2018_2019学年高中生物专题5课题2多聚酶链式反应扩增DNA片段教学案(含解析)新人教版选修1.doc
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1、- 1 -多聚酶链式反应扩增 DNA 片段一、PCR 技术的原理1细胞内 DNA 复制的条件填表原料 4 种脱氧核苷酸模板 2 条 DNA 的母链酶 解旋酶和 DNA 聚合酶引物 使 DNA 聚合酶能够从引物的 3端开始连接脱氧核苷酸2PCR 扩增的原理及条件(1)概念:PCR 即多聚酶链式反应,是一种体外迅速扩增 DNA 片段的技术。(2)原理:子链的合成:DNA 聚合酶只能从 3端延伸 DNA 链,因此,DNA 复制需要引物,DNA 合成的方向总是从子链的 5端向 3端延伸。双螺旋的打开:DNA 的热变性原理,即:。(3)条件:DNA 模板、分别与两条模板链相结合的两种引物、四种脱氧核苷酸
2、、耐热的DNA 聚合酶、一定的缓冲溶液以及能自动调控温度的设备。二、PCR 的反应过程1.DNA 聚合酶不能从头开始合成 DNA,只能从 3端延伸 DNA 链,因此,DNA 的合成方向总是从子链的 5端向 3端延伸。2PCR 反应需要 DNA 模板、两种引物、四种脱氧核苷酸、耐热的DNA 聚合酶等条件。3PCR 利用了 DNA 的热变性原理,通过控制温度来控制双链的解聚与结合。4PCR 每次循环都包括变性、复性和延伸三步。5DNA 聚合酶只能特异地复制处于两个引物之间的 DNA 序列,使这段固定长度的序列呈指数扩增。- 2 -三、PCR 技术的实验操作1实验用具(1)PCR 仪:该仪器能自动调
3、控温度,实现 DNA 的扩增。如果没有 PCR 仪,可用 3 个恒温水浴锅代替,操作时按程序在 3 个水浴锅中来回转移 PCR 反应的微量离心管。(2)微量离心管:总容积为 0.5 mL,实际上是进行 PCR 反应的场所。(3)微量移液器:用于向微量离心管中转移 PCR 配方中的液体。2注意事项(1)为避免外源 DNA 等因素的污染,实验中使用的一些用具在使用前必须进行高压灭菌。(2)所用的缓冲液和酶应分装成小份,并在20 储存。(3)在微量离心管中添加反应成分时,每吸取一种试剂后,移液器上的枪头必须更换。四、DNA 含量的测定1原理:利用 DNA 在 260_nm 的紫外线波段的吸收峰曲线来
4、测定相应含量。2计算公式DNA 含量(g/mL)50(260_nm 的读数)稀释倍数。1PCR 技术控制 DNA 的解聚与结合是利用了 DNA 的( )A特异性 B稳定性C热变性 D多样性解析:选 C DNA 分子在 80100 的温度范围内变性,双链解开成单链;当温度缓慢降低时,又能重新结合形成双链。2标准的 PCR 过程一般分为变性、复性、延伸三大步,这三大步需要的温度依次是( )A92 、55 、72 B72 、55 、92 C55 、92 、72 D80 、55 、72 解析:选 A 当温度上升到 90 以上(9096 )时,双链 DNA 解聚为单链,称之为变性;当温度下降到 50 左
5、右时,两种引物通过碱基互补配对与两条单链 DNA 结合;当温度上升到 72 左右(7075 )时,溶液中的四种脱氧核苷酸(A、T、C、G)在 Taq DNA 聚合酶的作用下,根据碱基互补配对原则合成新的 DNA 链,称为延伸。- 3 -3PCR 实验中用到微量离心管、缓冲液和蒸馏水,使用前必须进行的关键步骤是( )A反复洗涤 B用酒精擦洗C高压灭菌 D在20 保存解析:选 C 在 PCR 实验中,为了避免外源 DNA 等因素的污染,微量离心管、枪头、缓冲液和蒸馏水等在使用前必须进行高压灭菌。同时也不能忽视其他操作步骤,如缓冲液和酶应该分装成小份,并且在20 保存。Error!核 心 要 点 一
