3.1.2 聚合链式反应(PCR)技术课件2022-2023学年高二下学期生物苏教版选择性必修3

第3章 基因工程工程 第1节 基因工程及其技术 （第三课时） PCR由穆里斯等人于1985年发明，为此，穆里斯于1993年获得诺贝尔化学奖。 如果说，沃森和克里克发现DNA双螺旋结构，标志着分子生物学时代的开启，那么PCR技术则标志着分子生物学的腾飞。PCR技术的出现，彻底变革了生物化学、分子生物学、遗传学、以及现代医学等等。 利用PCR获取和扩增目的基因： 1.发明者 DNA半保留复制 原理 体外 操作环境 对目的基因的核苷酸序列进行大量复制 目的 可在短时间内大量 扩增目的基因 优点 聚合酶链式反应 全称 它是一项根据DNA半保留复制的原理，在体外提供参与DNA复制的各种组分与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术。 PCR 利用PCR获取和扩增目的基因： PCR技术所需的基本条件 参与的组分 在PCR中的作用 模板DNA 4种dNTP 耐高温的DNA聚合酶 引物对 一定的缓冲溶液(Mg2＋) 提供DNA复制的模板 合成DNA子链的原料 催化合成DNA子链 使耐高温的DNA聚合酶能够从引物的3’端开始连接脱氧核苷酸 提供合适的酸碱度和离子，DNA聚合酶需要Mg2＋激活 2.所需的基本条件 （三）利用PCR获取和扩增目的基因： 脱氧腺苷三磷酸（dATP） 腺嘌呤脱氧核苷酸 脱氧腺苷二磷酸（dADP） 脱氧腺苷（dA) 腺嘌呤 脱氧 核糖 P P P ~ ~ OH H 在PCR过程中实际加入的为dNTP（即dATP、dGTP、dTTP、dCTP），既可作原料，又能提供能量。 拓展：dNTP ——脱氧核苷三磷酸 拓展：引物 A T C G A A T C G G T T T A C C T T A G C C A A DNA 聚合酶 母链 DNA 子链 DNA 引物 3′ 3′ 5′ 5′ DNA聚合酶 ①因为DNA复制时，子链延伸的方向都是从5’→3’端 ②DNA聚合酶不能从头合成子链，只能从引物的3’端延伸DNA链 拓展：引物 3’ 5’ DNA母链1 3’ 5’ DNA母链2 3’ 5’ 引物1 3’ 5’ 引物2 3’ 5’ DNA母链1 3’ 5’ DNA母链2 PCR扩增的前提是： 根据一段已知目的基因的核苷酸序列合成引物（不需要整个目的基因的碱基序列） 由于DNA的两条链是反向平行的，用2种引物才能保证DNA的两条链同时被扩增，PCR扩增时至少需要2种引物 引物的作用：定位目的基因的位置，与模板链结合，并为子链的延伸提供起点。 【现学现用】设计引物是PCR技术关键步骤之一。某同学设计的两组引物(只标注了部分碱基序列)都不合理(如下图)，请分别说明理由。 (1）第1组： ； 第2组： 。 引物Ⅰ和引物Ⅱ局部发生碱基互补配对而失效 引物Ⅰ′自身内部部分碱基发生互补配对而失效 △设计两种引物的要求： ②引物自身不能环化 ①两种引物之间不能互补配对 ③引物长度不宜过短（用于PCR的引物通常为20~30个核苷酸），防止引物随机结合 PCR扩增仪 DNA分子电泳 3.所需设备 利用PCR获取和扩增目的基因： 耐高温的DNA聚合酶(Taq酶） 4种（dNTP） 引物 待扩增的DNA片段（模板） 5’ 5’ 变性 退火（复性） 延伸 温度上升到约94℃，双链DNA解旋为单链 当温度下降到约55℃左右时，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。 温度上升到72℃左右时，溶液中的4种脱氧核苷酸在耐高温的DNA聚合酶的作用下合成新的DNA链。 4.过程 利用PCR获取和扩增目的基因： 利用PCR获取和扩增目的基因： 5.PCR的结果 由于一个循环得到的产物又可以作为下一个循环的模板，因而每一次循环后目的基因的量可以增加一倍。 即成 形式扩增（约为 ，其中n为扩增循环的次数）。 指数 2n PCR技术 DNA复制 相同点 原则 原料 条件 不同点 解旋方式 场所 酶 结果 碱基互补配对 四种脱氧核苷酸 模板、能量、酶 DNA在高温下变性解旋 解旋酶催化 体外复制 细胞内（主要在细胞核内） 耐高温的DNA聚合酶 解旋酶、DNA聚合酶 大量的DNA片段