课题2　多聚酶链式反应扩增DNA片段名师教学实录

多聚酶链式反应扩增DNA片段

教学目标：

1、理解PCR的原理和过程

2、讨论PCR的应用

教学重点：PCR的原理和PCR的过程

教学难点：PCR的原理

教学方法：启发式教学

教学用具：多媒体

课时安排：1课时

教学过程：

一、引入新课

DNA指纹法在案件侦破中有重要作用，刑侦人员通过案发现场的血液、头发等样品中提取的DNA，与犯罪嫌疑人的DNA进行比较，就有可能为案件的侦破提供证据。犯罪嫌疑人留在现场的样品一般都是极少量的，刑侦人员要怎样才能得到足够量的DNA呢？（通过DNA复制）对，咱们必修2中讲过细胞内的DNA复制，这里很显然是要进行体外复制，那怎么操作呢？这项技术由美国科学家穆利斯等人发明出来了，称为PCR技术，(为此穆利斯还于1993年获得诺贝尔化学奖)，全称为多聚酶链式反应，也就是咱们这节课要研究的内容。出题

二、进行新课

这项技术的原理是什么呢？

（一）PCR的原理

1.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）。

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DNA双螺旋结构的反向平行结构：

活动：学生讨论回答导学案

（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：

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聚合酶删去，代之以高保真的DNA链。

活动：学生讨论回答导学案

总结细胞内DNA复制条件

条件

模板

组分

DNA的两条单链

四种脱氧核苷酸

解旋酶

DNA聚合酶

ATP RNA 作用

提供复制的模板

原料

合成DNA子链的原料

打开DNA双螺旋

催化合成DNA子链

为解螺旋和合成子链供能

为DNA聚合酶提供合成的3’端起点

酶

能量

引物

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［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。

2． DNA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。

学生讨论总结PCR的原理：

利用DNA分子的热变性原理,通过控制温度来控制双链的解旋与结合,从而完成体外DNA分子的扩增。

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）

（二）PCR的反应过程

变性

复性

延伸

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）

（三）PCR的概念

是一种体外迅速扩增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。

（四）PCR的应用

刑侦破案、遗传疾病的诊断、古生物学、基因克隆和DNA序列测定等。

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