《多聚酶鏈式反應擴增DNA片段（第1課時）》公開課教案

4/4課題：多聚酶鏈式反應擴增DNA片段河北師大附中劉偉銳教學設計思路分析：本節(jié)的重難點是PCR的原理，由于學生已經具備細胞內DNA分子復制的基礎知識，可以培養(yǎng)學生由已知推導未知，進行知識遷移的能力。首先從細胞內DNA分子復制所需的條件出發(fā)，設置問題情境引導學生思考PCR擴增DNA與細胞內DNA分子復制的不同點，重點引導學生思考兩者在解旋酶、DNA聚合酶、引物這三方面的區(qū)別。通過“學以致用”，讓學生設計引物，動手畫出PCR的具體循環(huán)過程，從而加深學生對PCR的關鍵要素引物和對擴增結果的理解。教學目標：（一）知識與技能一、理解PCR的原理1、細胞內參與DNA復制的各種組成成分與反應條件2、DNA的合成方向3、TaqDNA聚合酶的應用二、PCR的過程：復性、變性、延伸（二）過程與方法通過設置問題情境由細胞內DNA分子復制推導PCR原理；通過學生活動設計引物加深對PCR原理的理解。（三）情感、態(tài)度與價值觀通過設計引物及對PCR結果分析，培養(yǎng)學生嚴謹的科學態(tài)度和實事求是的科研精神教學重點：PCR的原理教學難點：PCR的原理教學過程引言：科研報道“四萬年前猛犸象DNA將被提取：或克隆復活猛犸象”引入，我們從猛犸象化石中只能提取到微量DNA，但是科研中需要大量的DNA，就需要對DNA片段進行大量復制即擴增，顯然在細胞內是不可能完成的。需要在體外對其進行擴增，這里用到的技術是多聚酶鏈式反應，簡稱PCR。過渡：我們應用一項技術，首先需要了解該技術的原理。（板書：一、PCR原理）一、PCR原理1、細胞內DNA分子復制的過程由細胞內DNA分子復制的過程引出細胞內DNA分子的復制需要的基本條件。生：DNA、脫氧核苷酸、解旋酶、DNA聚合酶、ATP（板書）。人們發(fā)現只用上述物質是不能合成DNA的，原因是缺少了一類很重要的物質。引出引物。1.1引物小資料：DNA聚合酶只能將單個核苷酸加到已有的核酸片段上，所以DNA聚合酶不能直接把第一個、第二個核苷酸連接起來，而是需要把第一個核苷酸連接到已有的核酸片段上，有了該核酸片段，核苷酸才能逐個添加上去。即：該片段引導了子鏈的合成，于是我們形象的把它叫做引物。我們已經知道引物是一小段核酸序列，每種核酸片段都有特定的堿基序列。引物的堿基序列有什么特點？與DNA母鏈的一段堿基序列互補配對。理由？只有這樣引物才能與模板鏈互補配對結合起來。假如在模板鏈上與引物互補配對的序列并非圖中所示，而是中間某一部位的話，那么引物會和哪一部位結合？【學生活動1】畫出此時此時合成的子鏈與上圖中合成的子鏈有什么不同。學生展示結果，師生共同分析。小結：子鏈開始延伸的位置決定于:引物與模板鏈結合的位置。1.2DNA子鏈合成的方向有關資料顯示：DNA聚合酶能夠從引物的3’端開始連接脫氧核苷酸。【學生活動2】根據模板鏈的方向標出引物的方向，并判斷子鏈延伸的方向。師生共同分析得出結論：DNA的合成方向：總是從子鏈的5’端向3’端延伸。1.3小結：在子鏈合成過程中，有兩種物質起了非常重要的作用。一種是引物，一種是DNA聚合酶。引導學生總結兩種物質的作用。即：引物決定子鏈延伸的位置，DNA聚合酶決定子鏈合成的方向。總結：細胞內DNA分子的復制需要的基本條件需要補充引物2、PCR物質準備及條件控制我們回憶及補充了細胞內DNA分子的復制需要的基本條件，接下來我們想在體外條件下對猛犸象的DNA片段進行擴增，就應該模擬細胞內DNA復制所需的條件進行相關的物質準備和條件控制。2.1準備反應場所。所用的器具主要是PCR擴增儀和微量離心管。我們把各反應物放到離心管里，通過PCR儀控制反應所需的條件。2.2物質準備【學生活動3】科學家發(fā)現將DNA、脫氧核苷酸、解旋酶、DNA聚合酶、ATP、引物加入微量離心管里并不能成功擴增DNA。試分析原因。師生分析后總結：解旋酶和DNA聚合酶不能共同使用。細胞內兩者的精密配合來自于細胞的調控。解旋酶的作用可被溫度取代，DNA聚合酶因為失活所以需要用TaqDNA聚合酶來代替，引物必須人工合成而且還需添加大量的兩種引物等。2.3反應條件反應物準備齊全，接下來需要準備反應所需的條件。這里的條件取決于TaqDNA聚合酶。問：如何維持PH？生：一定的緩沖溶液。最適的溫度是72℃左右，所以如何操作？生：再升溫。此時子鏈在TaqDNA聚合酶開始延伸。二、PCR過程我們來整理一下思路：左側是離心管里需要添加的物質，右側是反應的過程。在DNA擴增時我們要控制好三種不同的溫度。溫度的控制是通過PCR合成儀來實現的。PCR合成儀是一臺能夠自動調控溫度的儀器。也就是說經過高溫、低溫、中溫后，下一個溫度會自動調節(jié)到高溫開始不斷的循環(huán)。在循環(huán)過程中，微量離心管里的物質需要調整嗎？引出需要加入足量的物質。而模板可因為每次循環(huán)的時候，上一次的產物都可以作為下一輪反應的模板而增加數量。若循環(huán)30次，則可獲得230個DNA分子，實現了DNA片段的擴增。三、結果檢驗進行實驗后，我們需要對結果進行檢驗。利用DNA的特性DNA在260nm的紫外線波段有一強烈的吸收峰，峰值的大小與DNA的含量有關進行檢驗。四、學以致用學習了PCR的原理和過程，下面我們要學以致用。假如這段DNA片段是從猛犸象中提取到的，我們想擴增一段特定序列的DNA片段，即某目的基因。根據以上內容，最關鍵的是找到合適的引物?！緦W生活動4】嘗試設計引物。重點引導學生分析引物的堿基序列、長度對復性過程的影響。問：循環(huán)1次能不能得到我們要擴增的DNA序列。強調引物1延伸而成的子鏈會與引物2結合。讓學生觀察分析目的基因序列，說出其特點。即每條鏈中都含有一個引物，引物引導了該鏈的合成，同時又為另一條鏈規(guī)定了終點。得出結論DNA