备课素材：PCR与DNA复制中的引物-2025-2026学年高二下学期生物人教版选择性必修3

PCR与DNA复制中的引物 人教版选择性必修三第77页介绍了PCR技术中的引物：      RNA引物和DNA引物都是用于启动DNA复制的一段核苷酸单链，它们在结构和功能上有所相似。 一、RNA引物   定义：RNA引物是一小段单链RNA，作为DNA复制的起始点，在细胞内自然存在的DNA复制过程中起着重要作用。   来源：在细胞内DNA复制时，RNA引物通常由引发酶以DNA模板链为模板合成。   功能：RNA引物为DNA聚合酶提供了一个起始点，使得DNA聚合酶能够从引物的3'端开始合成新的DNA链。在复制过程中，RNA引物与DNA模板链互补结合，确保复制的精确性。   特性：RNA引物在细胞内复制完成后，通常会被后续的DNA合成所替代，并被RNA酶切除。 二、DNA引物   定义：DNA引物是一小段单链DNA，作为DNA复制的起始点，在细胞外DNA复制过程（如PCR技术）中起着重要作用。   来源：在细胞外DNA复制时，DNA引物通常是人工合成的。这些引物可以根据已知的DNA序列进行定制，以确保它们与模板链的互补性。   功能：与RNA引物类似，DNA引物也为DNA聚合酶提供了一个起始点，使得DNA聚合酶能够从引物的3'端开始合成新的DNA链。在PCR过程中，DNA引物与模板链的互补区域结合，引导DNA聚合酶进行链的延伸。   特性：DNA引物具有高度的稳定性和可合成性，这使得它们在细胞外DNA复制过程中得到了广泛应用。 三、RNA引物与DNA引物的比较   结构差异：RNA引物是由核糖核苷酸组成的，DNA引物则是由脱氧核糖核苷酸组成的。   来源差异：RNA引物是细胞内自然存在的，由引发酶合成；而DNA引物则通常是人工合成的，用于细胞外的DNA复制过程。   应用差异：由于RNA引物在细胞内复制完成后会被切除和替代，因此它们不适用于细胞外的DNA复制过程。相反，DNA引物因其稳定性和可合成性而在细胞外DNA复制过程中得到了广泛应用。 例1 、PCR过程中，可通过引物设计对PCR扩增产物序列大小进行调整，图1和图2表示用不同的两对引物对目的序列进行扩增。下列说法错误的是（　　）    A．图2第二轮复制后能获得最终想要的DNA片段 B．PCR扩增n次理论上需要2n+1-2个引物 C．PCR扩增目的序列时一对引物的序列一般不相同 D．图1引物可使扩增产物序列增大，图2引物可使扩增产物序列减小 【答案】A 【解析】A、PCR中，目的序列的特异性扩增通常在第三轮复制后才会出现想要的DNA片段，第二轮复制后得不到想要的DNA片段，A错误； B、PCR扩增n次后，理论上需要的引物数量为2n+1-2（初始模板1个，n次复制后DNA总数为2n，除模板链外每条链需1个引物，总引物数为2×2n-2=2n+1-2），B正确； C、目的基因两端一般具有不同的核苷酸序列，因此PCR扩增目的序列时一对引物的序列一般不相同，C正确； D、图1中引物1、2结合在目的序列的外侧区域，扩增产物包含引物外侧的序列，因此产物序列增大；图2中引物3、4结合在目的序列的内部区域，扩增产物仅包含引物之间的序列，因此产物序列减小，D正确。 例2 、端粒是存在于染色体两端的一段特殊序列DNA—蛋白质复合体。端粒学说认为随细胞不断分裂，染色体两端的端粒会不断缩短，研究发现端粒缩短与DNA复制方式有关。已知DNA聚合酶只能将单个脱氧核苷酸连接在一段已有的单链核酸的末端上。下图为人体细胞内DNA复制部分过程示意图，请回答下列问题： (1)图中A是      ，据图分析可得出DNA分子复制的特点有      。（答两点即可 (2)图中的引物为一段单链RNA。在      酶的作用下，可将游离的脱氧核苷酸加到引物的      （填“5'端”或“3'端”），进而开始子链的延伸。 (3)复制过程中，引物随后会被某种酶切除，从核酸的碱基组成分析，该酶能准确识别出引物的原因是      。引物切除后的“空白”区域可以通过新链合成来修复，但最后一个冈崎片段的引物切除后，留下的“空白”区域将无法修复，导致端粒缩短，其原因可能是缺少      。 (4)进一步研究发现，上皮细胞、软骨细胞等多数真核细胞中的端粒酶活性很低，而癌细胞、造血干细胞等细胞中的端粒酶活性较高。据此分析，理论上可以通过       等方法延缓细胞衰老（答一点即可）。 【答案】(1)解旋酶 半保留复制、边解旋边复制 (2) DNA聚合酶 3'端 (3)RNA中含有U（尿嘧啶），DNA中没有 引物（缺少5'端上游的序列） (4)提高端粒酶活性；增加端粒酶数量；导入有活性的端粒酶；导入端粒酶（启动）基因 【解析】（1）图示为DNA的复制过程，因而酶A是打开DNA分子双螺旋结构的解旋酶，从图中可以看出，新合成的子链与母链结合，体现出半保留复制的特点，解旋酶A边向左移动，DNA分子形成的子链边延长，体现出边解旋边复制的特点。 （2）DNA聚合酶具有形成磷酸二酯键的作用，能够将游离的脱氧核苷酸连接成DNA子链，从图中可以看出，DNA复制时具有方向性，总是从5′端到3′端，因而DNA聚合酶是将游离的脱氧核苷酸逐个加到引物的3′端以延伸DNA子链。 （3）根据分析，引物的本质是RNA，其被酶切除时DNA分子并没有受到影响，因而可能是该酶能够准确识别出引物RNA中特有的碱基U（尿嘧啶），DNA中没有。根据题图和分析，DNA分子的复制是从5′端到3′的具方向复制，因而一条DNA分子的母链在复制时是不连续的，必须借助与引物的参与，并且游离的脱氧核苷酸要连接在DNA或RNA片段的3′端，所以冈崎片段的引物切除后无法修复，可能是由于缺少引物（缺少5'端上游的序列）。 （4）根据题干信息，不易分裂的上皮细胞、软骨细胞端粒酶的活性很低，而分裂旺盛的癌细胞、造血干细胞端粒酶的活性较高，因而提高端粒酶的活性或数量可以增加细胞的分裂，延缓细胞的衰老。具体可以通过提高端粒酶活性；增加端粒酶数量；导入有活性的端粒酶；导入端粒酶（启动）基因等方法延缓细胞衰老。 学科网（北京）股份有限公司 $