课题2　多聚酶链式反应扩增DNA片段优质课教案设计

课题2：PCR技术扩增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

（三）情感、态度与价值观

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

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：

[来源:Zxxk.Com]条件

模板

原料

酶

能量

引物

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

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

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：

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”。

［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。

1．3．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。

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）

1．4．PCR的反应过程

变性

复性

延伸

[来源:学&科&网]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

2．1． PCR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。

（三）课堂总结、点评

多DNA的复制需要酶、原料、能量、引物

PCR原理

聚DNA的变性和复性受温度影响

酶

链

式PCR过程

变性

复性

延伸

反

应

扩操作步骤

移入离心管

配制PCR反应体系

增[来源:Z,xx,k.Com][来源:学科网ZXXK]

片段

（四）实例探究

DNADNA扩增

设置工作参数

放入PCR

1、关于PCR技术的应用，错误的一项是

A 古生物学、刑侦破案、DNA序列测定

B 诊断遗传疾病、基因克隆、古生物学

C DNA序列测定、基因克隆、刑侦破案

D 诊断遗传疾病、合成核苷酸、DNA序列测定

2.体内DNA复制与PCR的技术区别：

解旋

体内复制

PCR技术

在解旋酶作用下，细胞提供ATP，加热到94oC,双链全部解开，部分解开

不需解旋酶

一小段RNA

细胞自身的DNA聚合酶（不耐高温）

一般用DNA片段

TaqDNA聚合酶

引物

DNA聚合酶

复制特点

半保留复制，边解旋边复制，多半保留复制，完全解旋后复制，起点复制。

从模板链的一端开始复制。

复制的方向

子链的5’端向 3’端延伸

子链的5’端向 3’端延伸

例3.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

课后探究

1、PCR与生物体DNA复制有何区别？

★反思

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。