生物：《多聚酶链式反应扩增DNA片段》课件新人教版选修

多聚酶链式反应扩增片段DNA多聚酶链式反应PCR是一种广泛用于分子生物学研究的技术PCR使得能够从微量DNA样本中扩增特定DNA片段，使其易于分析引言DNA是所有生物体的遗传物质，它包含了生物体生长、发育和繁殖的所有信息DNA片段扩增是分子生物学研究中常用的技术，可以用来检测、诊断和分析生物体的遗传信息的结构DNA脱氧核糖核酸DNA是所有生物的遗传物质DNA是一种双螺旋结构，由两条反向平行的多核苷酸链组成DNA链由四种核苷酸组成腺嘌呤A、胸腺嘧啶T、鸟嘌呤G和胞嘧啶CA与T配对，G与C配对，形成氢键连接两条链复制的基本原理DNA解旋1DNA双螺旋解开，形成两条单链引物合成2引物结合到单链模板上，为DNA聚合酶提供起点延伸3DNA聚合酶沿模板链延伸，合成新的DNA链连接4新合成的DNA片段与原有的DNA片段连接，形成完整的双螺旋DNA复制是生物体遗传信息传递的关键过程，确保子代细胞获得与亲代相同的遗传物质复制过程需要多种酶参与，包括解旋酶、引物酶、DNA聚合酶和连接酶等每个步骤都受到严格的调控，保证复制过程的准确性和效率多聚酶链式反应介绍PCR神奇的技术PCR是分子生物学中一项革命性技术，可快速扩增特定DNA片段复制DNAPCR技术利用DNA聚合酶，在体外模拟DNA复制过程，将目标片段进行指数级扩增应用广泛PCR广泛应用于医学诊断、法医学、生物学研究等领域，为人类健康和科学进步做出了重要贡献的基本步骤PCR变性将DNA模板加热至94-96℃，使双链DNA解链成单链退火将温度降至50-65℃，使引物与单链DNA模板结合延伸将温度升至72℃，使DNA聚合酶以引物为起点，沿模板链合成新的互补链的原理PCR复制引物DNA12利用DNA聚合酶，以DNA为模短的单链DNA片段，能够与模板，合成新的DNA链板DNA互补配对循环反应3重复进行变性、退火、延伸三个步骤，将目标DNA片段进行指数级扩增变性Denaturation加热1将反应体系加热至94-98℃，断裂DNA双链之间的氢键单链2DNA双链解开成两条单链模板3形成可供引物结合的模板引物结合Annealing引物结合1温度降低至50-65℃，使引物与模板DNA的互补序列结合引物是短的单链DNA片段，与模板DNA上的特定区域配对2引物设计3引物设计是PCR成功的关键引物序列必须与目标基因的特定区域匹配，以确保特异性扩增扩增Extension聚合酶DNA1以引物为起点，按照碱基互补配对原则，将dNTP添加到模板链上引物2提供新的3羟基，作为DNA聚合酶的起始点dNTP3作为新的DNA链的原料扩增步骤中，DNA聚合酶以引物为起点，按照碱基互补配对原则，将dNTP添加到模板链上，合成新的DNA链这个过程需要引物的存在，为DNA聚合酶提供新的3羟基作为起始点，以及dNTP作为新的DNA链的原料的条件PCR反应管试剂仪器PCR反应通常在微量离心管或PCR管中进PCR反应需要特定的试剂，包括DNA模板PCR反应需要使用PCR仪器，该仪器能够行，以确保反应体积小，提高效率和精度、引物、dNTPs、Taq DNA聚合酶和缓冲精准控制反应温度和时间，确保反应顺利进液行温度循环PCR步骤温度时间变性94-96℃30秒-1分钟退火50-65℃30秒-1分钟延伸72℃1分钟/kb的应用PCR医学诊断法医学PCR技术可以用于检测各种疾病PCR技术可以用于对犯罪现场的的病原体，例如病毒、细菌和真生物样本进行分析，例如血液、菌例如，PCR可用于诊断艾滋唾液和精液PCR可以用来确定病、乙型肝炎和结核病犯罪嫌疑人的身份，并帮助确定案件的真实情况分子生物学研究PCR技术是分子生物学研究中必不可少的工具，可以用于基因克隆、基因表达分析、基因突变分析等例如，PCR可以用来研究基因的表达水平，或研究基因突变对生物体的影响医学诊断病原体检测基因突变检测

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2.12PCR可用于检测各种病原体，PCR可用于检测导致遗传疾病例如细菌、病毒和真菌的基因突变，例如囊性纤维化和亨廷顿舞蹈症肿瘤诊断传染病诊断

