生物：5.2《多聚酶链式反应扩增DNA片段》教案(新人教版选修1)高二.doc

生物：5.2《多聚酶链式反应扩增DNA片段》教案(新人教版选修1)高二.doc

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课题：

多聚酶链式反应扩增DNA片段

教学目标：

（一）知识与技能

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

（二）过程与方法

在多聚酶链式反应扩增DNA片段的实验过程中，应避免外源DNA污染，严格控制温度等反应条件[来源:

学+科+网Z+X+X+K]

（三）情感、态度与价值观

通过对PCR实验的操作及结果分析，培养学生严谨的科学态度和实事求是的科研精神

教学重点：

PCR的原理和PCR的基本操作

教学难点：

PCR的原理

教学过程：

（一）引入新课

在现代生物技术中，DNA技术可谓是尖端技术。

人类基因组计划、基因工程、基因诊断、基因检测、古生物鉴定等都离不开对DNA分子碱基序列的分析。

而分析DNA碱基序列，就需要一定量的DNA片段。

怎样迅速获得足够量的DNA片段呢？

今天我们来研究学习DNA分子的扩增技术――PCR技术。

（二）进行新课

1．基础知识

PCR技术扩增DNA的过程，与细胞内DNA复制过程类似：

1．1细胞内DNA复制条件分析：

条件[来源:

学*科*网Z*X*X*K]

组分

作用

模板

DNA的两条单链

提供复制的模板

原料

四种脱氧核苷酸

合成DNA子链的原料

酶

解旋酶

DNA聚合酶

打开DNA双螺旋

催化合成DNA子链

能量

ATP

为解螺旋和合成子链供能

引物

RNA

为DNA聚合酶提供合成的3’端起点

1．2细胞内DNA复制过程

（1）DNA的反向平行结构：

（结合投影图）

核苷酸分子的结构与方向性：

（分子结构模式图）

由核苷酸通过3,5-磷酸二酯键连接形成核苷酸长链：

（模式图，体现方向性）。

DNA双螺旋结构的反向平行结构：

（2）DNA的复制过程:

解旋：

解旋酶、ATP，DNA两条链打开，，形成两条DNA单链。

引物结合：

在DNA单链3’端与DNA反向配对结合，确保引物3’端与DNA单链准确配对。

DNA聚合酶结合：

[来源:

学科网ZXXK]

