人教课标版高中生物选修1教学课件：5.2《多聚酶链式反应扩增DNA片段》（共49张PPT）

课件49张PPT。课题2多聚酶链式反应扩增DNA片段基础知识1PCR 的实验操作2课题成果评价3课题延伸4实验小结5Table of Contents内容大纲一、基础知识（一）DNA分子的结构C、H、O、N、P1、组成元素脱氧核苷酸2、基本单位3、脱氧核苷酸结构 一个核苷酸上的磷酸基团上的“－OH”和另一个核苷酸分子的第三位碳原子上的羟基之间失去一分子水，形成磷酸二脂键，即在相邻的两个脱氧核苷酸的3’和5’碳原子之间形成磷酸二脂键。数量庞大的四种脱氧核苷酸通过3’、5’、磷酸二脂键彼此连接起来形成脱氧核苷酸链。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4、多脱氧核苷酸链的形成脱氧核苷酸结构式多脱氧核苷酸链结构简图5、DNA分子的双螺旋结构 ① DNA分子是由两条反向平行的（即一条链为3’－5’，另一条链为5’ －3’）脱氧核苷酸长链盘旋而成的规则双螺旋结构 ②脱氧核糖与磷酸交替连结，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在链的内侧 ③两条链上的碱基通过氢键连结起来，形成碱基对。碱基对的组成有特定的规律：即腺嘌呤一定与胸腺嘧啶配对，鸟嘌呤一定同胞嘧啶配对6、利用碱基互补配对规律的计算 规律一：DNA双链中的两条互补链的碱基相等，任意两个互补的碱基之和相等即A=T，G=C。任意两个不互补的碱基之和恒等，占碱基总数的50%。即：A+G＝T+C＝A+C＝T+G＝50%，（A+G）/(T+C)＝(A+C)/(G+T)＝(T+C)/(A+G)＝1 规律二：在DNA双链中的一条单链(A+G)/(T+C)的值与另一条互补链的 (A+G) /(T+C)的值互为倒数关系 规律三：DNA双链中，一条单链的(A+T)/(G+C)的值与另一条互补链的(A+T)/(G+C)的值是相等的，也与整个DNA分子中的(A+T)/(G+C)的值相等多样性特异性稳定性在DNA分子双螺旋结构的内侧，通过氢键形成的碱基对，使两条脱氧核苷酸长链稳固的并联起来构成DNA分子的碱基对的数量不同，碱基对的排列顺序千变万化不同的DNA分子由于碱基对的排列顺序存在差异，因此每一个DNA分子的碱基对都有其特定的排列顺序，这种特定的排列顺序包含着特定的遗传信息，每一种生物(A+T)/(G+C)的比值是特定的（二）DNA分子的特性（三）DNA的复制2、时期有丝分裂间期减数第一次分裂前的间期3、场所细胞核（主）、线粒体、叶绿体4、模板DNA母链1、概念由一个DNA形成两个完全相同的DNA的过程5、原材料脱氧核苷酸6、基本条件酶、ATP、原料、模板7、复制过程① DNA的解旋 亲代DNA分子利用细胞提供的能量在解旋酶的作用下氢键断裂，部分双螺旋链解旋为两条平行的双链② RNA引物的合成 以单股DNA为模板，在引物酶的作用下合成小段的RNA引物③ DNA的生成 以单股的DNA为模板，在DNA聚合酶的作用下，在RNA引物的末端由5’端－3’端合成DNA。④切掉引物生成冈崎片断 在核酸酶的作用下切掉引物。在DNA聚合酶的作用下将引物部位换上DNA，此时的DNA片断称为冈崎片断⑤ DNA片断的连接 在DNA连接酶的作用下将冈崎片断连接起来。形成一条完整的新的DNA链。新链与旧链构成新的DNA边解旋边复制(过程）8、复制特点半保留复制（结果）9、遵循原则碱基互补配对原则10、精确复制的原因11、复制的意义 DNA分子通过复制使遗传信息从亲代传给了后代，从而保持了遗传信息的连续性①规则的双螺旋结构为复制提供了精确的模板②碱基互补配对能力保证了复制准确无误的进行 ①一条双链DNA分子，复制N次，形成的子代DNA分子中，含亲代DNA母链的有两个DNA分子，占子代DNA总数的2/2N；亲代DNA分子母链两条，占子代DNA中脱氧核苷酸链总数的2/2N+1= 1/2N ②设一条DNA分子中有胸腺嘧啶为m个，则该DNA复制n次后，形成子代DNA分子需游离的胸腺嘧啶为T=(2N-1)m12、DNA复制过程中的等量关系（四） PCR(多聚酶链式反应）1、 DNA聚合酶特性 不能从头合成DNA，只能从DNA的3′端开始延伸DNA链，因此， DNA复制需要引物2、 DNA聚合酶作用过程 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、 PCR原理 ①在80－100°C的温度范围内， DNA的双螺旋结构将解体，双链分开，这个过程称为变性 ②当温度缓慢降低后，两条彼此分离的DNA链又会重新结合成双链 ③ PCR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，现在使用的PCR仪实质上也是一台能够自动调控温度的仪器 高温解决了打开双链的问题，但是，又导致DNA聚合酶失活的问题，耐高温的Taq DNA聚合酶解决了高温导致DNA聚合酶失活的问题，促成了PCR技术的自动化4、 Taq DNA聚合酶的应用5、 缓冲液需要为PCR反应提供的物质 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，耐热的DNA聚合酶，同时通过控制温度使DNA复制在体外反复进行 PCR技术是80年代中期发展起来的体外核酸扩增技术。 