6、 PCR扩 增 的 原 理 和 过 程1生物体内的 DNA 复制与 PCR 反应的比较体内 DNA 复制 PCR 反应解旋 在解旋酶的作用下,边解旋边复制 加热至 90 以上时,双链全部解开酶 解旋酶、DNA 聚合酶 耐高温的 DNA 聚合酶( Taq DNA 聚合酶)引物 一小段 RNA RNA 或单链 DNA 分子片段合成子链一条子链连续合成,另一条子链不连续合成两条子链都是连续合成不同点温度 体内温和条件 高温相同点都需提供 DNA 复制的模板 都需要四种脱氧核苷酸原料都需要分别与两条模板链相结合的两种引物子链延伸的方向都是从 5端到 3端2PCR 的反应过程(1)变性:当温度上升到 9
7、0 以上时,双链 DNA 解聚为单链,如图。(2)复性:当系统温度下降至 50 左右时,两种引物通过碱基互补配对与两条单链 DNA结合,如图。(3)延伸:当系统温度上升至 72 左右时,溶液中的四种脱氧核苷酸在 DNA 聚合酶的作- 4 -用下,根据碱基互补配对原则合成新的 DNA 链,如图。3PCR 反应的结果从第二轮循环开始,上一次循环的产物也作为模板参与反应,并且由引物延伸而成的DNA 单链会与引物结合,进行 DNA 的延伸。这样,DNA 聚合酶只能特异地复制处于两个引物之间的 DNA 序列,使这段固定长度的序列呈指数形式扩增。题组冲关1PCR 过程与细胞内的 DNA 复制过程相比,主要
8、有两点不同,它们是( )PCR 过程需要的引物是人工合成的单链 DNA 或 RNAPCR 过程不需要 DNA 聚合酶PCR 过程中 DNA 的解旋不依靠解旋酶,而是通过对反应温度的控制来实现的PCR 过程中,DNA 不需要解旋,直接以双链 DNA 为模板进行复制A BC D解析:选 C PCR 过程与细胞内的 DNA 复制过程相比较,主要有两点不同:PCR 过程需要的引物是人工合成的单链 DNA 或 RNA,长度通常为 2030 个核苷酸;PCR 过程中,DNA解旋不依靠解旋酶,而是通过对反应温度的控制来实现的。2在进行 DNA 亲子鉴定时,需大量的 DNA。PCR 技术可以使样品 DNA 扩
9、增,获得大量DNA 克隆分子。该技术的原理是利用 DNA 的半保留复制,在试管中进行 DNA 的人工复制(如图,图中黑色长条是引物)。在很短的时间内将 DNA 扩增几百万倍甚至几十亿倍,使实验室所需的遗传物质不再受限于活的生物体。(1)PCR 需要模板 DNA、引物、_和_等条件,其中的引物实质上是一种_。(2)图中的变性、延伸分别是指_。(3)某样品 DNA 分子中共含 3 000 个碱基对,碱基数量满足:(AT)/(GC)1/2,若经 5 次循环,至少需要向试管中加入_个腺嘌呤脱氧核苷酸。(不考虑引物所对应的片段)(4)若下图为第一轮循环产生的产物。请绘出以 a 链和 b 链为模板经 PC
10、R 扩增的产物。- 5 -解析:(1)PCR 技术中除需要模板 DNA、引物、四种脱氧核苷酸外,还需要耐热的 DNA 聚合酶等条件,其中的引物是一种单链 DNA 分子或 RNA 分子。(2)变性的实质是 DNA 双链解旋形成单链;延伸是以 DNA 单链为模板,按碱基互补配对原则合成子链的过程。(3)由(AT)/(GC)1/2 可知 ATGC1122,所以 A 的比例为 1/6,在一个 DNA 分子中的数量为 3 0002(1/6)1 000(个),5 次循环形成的 DNA 数为 32 个,所以需要利用原料合成的 DNA 数相当于 32131(个),至少需腺嘌呤脱氧核苷酸数为 311 00031
11、 000(个)。(4)画图的关键是注意引物 A、B 的位置和所对应的模板链。答案:(1)四种脱氧核苷酸 耐热的 DNA 聚合酶 单链 DNA 分子或 RNA 分子 (2)模板DNA 双链解旋形成单链 在 DNA 聚合酶的作用下,脱氧核苷酸聚合形成新的 DNA 链 (3)31 000 (4)如图Error!核 心 要 点 二 PCR技 术 的 实 验 操 作1实验操作步骤2DNA 含量的测定DNA 在 260 nm 的紫外线波段有一强烈的吸收峰,峰值的大小与 DNA 含量有关。可以利用DNA 的这一特点进行 DNA 含量的测定,具体方法如下:注:计算公式中的 50 代表在波长为 260 nm 紫
