分時 ,移液管上的槍頭要 。 [疑難點撥 ] 1.PCR技術簡介 PCR是一種體外迅速擴增 DNA 片段的技術 ,它能以極少量的 DNA 為模板 ,在幾小時內復 制出上百萬份的 DNA 拷貝。這項技術有效地解決了因為樣品中 DNA 含量太低而難以對樣 品進行分析研究的問題 ,被廣泛的應用于遺傳疾病的診斷、刑偵破案、古生物學、基因克隆 和 DNA 序列測定等各方面。

6、 2．細胞內參與 DNA 復制的各種組 成成分及其作用 ①解旋酶：打開 DNA 雙鏈 ②DNA 母鏈：提供 DNA 復制的模板 ③ 4 種脫氧核苷酸：合成 子鏈的原料 ④ DNA 聚合酶：催化合成 DNA 子鏈 ⑤引物：使 DNA 聚合酶能夠從引物的 3, 端開始連接脫氧核苷酸（引物是一小段 DNA 或 RNA,它能與 DNA 母鏈的一段堿基序列互補 配對。用于 PCR的引物長度通常為 20—30 個核苷酸） 3．DNA 的合成方向

7、 3,端 ,而磷酸基團的末端稱為 DNA 的兩條鏈是反向平行的 ,通常將 DNA 的羥基末端稱為 5 ,端。 DNA 聚合酶不能從頭開始合成 DNA,而只能從 3,端延伸 DNA 鏈 ,因此 ,DNA 復制需要引 物。當引物與 DNA 母鏈通過堿基互補配對結合后 ,DNA 聚合酶就能從引物的 3,端開始延伸 DNA 鏈,DNA 的合成方向總是從子鏈的 5,端向 3,端延伸。 4．PCR的反應過程 90oC 以上時 ,雙 PCR 一般要經(jīng)歷三十多次循環(huán) ,每次循環(huán)可以

8、分為變性（當溫度上升到 鏈 DNA 解聚為單鏈）、復性（溫度下降到 50o C 左右 , 兩種引物通過堿基互補配對與兩條單 鏈 DNA 結合）和延伸（溫度上升到 72oC 左右 ,溶液中的四種脫氧核苷酸在 DNA 聚合酶的作 用下 ,根據(jù)堿基互補配對原則合成新的 DNA 鏈）三步。從第二輪循環(huán)開始 ,上一次循環(huán)的產(chǎn) 物也作為模板參與反應 ,并且由引物Ⅰ延伸而成的 DNA 單鏈會與引物Ⅱ結合 ,進行 DNA 的延 伸,這樣 ,DNA 聚合酶只能特異的復制處于兩個引物之間的 DNA 序列 ,使這段固定長度的序列 成指數(shù)擴增。

9、 5．PCR技術與 DNA 的復制 PCR反應是通過控制溫度使 DNA 復制在體外反復進行。 PCR反應的實質就是 DNA 復制 , 所以有關 PCR 反應的題目與 DNA 復制的原理相同 ,計算方法也大體相同。例如： PCR 反應 中的目的片段一般以 2n 的方式積累 ,其中 n 為反應循環(huán)次數(shù)。一個 DNA 片段在 30 次循環(huán)后 反應物中大約有 10 億個這樣的片段。（ 23 0） [典例解析 ]]

10、 一個由 15N 標記的 DNA 分子 ,放在沒有標記的環(huán)境中培養(yǎng) ,利用 PCR循環(huán) 5 次后標記的 DNA 分子總數(shù)的（ ） A 1/ 10 B 1/5 C /16 D1/25 答案： C 5 次后產(chǎn)生的 DNA 分子數(shù)目為 2 n。而 DNA 的復制 解析：一個 DNA 分子利用 PCR技術循環(huán) 是半保留復制 ,其特點是：新形成的 DNA 雙鏈 ,一條是來自親代 DNA 分

11、子的母鏈 ,另一條是新 形成的子鏈。這樣最初由 15N 標記的 DNA 分子復制后 ,其標記的兩條鏈就分別進入兩個子代 DNA 分子中 ,這樣兩個子代 DNA 分子被標記了。以后均是在沒有標記的環(huán)境中培養(yǎng) ,不論經(jīng) 過多少次復制 ,最初標記的兩條鏈始 終存在于兩個 DNA 分子中 ,這樣經(jīng)過 n 次循環(huán)后 ,標記的 DNA 分子中 2/2n,即 1/2n-1。 【課本問題答案 和提示】 2 / 4 練習 1. 提示：

12、繪圖可參考教科書中圖 5-9 。 PCR反應中的目的片段一般以 2n 的方式積累 , 其中 n 為反應循環(huán)次數(shù)。一個 DNA片段在 30 次循環(huán)后反應物中大約有 10 億個這樣的片段（2n=230=1 073 741 824) 。 2. 提示： PCR引物是根據(jù)需要擴增的目標DNA的堿基序列來設計的。引物的設計需要 豐富的分子生物學實驗經(jīng)驗 , 感興趣的學生可以參考《分子克隆實驗指南》 （ 見本專題參 考書目） , 書中有詳盡的論述。 【參考資料】 1. 瓊脂糖凝膠濃度與 DNA分離范圍的關系 凝膠濃度要依據(jù) DNA分子