它具有特异、敏感、产率高、 快速、 简便、重复性好、易自动化等突出 6、 PCR技术的特点7、细胞内和细胞外DNA复制环境的区别1 PCR过程需要的引物不是RNA，而是人工合成的DNA单链，其长度通常为20－30个脱氧核苷酸 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28、细胞内复制和PCR不同点（五） PCR的反应过程1、PCR的反应步骤 PCR一般经历三十多次循环，每次循环可以分为三个基本步骤──变性、复性和延伸①变性（模板DNA解旋） 模板DNA经加热至900C以上。一定时间后，使模板DNA双链或经PCR扩增形成的双链DNA解离，使成为单链，以便于它与引物结合，为下轮反应作准备2、循环过程②复性（退火） 模板DNA经加热变性成单链后，温度降到500C左右，引物与模板DNA单链的互补序列配对结合③延伸 DNA模板－引物结合物在TaqDNA聚合酶的作用下以脱氧核苷酸为原料，以母链为模板，按碱基互补配对的原则与半保留复制的原理，合成一条新的DNA链3、30次循环后靶序列扩增的数量4、PCR 循环的结果 ② DNA聚合酶只能特异性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 ①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Ⅰ延伸而成的DNA单链会与引物Ⅱ结合，进行DNA的延伸二、 PCR 的实验操作1、PCR仪（一）设备及用具实质上一台能够自动调控温度的仪器2、微量离心管一种薄壁塑料管，总容积为0.5mL3、微量移液器 用于定量转移PCR配方中的液体，其上的一次性吸液枪头用一次更换一次PCR仪1、准备2、移液（二）实验操作步骤 按照PCR反应体系的配方将所需用的试剂摆放在实验桌上 用微量移液器按照PCR反应体系配方往微量离心管里面加入各种试剂①过程：盖严微量离心管口的盖子，用手指轻轻弹击管壁②注意：3、混合 B、手指轻轻弹击微量离心管的管壁，目的是使反应液混合均匀 A、离心管口的盖子一定盖严，防止实验中脱落或液体外溢将离心管放入PCR仪上，设置好PCR仪的循环程序①过程：将微量离心管放在离心机上，离心约10s4、离心5、反应②离心目的：使反应液体集中在离心管底部，提高反应效果 PCR技术高度灵敏，为了避免外源DNA等因素的污染而造成干扰实验，PCR操作时要注意做到：6、注意事项 ①隔离操作区，所用微量离心管、枪头、缓冲液以及蒸馏水等在使用必须进行高压灭菌； ②分装试剂，简化操作程序，使用一次性枪头（一）理论上DNA扩增数目的计算三、课题成果评价1 、一条DNA，复制n次， DNA为2n2 、 a条DNA，复制n次， DNA为a ×2n（二）实验中DNA含量的测定1、原理 可以通过计算DNA含量来评价扩增的效果，DNA在260nm的紫外线波段有一强烈的吸收峰，峰值的大小与DNA的含量有关2 、过程①稀释 2uLPCR反应液，加入98uL蒸馏水，即将样品进行50倍稀释②对照调零 以蒸馏水作为空白对照，在波长260nm处，将紫外分光光度计的读数调节至零 取DNA稀释液100uL至比色杯中，测定260nm处的光吸收值③计算④计算DNA含量（?g）＝50 x(260nm的读数）
x 稀释倍数50：1 ?g /mL的DNA在厚度为1cm比色杯中的吸光值为0.02比色杯四、 课题延伸 例如：PCR产物每轮循环增加一倍，30轮循环扩增量达230个拷贝（109拷贝） PCR技术是80年代中期发展起来的体外核酸扩增技术。 它具有特异、敏感、产率高、 快速、 简便、重复性好、易自动化等突出特点五、实验小结 PCR仪加热使（ ）变性， 复性使引物与模板DNA（ ），延伸需将反应温度升至中温( )，在（ ）的作用下，以（ ）为原料，以（ ）为复制的起点，合成新链。 如此重复改变反应温度，经（ ）三个阶段为一个循环，每一次循环使特异区段的基因拷贝数放大一倍，一般样品是经过30次循环，最终使基因放大了数百万倍; 将扩增产物进行电泳，经溴化乙锭染色，在紫外灯照射下肉眼能见到扩增特异区段的DNA带。模板互补Taq聚合酶四种脱氧核苷酸引物变性、复性和延伸72℃结束放映