专题80 PCR技术高考全攻略之备战高考生物考点.docx
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专题80PCR技术高考全攻略之备战高考生物考点
1.PCR原理
(1)细胞内DNA复制条件
条件
组分
作用
模板
DNA的两条单链
提供复制的模板
原料
四种脱氧核苷酸
合成DNA子链的原料
酶
解旋酶
DNA聚合酶
打开DNA双螺旋
催化合成DNA子链
能量
ATP
为解螺旋和合成子链供能
引物
RNA
为DNA聚合酶提供合成的3’端起点
(2)细胞内DNA复制过程
DNA的两条链是反向平行的,通常将DNA的羟基末端称为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。
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,复制的前提是双链解开。
在体外可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。
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。
由于PCR过程的温度高,导致DNA聚合酶失活,后来耐高温的DNA聚合酶的发现和应用,大大增加了PCR的效率。
PCR反应需要在一定的缓冲溶液中进行,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。
2.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。
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成指数扩增。
3.实验操作
(1)PCR反应体系:
缓冲液、DNA模板,四种脱氧核苷酸原料、热稳定的DNA聚合酶、两种RNA引物、水。
(2)实验操作步骤
①按照PCR反应体系配方配制反应液;
②将PCR反应体系50μL用微量移液器转移到微量离心管(0.5mL)中;
③将微量离心管放到PCR仪中;
④设置PCR仪的工作参数;
⑤DNA在PCR仪中大量扩增。
考向PCR的反应过程
1.聚合酶链式反应(PCR)是一种体外迅速扩增DNA片段的技术。
PCR过程一般经历下述30多次循环:
95℃下使模板DNA变性、解链→55℃下复性(引物与DNA模板链结合)→72℃下引物链延伸(形成新的脱氧核苷酸链)。
下列有关PCR过程的叙述中不正确的是
A.变性过程中破坏的是DNA分子内碱基对之间的氢键,也可利用解旋酶实现
B.复性过程中引物与DNA模板链的结合是依靠碱基互补配对原则完成的C.延伸过程中需要DNA聚合酶、ATP、四种核糖核苷酸
D.PCR与细胞内DNA复制相比所需酶的最适温度较高
【参考答案】C
【试题解析】变性过程中破坏的是DNA分子内碱基对之间的氢键,解旋酶也具有该作用,A正确。
复性过程中引物与DNA模板链的结合是依靠碱基互补配对原则完成的,B正确。
延伸是合成DNA的过程,所以该过程中需要DNA聚合酶、ATP、四种脱氧核糖核苷酸,C错误。
PCR与细胞内DNA复制相比所需酶的最适温度较高,因为PCR过程需要高温变性,即使在复性时的温度也比较高,D正确。
2.利用PCR技术扩增目的基因的过程中,需加入
A.耐高温的解旋酶以保证DNA双链完全解开B.2种己知核苷酸序列的引物以保证核苷酸链的延伸C.4种足量的核糖核苷酸以保证目的基因的扩增
D.—定量的盐酸和氢氧化钠溶液以维持pH的稳定
【答案】B
1.PCR(多聚酶链式反应)技术是一项在生物体外复制特定的DNA片段的核酸合成技术,如图表示合成过程。
下列说法错误的是
A.甲过程高温使DNA变性解旋,该过程不需要解旋酶的作用
B.丙过程用到的酶在高温下失活,因此在PCR扩增时需要再添加
C.如果把模板DNA的两条链用15N标记,游离的脱氧核苷酸不做标记,循环3次后,在形成的子代DNA中含有15N标记的DNA占25%
D.PCR中由碱基错配引起的变异属于基因突变
2.在PCR反应中一个DNA片段在6次循环后大约有多少个这样的片段
A.8个B.16个C.32个D.64个
3.小鼠杂交瘤细胞表达的单克隆抗体用于人体试验时易引起过敏反应,为了克服这个缺陷,可选择性扩增抗体的可变区基因(目的基因)后再重组表达。
下列相关叙述正确的是
A.设计扩增目的基因的引物时不必考虑表达载体的序列B.用PCR方法扩增目的基因时需要知道基因的全部序列C.PCR体系中G—C碱基对含量将影响使DNA解链的所需温度
D.PCR体系中一定要添加从受体细胞中提取的DNA聚合酶
4.下列有关DNA分子复制的叙述,正确的是。
A.DNA分子在解旋酶的作用下水解成脱氧核苷酸B.在复制过程中,解旋和复制是同时进行的C.解旋后以一条母链为模板合成两条新的子链
D.两条新的子链通过氢键形成一个新的DNA分子
5.标准的PCR过程一般分为变性、复性、延伸三大步,这三大步需要的温度依次是
A.92℃、50℃、72℃
B.72℃、50℃、92℃C.50℃、92℃、72℃
D.80℃、50℃、72℃
6.用PCR技术将DNA分子中的A1片段进行扩增,设计了引物Ⅰ、Ⅱ,其连接部位如图所示,x为某限制酶识别序列。
扩增后得到的绝大部分DNA片段是图中的
A.
