2018学年高中生物第4章现代生物技术第15课时聚合酶链式反应技术同步备课教学案北师大版选修

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1、第15课时　聚合酶链式反应技术[学习导航]　1.阅读教材P77～78内容，掌握PCR技术原理。2.结合教材P79～80内容，了解PCR技术的基本操作过程，讨论PCR技术的影响因素。[重难点击]　1.简述PCR的原理。2.了解PCR技术的基本操作过程并讨论PCR技术的影响因素。一、PCR的原理聚合酶链式反应简称PCR，是一种体外迅速扩增DNA片段的技术，这项技术中DNA复制的过程和细胞内DNA复制的过程是类似的，请结合已学习的DNA分子结构和复制的相关知识，分析PCR的原理。1.DNA的平面结构示意图(1)写出各个标号的名称①胞嘧啶；②腺嘌呤；③鸟嘌呤核糖；④

2、胸腺嘧啶；⑤脱氧核糖；⑥磷酸基团；⑦胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸；⑧氢键；⑨碱基对；⑩一条脱氧核糖核苷酸链。18(2)DNA的两条链是反向平行的，为了明确表示DNA链的方向，通常将羟基末端称为3′端；将磷酸基团的末端称为5′端，按此原则在图上方框内标出两条链的方向。答案　左链上5′端，下3′端；右链上3′端，下5′端。2.细胞内DNA复制条件分析条件组分作用模板DNA的两条单链提供复制的模板原料四种脱氧核糖核苷酸合成DNA子链的原料酶解旋酶打开DNA双螺旋DNA聚合酶催化合成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3.

3、PCR原理与反应过程(1)PCR概念：是一种体外酶促合成特定DNA片段的技术，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。(2)条件及作用条件作用待扩增的目的DNA片段作为复制的模板两种人工合成的单链DNA片段合成DNA时所需要的特异引物四种三磷酸脱氧核苷酸原料耐热TaqDNA聚合酶酶促作用缓冲溶液反应介质(3)反应过程①变性温度上升到94～98℃时，目的DNA双链变性解旋为单链模板。②复性温度下降到40～60℃左右，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。③延伸18温度上升到72℃左右，溶液中的四种脱氧核糖核苷酸在耐热的TaqD

4、NA聚合酶的作用下。根据碱基互补配对原则合成新的DNA链。④循环：继续上述的3个过程，DNA片段被不断的扩增。若开始加入了N个DNA模板片段，理论上，循环n次后能获得N·2n个DNA片段。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　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合成的单链DNA片段。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　PCR反应不需要解旋酶，但需要DNA聚合酶。由于PCR反应中需要

5、高温使DNA解旋，因此PCR所需的DNA聚合酶需耐高温。(2)PCR的每次循环中应如何控制温度？请分析原因。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TaqDNA聚合酶发挥作用。(3)结合下图分析PCR过程中DNA复制的方向是怎样的？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。归纳总结　PCR扩增与DNA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数分裂Ⅰ前

6、的间期任何时期场所活细胞内细胞外18酶解旋酶、DNA聚合酶耐高温的TaqDNA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1.下列关于DNA复制和PCR技术的描述中，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

7、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答案　C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。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复制过程中用解旋酶打开双链DNA，而PCR技术中的解旋原理是_________

8、。(2)此过程需要一种TaqDNA聚合酶，该酶是从_