12、外波段照射下,吸收峰为 1 时,DNA 含量- 6 -为 50 g/mL。题组冲关3使用 PCR 仪的具体实验操作顺序应为( )设计好 PCR 循环程序 按配方准备好各组分用微量移液器向微量离心管中依次加入各组分 进行 PCR 反应 离心,使反应物集中在离心管底部A BC D解析:选 C PCR 反应的操作步骤一般分为准备(包括将配方所需各组分放于实验台上)移液混合离心反应。因 PCR 仪是一种能自动控制温度的仪器,设计好循环程序就可以进行反应了。4下列有关 PCR 操作过程的叙述,错误的是( )APCR 实验中使用的微量离心管、枪头、缓冲液以及蒸馏水等在使用前必须进行高压灭菌BPCR 所用的
13、缓冲液和酶应分装成小份,并在20 储存CPCR 所用的缓冲液和酶从冰箱拿出之后,迅速融化D在微量离心管中添加反应成分时,每吸取一种试剂后,移液器上的枪头都必须更换解析:选 C 为了防止外源 DNA 等因素的污染,PCR 实验中使用的微量离心管、枪头、缓冲液以及蒸馏水等在使用前必须进行高压灭菌;所用的缓冲液及酶应分装成小份保存,并使用一次性枪头。在冰箱中放置的缓冲液和酶从冰箱中取出后应放在冰块上缓慢融化,而不能迅速融化。随堂基础巩固 1PCR 技术是一项在生物体外复制特定 DNA 片段的核酸合成技术,下列说法错误的是( )APCR 一般要经历三十多次循环,每次循环可以分为变性、复性和延伸三步BP
14、CR 所用的解旋酶和 DNA 聚合酶都具有耐高温的特性C延伸的温度大于复性的温度,而小于变性的温度DPCR 技术可用于基因诊断、判断亲缘关系等解析:选 B PCR 技术需要耐高温的 DNA 聚合酶,不需要解旋酶。2DNA 的复制需要引物,其主要原因是( )A可加快 DNA 的复制速度B引物可与 DNA 母链通过碱基互补配对结合- 7 -C引物的 5端有助于 DNA 聚合酶延伸 DNA 链DDNA 聚合酶只能从 3端延伸 DNA 链解析:选 D DNA 的两条链是反向平行的,为了明确表示 DNA 的方向,通常将 DNA 的羟基(OH)末端称为 3端,而磷酸基团的末端称为 5端。DNA 聚合酶不能
15、从 5端开始合成DNA,而只能从 3端延伸 DNA 链。因此 DNA 复制需要引物,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。3符合 PCR 反应条件的一项是( )稳定的缓冲液环境 DNA 模板 合成引物四种脱氧核苷酸 Taq DNA 聚合酶 DNA 解旋酶限制性核酸内切酶 温控设备A BC D解析:选 D PCR 反应模拟生物细胞内 DNA 复制的条件,只是不需要解旋酶,也不需要基因工程的工具酶(限制性核酸内切酶)。4PCR 仪实质上是一台自动调控温度的仪器,它调控不同温度的目的是( )
16、95 使 DNA 分子变性,失去生物活性95 使 DNA 分子变性,解开螺旋55 使 DNA 分子开始复制、延伸55 使 DNA 分子的两条单链分别与两种引物相结合72 使 DNA 分子开始复制、延伸72 使 DNA 分子恢复双螺旋结构,恢复活性A BC D解析:选 C PCR 技术在温度上升到 90 以上时,双链 DNA 解旋变为单链;当系统温度下降到 50 左右时,两种引物通过碱基互补配对与两条单链 DNA 结合;当系统温度上升到72 左右时,溶液中的四种脱氧核苷酸 (A、G、C、T) 在 DNA 聚合酶的作用下,根据碱基互补配对原则合成新的 DNA 链。5如图表示 PCR 扩增的产物,请
17、分析它是哪次循环的产物( )A第一次循环 B第二次循环C第三次循环 D第四次循环- 8 -解析:选 A 在 PCR 反应中以引物为标记,第一次循环时,以加入的 DNA 为模板,两条DNA 链可分别由引物和引物与其结合,并在 DNA 聚合酶的作用下延伸,所以,形成的每个子代 DNA 中只有一种引物。从第二次循环开始,第一次产生的 DNA 分子又可作为模板参与反应,形成的 DNA 分子中,只有两个仅一端含有引物,其他 DNA 分子两端都含有引物。6如图所示为 DNA 变性和复性示意图,相关说法正确的是( )A向左的过程为加热(80100 )变性的过程B向右的过程是 DNA 双链迅速制冷复性C变性与
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