B.
C.
D.
7.PCR是一种体外迅速扩增DNA片段的技术,其基本原理和过程与细胞内DNA的复制类似。
下列关于两者共同点的叙述,不正确的是
①边解旋边复制
②遵循碱基互补配对原则
③需要引物
④过程可分为变性、复性、延伸等步骤
A.①②B.②③
C.③④D.①④
8.如图表示DNA变性和复性示意图,下列相关说法不正确的是
A.向右的过程为加热(80~100℃)变性的过程B.向左的过程是DNA双链缓慢降温复性C.变性与在生物体内解旋过程的条件、实质都相同
D.图中DNA双链片段共有2个游离的磷酸基、2个3′端
9.以下为形成cDNA过程和PCR扩增过程示意图。
据图分析,下列说法正确的是
A.④过程发生的变化是引物与单链DNA结合B.催化①过程的酶是DNA聚合酶C.催化①②⑤过程的酶都必须能耐高温
D.过程③需要解旋酶
10.在遗传病及刑侦破案中常需要对样品DNA进行分析,PCR技术能快速扩增DNA片段,在几个小时内复制出上百万份的DNA拷贝,有效地解决了因为样品中DNA含量太低而难以对样品进行分析研究的问题。
据图回答相关问题。
(1)在相应的横线上写出引物Ⅱ,并在复性这一步骤中将引物Ⅱ置于合适的位置。
__________________。
(2)在相应的横线上写出循环一次后生成的DNA分子。
________。
(3)若将作为原料的四种脱氧核苷酸用32P标记,请分析循环一次后生成的DNA分子的特点:
________,循环n次后生成的DNA分子中不含放射性的单链占总单链的比例为________。
(4)PCR反应过程的前提条件是________,PCR技术利用了DNA的________原理解决了这个问题。
(5)在对样品DNA分析过程中发现,DNA掺杂着一些组蛋白,要去除这些组蛋白可加入的物质是___________________。
11.(2016·天津卷)人血清白蛋白(HSA)具有重要的医用价值,只能从人血浆中制备。
下图是以基因工程技术获取重组HSA(rHSA)的两条途径。
(1)获取HSA基因,首先需采集人的血液,提取_____________合成总cDNA,然后以cDNA为模板,采用PCR技术扩增HSA基因。
下图中箭头表示一条引物结合模板的位置及扩增方向,请用箭头在方框内标出另一条引物的位置及扩增方向。
(2)启动子通常具有物种及组织特异性,构建在水稻胚乳细胞内特异表达rHSA的载体,需要选择的启动子是_____________(填写字母,单选)。
A.人血细胞启动子B.水稻胚乳细胞启动子C.大肠杆菌启动子D.农杆菌启动子
(3)利用农杆菌转化水稻受体细胞的过程中,需添加酚类物质,其目的是_____________________。
(4)人体合成的初始HSA多肽,需要经过膜系统加工形成正确空间结构才能有活性。
与途径II相比,选择途径I获取rHSA的优势是_______________________________________。
(5)为证明rHSA具有医用价值,须确认rHSA与_________________的生物学功能一致。
1.【答案】B
占25%,C正确;PCR中由碱基错配引起的变异属于基因突变,D正确。
2.【答案】D
【解析】聚合酶链式反应(PCR)技术是在人为条件下进行的DNA分子复制技术,而DNA复制为半保留方式,经过6个循环即复制6次,则合成26个DNA,故一个DNA片段在6次循环后最终可得到1×26=64个DNA分子,故选D。
3.【答案】C