13、的大小來確定。編碼雙歧桿菌 16srRNA 的 DNA片段大小約為 1 500 個核苷酸的長度 , 因此根據(jù)表 4-1 選用 1％（ 1 g/100 mL, 下同）的凝膠濃度。 表 4-1 瓊脂糖凝膠濃度與 DNA分離范 圍的關系 瓊脂糖凝膠濃度 (%) 線型 DNA分子的分離范圍 ( 千堿基對 ,kb) 0.3 5～60 0.6 1～20 0.7 0.8 ～ 10 0.9 0.5 ～ 7 1.2 0.9 ～ 6 1.5 0.2 ～ 3 12.0 0. 1～ 2 2

14、. 核酸電泳緩沖液 核酸電泳緩沖液有三種 , 分別是 Tris —硼酸 (TBE) 、 Tris —乙酸 (TAE) 和 Tris —磷酸 (TPE) 。在上述三種緩沖液中： TBE與 TPE緩沖液容量高 , 對 DNA的分離效果好 , 但 TPE液中 含磷酸鹽的濃度偏高 , 容易使 DNA 沉淀。 TAE 液的緩沖容量低 , 價格較便宜。本實驗選用的 是 TBE緩沖液。緩沖液中的 EDTA可螯合正價陽離子 , 從而抑制 DNA酶的活性 , 防止 PCR產(chǎn)物被降解。 10 倍濃縮的 TBE緩沖液配方如下。 Tris 108 g ED

15、TA 9.3 g 硼酸 55 g 3 / 4 將上述物質溶解后 , 用蒸餾水定容至 1 000 mL, 調節(jié) pH 為 8.0 ～8.2 備用 , 使用時需稀 釋 10 倍。 3. 核酸電泳的指示劑與染色劑 核酸電泳常用的指示劑是溴酚藍 , 溴酚藍在堿性條件下呈藍紫色。指示劑一般與蔗 糖、甘油或聚蔗糖 400 組成載樣緩沖液。載樣緩沖液的作用是：能夠增加樣品密度 , 確保 DNA 均勻沉入加樣孔內；能夠在電泳中形成肉眼可見的藍紫色指示帶 , 從而幫助預測核酸電 泳的速度

16、和位置；能夠使樣品呈現(xiàn)藍紫色 , 使加樣操作更方便。 核酸電泳后 , 需要染色才能在紫外線下觀察到帶型。最常用的染色方法是溴化乙錠染 色法。溴化乙錠 (EB) 是一種熒光染料 , 有劇毒 , 因此操作時要非常小心。 EB 可嵌入 DNA雙鏈 的堿基對之間 , 在紫外線激發(fā)下 , 能發(fā)出紅色熒光。染色的方法有兩種。一種是在凝膠電泳 液中加入 EB,使其終濃度為 0.5 μ g/mL；一種是在電泳后 , 將凝膠浸入 0.5 μ g/mL 的 EB 溶 液中 , 染色 10～ 15 min 。當凝膠染色過深時 , 可以將凝

17、膠放入蒸餾水中浸泡 30 min 后再觀 察。 4.PCR 的常見問題 PCR實驗很容易出現(xiàn)假陽性或假陰性的結果。出現(xiàn)假陰性結果的常見原因有： Taq DNA 聚合酶活力不夠或其活性受 到抑制；引物設計不合理；提取的模板質量或數(shù)量不過關以及 PCR系統(tǒng)的建立欠妥當；循環(huán)次數(shù) 不夠；等等。當實驗中出現(xiàn)假陰性的情況時 , 應首先在原 來擴增的產(chǎn)物中再加入 Taq DNA 聚合酶 , 并增加 5～ 10 次循環(huán)。為了防止假陰性結果的出現(xiàn) , 在選用 Taq

18、 DNA聚合酶時 , 要注意用活力高、質量好的酶。同時 , 在提取 DNA模板時 , 應特別 注意避免提取物中含有抑制酶活性的污染物 , 如酚、氯仿等的存在。盡管 Taq DNA 聚合酶對 模板純度的要求不高 , 但也不允許有機試劑的污染。 PCR擴增的先決條件以及特異性的高低 , 很大程度上取決于引物與靶 DNA的互補情況 , 尤其需要保證引物的 3′ 端與靶基因互補。 PCR 技術高度靈敏 , 極其微量的靶基因污染都會造成非目標 DNA片段的大量擴增 , 因此模板 DNA的污染是 PCR假陽性結果的主要原因。此外 , 樣品中存在靶基因的同源序列也可能造成 假陽性結果。為了避免因污染而造成的假陽性結果 ,PCR 操作時要注意做到：隔離操作區(qū) , 分裝試劑 , 簡化操作程序 , 使用一次性吸頭等 【教學反思】 4 / 4