【生物图解】PCR

        2019年高考全国Ⅰ卷第38题，考了一道基因工程中PCR的试题，个人认为这个题的难度赶不上二卷的选做题，在平时的练习题中，关于PCR特别多，所以选择这道题的童鞋拿15分应该是小意思了。

真题再现

38．[生物——选修3：现代生物科技专题]（15分）

基因工程中可以通过PCR技术扩增目的基因。回答下列问题。

（1）基因工程中所用的目的基因可以人工合成，也可以从基因文库中获得。基因文库包括________和________。

（2）生物体细胞内的DNA复制开始时，解开DNA双链的酶是________。在体外利用PCR技术扩增目的基因时，使反应体系中的模板DNA解链为单链的条件是________。上述两个解链过程的共同点是破坏了DNA双链分子中的________。

（3）目前在PCR反应中使用Taq酶而不使用大肠杆菌DNA聚合酶的主要原因是________。

动画展示PCR过程

教材原文原图填空

（一）PCR原理

在用PCR技术扩增DNA时，DNA的复制过程与细胞内DNA的复制类似，因此，要了解PCR原理，首先要分析细胞内参与DNA复制的各种组成成分与反应条件。下表列出了DNA复制所需要的基本条件，想一想，如何在体外设置一个类似的DNA复制环境。

引物是一小段DNA或RNA。它能与DNA母链的一段碱基序列互补配对。用于PCR的引物长度通常为20~30个核苷酸。

DNA复制的具体过程涉及到DNA双链的方向。你已经知道，DNA的两条链是反向平行的，为了明确地表示DNA的方向，通常将DNA的经基（-OH）末端称为3′端，而磷酸基团的末端称为5′端。DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，而只能从3′端延伸DNA链，因此，DNA复制需要引物。当引物与DNA母链通过碱基互补。配对结合后，DNA聚合酶就能从引物的3′端开始延伸DNA链，因此DNA的合成方向总是从子链的5′端向3′端延伸。

在DNA的复制过程中，双链的解开是进行DNA复制的前提。如何在体外将双螺旋打开呢？这个过程可以通过控制温度来实现。在80~100℃的温度范围内，DNA的双螺旋结构将解体，双链分开，这个过程称为变性。当温度缓慢降低后，两条彼此分离的DNA链又会重新结合成双链（图5-7）。PCR利用了DNA的热变性原理，通过控制温度来控制双链的解聚与结合，现在使用的PCR仪实质上也是一台能够自动调控温度的仪器。

高温虽然解决了如何打开DNA双链的问题，但是，又导致了DNA聚合酶失活的新问题。在解决这个新问题之前，PCR还并非一种实用的实验方法。到20世纪80年代，耐高温的TaqDNA聚合酶的发现和应用（专题2课题2），解决了上述矛盾，大大增加了PCR的效率，使PCR技术趋向自动化，而最终成为现代分子生物学实验工作的基本方法之一。

综合以上分析可以看出，PCR反应需要在一定的缓冲溶液（参见专题5课题3）中才能进行，需提供：DNA模板，分别与两条模板链相结合的两种引物，四种脱氧核苷酸，耐热的DNA聚合酶，同时通过控制温度使DNA复制在体外反复进行。

（二）PCR的反应过程

PCR一般要经历三十多次循环，每次循环可以分为变性、复性和延伸三步（图5-9）。在循环之前，常要进行一次预变性，以便增加大分子模板DNA彻底变性的概率。从第二轮循环开始，上一次循环的产物也作为模板参与反应，并且由引物I延伸而成的DNA单链会与引物II结合，进行DNA的延伸，这样，DNA聚合酶只能特异地复制处于两个引物之间的DNA序列，使这段固定长度的序列呈指数扩增。

变性  当温度上升到90℃以上时，双链DNA解聚为单链。

复性  温度下降到50℃左右，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。

延伸  温度上升到72℃左右，溶液中的四种脱氧核首酸（A，T，C，G）在DNA聚合酶的作用下，根据碱基互补配对原则合成新的DNA链。

昨日答案：