子链合成：

DNA聚合酶从引物3’端开始，将配对的脱氧核苷酸连接起来。

后续加工：

DNA聚合酶I将引物切去，并合成空缺处的DNA单链，再由DNA连接酶将不连续的DNA子链连接起来（半不连续合成。

先导链，滞后链）

子链合成特点：

不能从头合成；合成方向为“5’→3’合成”。

感悟生命的神秘：

DNA聚合酶不但能够催化磷酸二酯键的形成，还具有校对功能。

它在每引入一个核苷酸后都要复查一次，只有碱基配对无误后才能继续往下聚合，它不能从头合成。

RNA聚合酶没有校对功能，因此RNA的合成不需要引物，而是从头合成的，它的错配可能性较大，在RNA引物完成功能后即被DNA聚合酶I删去，代之以高保真的DNA链。

［思考］DNA分子能准确复制的原因有哪些？

DNA双螺旋结构提供模板；碱基互补配对；DNA聚合酶的复查功能。

［思考］细胞内哪些物质是从头合成的？

RNA合成、蛋白质合成。

1．3DNA分子复制的人工控制

解开螺旋：

在80～100℃时，DNA双螺旋打开，形成两条DNA单链，称为变性。

恢复螺旋：

在50℃左右时，两条DNA单链重新形成双螺旋结构，称为复性。

复制条件：

缓冲液,DNA模板,四种脱氧核苷酸,热稳定DNA聚合酶,两种引物。

反应场所：

PCR仪（自动温度周期性调节）。

［思考］缓冲液相当细胞内的什么成分？

（核基质）1．4PCR的反应过程

延伸

复性

变性

变性：

在95℃时DNA解旋

复性：

在50℃时引物与DNA单链结合

延伸：

在72℃时合成DNA子链（两个引物间的序列）2．实验操作

2．1PCR反应体系：

缓冲液、DNA模板，四种脱氧核苷酸原料、热稳定DNA聚合酶、两种RNA引物，水

2．2实验操作步骤

2．3按照PCR反应体系配方配制反应液；

（2）将PCR反应体系50μL用微量移液器转移到微量离心管（0.5mL）中；

（3）将微量离心管放到PCR仪中；

（4）设置PCR仪的工作参数。

（5）DNA在PCR仪中大量扩增。

2．4水浴法：

将微型离心管依次在95℃、55℃、72℃的恒温水浴锅中循环处理相应时间。

3．实验注意事项

3．1避免外源DNA污染：

所用仪器、缓冲液、蒸馏水等使用前高压灭菌。

3．2缓冲液和酶分装成小份，－20℃低温保存。

3．3每添加一种反应成分，更换一个移液器的枪头。

3．4混匀后离心处理，使反应液集中在离心管底部。

4．结果分析与评价[来源:

Zxxk.Com]

4．1反应液稀释：

取2µLPCR反应液，添加98µL蒸馏水；2．分光光度计调零：

将100µL蒸馏水添加到比色杯中，在260nm处将分光光度计调整读数为零。

4．2将100µL反应稀释液倒入比色杯中，测定在260nm处的光吸收值。

4．3计算：

DNA含量＝50×光吸收值×稀释倍数

（三）课堂总结、点评

多聚酶链式反应扩增DNA片段

PCR原理

DNA的复制需要酶、原料、能量、引物

DNA的变性和复性受温度影响

PCR过程

变性

复性

延伸

操作步骤

配制PCR反应体系

移入离心管

放入PCR

设置工作参数

DNA扩增

测定含量

稀释

调零

测定并读数

计算

（四）实例探究

例1在（）的温度范围内，DNA的双螺旋结构解开

A.10－20℃B.80－100℃C.20－30℃D.40－60℃

解析：

蛋白质大多不能忍受60－80℃的高温，而DNA在80℃以上才会变性。

答案：

B

例2关于DNA的复制，下列叙述正确的是（）

A.DNA聚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.DNA的合成方向总是从子链的3’端向5’端延伸[来源:

学。

科。

网Z。

X。

X。

K]

解析：

由于DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，只能从引物的3’端即复制方向由3’端向5’端延伸；由于DNA分子是反向平行的，子链是依据碱基互补配对原则，在DNA聚合酶作用下合成的，其合成方向是从子链5’端向3’端延伸。

答案：

C

综合应用

例3下列有关PCR描述，不正确的是（）

A.是一种酶促反应

B.引物决定了扩增的特异性

C.扩增产量按y＝（1＋X）n

D.扩增对象是氨基酸序列

E.扩增对象是DNA序列

解析：

PCR是一种体外迅速扩增DNA片段的技术，它以极少量的DNA为模板，以四种脱氧核苷酸为原理，在引物的作用下使DNA聚合酶从引物的3’端连接脱氧核苷酸，短时间内迅速复制上百万份的DNA拷贝，其扩增产量为y＝（1＋X）n，y代表DNA片段扩增后的拷贝数，x表示平均每次的扩增效率，n代表循环次数，因此答案选D。

答案：

D

课后探究

1、PCR与生物体DNA复制有何区别？

2、如果在案件侦破过程中，只收集到一根毛发，但它所含的遗传信息太少，该怎么办呢？

★教后小记

教师在教学过程中，可以先引导学生回忆必修2的有关DNA复制的知识，在此基础上，学生可加深对于PCR原理的认识。

对于PCR反应过程的教学，应以读图识图为主。

教材中反应过程图解详细的描绘了参与PCR的各种组成成分；每一轮反应的三个基本步骤—变性、复性、延伸；每一步骤的作用。

教师在教学中可以请学生在读图的同时，结合教科书中的文字说明来加深理解。

当学生遇到难以理解的地方时，教师要及时给予解答。

xxk.c.o.m