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4.34PCR可用于检测肿瘤细胞中的PCR可用于检测各种传染病，基因突变，例如BRCA1和例如艾滋病、肝炎和结核病BRCA2基因法医学亲子鉴定犯罪现场调查身份识别PCR技术可用于DNA指纹分析，确定亲子关PCR可以放大微量DNA样本，帮助识别罪犯PCR可用于识别遇难者遗骸，帮助找到失踪系人员分子生物学研究PCR在分子生物学研究中发挥着关键作用它使研究人员能够有效地分析和操纵DNA例如，PCR可用于构建基因文库、鉴定基因突变以及进行基因表达研究基因克隆将目的基因插入载体转化宿主细胞将目的基因片段连接到合适的载体上，形成重组DNA分子将重组DNA分子导入宿主细胞，例如细菌或酵母菌筛选克隆表达目的基因选择含有目的基因的宿主细胞，进行培养和扩增利用宿主细胞表达目的基因，产生相应的蛋白质的优势PCR灵敏度高特异性强快速简便成本低PCR技术可以检测微量的DNA PCR技术可以特异性地扩增目PCR技术操作简便，可在短时PCR技术所需的试剂和设备相，甚至单个DNA分子标DNA片段，避免其他DNA片间内完成反应，获得大量目标对便宜，操作成本低段的干扰DNA片段灵敏度高微量样本检测病毒检测古代分析DNA DNAPCR能够检测到极微量的DNA样本，例如从PCR可以用来检测血液或其他体液中微量的PCR可以用来分析古代化石或遗骸中的DNA单根头发或单个细胞中提取的DNA病毒DNA，从而快速诊断疾病，揭示物种进化和演变的历史特异性强目标序列特异性减少假阳性结果PCR反应仅扩增目标DNA序列，不会扩由于PCR反应具有高度的特异性，因此增其他序列这是因为PCR反应使用与可以有效地减少假阳性结果这对于诊断目标序列互补的引物，这些引物只与目标测试和研究非常重要，因为假阳性结果会序列结合，不会与其他序列结合导致误诊或错误的结论快速简便准备工作简单时间短

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2.12PCR实验所需材料和设备相对PCR反应通常在几个小时内即容易获得，操作步骤也比较简可完成，与传统的分子生物学单，只需简单的操作即可完成技术相比，大大缩短了实验周实验期灵活多变

3.3PCR可以针对不同的基因进行扩增，还可以根据实验需要对反应条件进行调整，适应不同的实验需求成本低试剂成本PCR试剂价格相对便宜，与其他分子生物学技术相比，例如DNA测序，PCR的成本效益更高设备成本PCR仪器相对便宜，大多数实验室都能负担得起，并且可以用于多种实验时间成本PCR技术可以快速完成，通常在几个小时内就能完成整个实验，从而节省时间和人力成本的局限性PCR限制片段大小易受污染影响PCR技术最适合扩增短片段DNA PCR反应非常灵敏，即使微量的，由于酶的活性限制，对于较长污染物，也可能导致假阳性结果片段的DNA，扩增效率会明显降，因此，实验环境的清洁至关重低要序列信息要求PCR需要预先知道目标DNA的序列信息，才能设计引物进行扩增，对于未知序列的DNA，无法使用PCR进行分析不能检测大片段DNA长度限制酶的活性引物设计DNAPCR扩增的DNA片段通常小于10kb，对于DNA聚合酶在复制大片段DNA时，容易出现设计合适的引物，保证PCR反应的准确性和大于10kb的DNA片段，扩增效率会明显降错误，导致产物质量下降特异性，对于大片段DNA的扩增更加困难低，难以获得足够量的产物易受污染影响环境污染PCR反应非常敏感，微量的污染会导致假阳性结果常见的污染来源包括DNA酶、细菌DNA和其他PCR产物需要先知道序列信息引物设计目标序列识别

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2.12PCR技术需要使用特异性的引PCR技术需要识别目标序列，物来识别和扩增目标DNA片段才能设计出合适的引物和反应引物设计需要已知目标序列条件，以确保目标序列的扩增信息，以便设计出与目标序列互补的引物序列分析

3.3PCR扩增后的产物需要进行序列分析，以验证扩增结果的正确性和特异性，并进一步分析目标序列的功能和特性未来发展趋势实时荧光定量数字单细胞PCR PCRPCR实时监测PCR反应过程，定量分析目标基因将PCR反应分成数百万个独立的微反应室，对单个细胞进行PCR扩增，研究细胞间基因的表达水平，广泛应用于科研和临床诊断提高检测灵敏度，适用于低丰度基因检测表达差异，揭示细胞异质性实时荧光定量PCR实时监测定量分析实时监测PCR反应过程，实时获通过荧光信号强度，定量分析目取扩增产物的量标基因的表达量，或检测特定序列的拷贝数高灵敏度应用广泛比传统PCR灵敏度更高，能够检应用于基因表达分析、疾病诊断测更低浓度的目标基因、药物研发等多个领域数字PCR高灵敏度绝对定量广泛应用数字PCR可以检测到更低浓度的目标数字PCR可以对目标DNA进行绝对定量数字PCR在临床诊断、病原体检测、肿DNA，提高了检测的灵敏度，无需标准曲线或参考基因瘤研究等领域有着广泛的应用单细胞PCR灵敏度分析单细胞PCR可以检测单个细胞中可以用于分析单个细胞的遗传信的基因表达，提高了检测灵敏度息，揭示细胞异质性，理解细胞，适合稀有细胞的检测和分析间差异和疾病发展机制应用应用于癌症研究、免疫学、发育生物学和神经科学等领域，推动了个体化医疗和精准治疗的发展总结多聚酶链式反应PCR是一项革命性的技术，彻底改变了生物学研究PCR具有高灵敏度、高特异性、快速简便和成本低等优点，使其广泛应用于医学诊断、法医学、分子生物学研究等领域生物技术的重要性医疗保健生物技术可用于诊断和治疗疾病，开发新药和疫苗，并改善患者的生活质量农业食品生物技术可用于提高作物产量，增强抗虫性和抗病性，并改善食品质量环境保护生物技术可用于生物修复，污染治理，生物能源开发，减少环境污染。