【解析】设计扩增目的基因的引物时,要考虑表达载体相关序列,从而保证目的的基因能与表达载体相连接及正常表达,A错误;用PCR方法扩增目的基因的前提是:
要有一段已知目的基因的核苷酸序列,以便根据这一序列合成引物,因此不需要知道基因的全部序列,B错误;在每个双链DNA分子中,碱基对A与T之间有2个氢键,C与G之间有3个氢键,且DNA分子含有的氢键数越多,其热稳定性就越高,因此PCR体系中G—C碱基对含量将影响使DNA解链的所需温度,C正确;PCR体系中一定要添加耐高温的热稳定DNA聚合酶,而从受体细胞内提取的DNA聚合酶不耐高温,D错误。
4.【答案】B
【解析】在DNA分子复制过程中,解旋酶的作用是破坏碱基对之间的氢键,形成两条脱氧核苷酸长链。
边解旋边复制是DNA复制的特点。
以解开的每一条母链为模板,按照碱基互补配对原则,各合成一条子链,最后每条新合成的子链与对应的模板链盘绕,形成两条一样的DNA分子。
5.【答案】A
【解析】标准的PCR过程一般分为变性、复性、延伸三大步,其中变性需要高温使DNA解螺旋,故为90~96℃;而复性是在较低温度下,两种引物和DNA单链相结合,故温度为40~60℃;延伸是在DNA聚合酶的作用下合成新的DNA链,温度应为DNA聚合酶的最适温度70~75℃;故选A。
6.【答案】D
【解析】利用PCR技术将DNA分子中的A1片段进行扩增,当引物与母链通过碱基互补配对结合后,子链延伸的方向总是从5′端到3′端,据此依题意和图示分析可知,A、B、C均错误,D正确。
7.【答案】D
故选D。
8.【答案】C
【解析】向右的过程为加热(80~100℃)变性的过程,即高温变性,使DNA解旋,A正确。
向左的过程是DNA双链缓慢降温复性,并合成子代DNA,B正确。
变性不需要解旋酶,通过高温条件下氢键断裂而使双链解开;生物体内解旋需要解旋酶,在常温条件下进行,C错误。
因为DNA双链是反向平行的,所以图中DNA双链片段共有2个游离的磷酸基、2个3'端,D正确。
9.【答案】A
【解析】分析题图:
图示为形成cDNA过程和PCR扩增过程示意图,其中①是由RNA形成单链DNA的过程,为逆转录过程;②是由单链DNA合成双链DNA的过程,是DNA分子复制过程;③④⑤是多聚酶链式反应扩增DNA片段,其中③是变性、④是复性、⑤是延伸阶段。
④为复性过程,发生的变化是引物与互补DNA链结合,A正确;①为逆转录过程,该过程需要逆转录酶的催化,B错误;图中②⑤过程为DNA复制,这两个过程都需要DNA聚合酶的催化,其中⑤过程进行的温度是70~75℃,因此催化该过程的DNA聚合酶能耐高温,但催化②过程的酶不耐高温,C错误;过程③为高温解链,该过程不需要解旋酶,D错误。
10.【答案】
(1)5′—G—A—OH(或HO—A—G—5′)
(2)
(3)每个DNA分子各有一条链含32P1/2n
(4)DNA解旋热变性
(5)蛋白酶
现,DNA掺杂着一些组蛋白,根据酶的专一性原理,要去除这些组蛋白可加入蛋白酶。
11.【答案】
(1)总RNA(或mRNA)
(2)B
(3)吸引农杆菌移向水稻受体细胞,有利于目的基因成功转化
(4)水稻是真核生物,具有膜系统,能对初始rHSA多肽进行高效加工
(5)HSA
【解析】
(1)合成总cDNA需提取细胞中所有的mRNA,然后通过反转录过程进行合成。
采用PCR技术扩增HSA基因时,两条引物分别与模板链的5’端结合,扩增方向相反。
(2)根据启动子通常具有物种及组织特异性可知,构建在水稻胚乳细胞内特异表达rHSA的载体,需要选择的启动子是水稻胚乳细胞启动子。
(3)利用农杆菌转化水稻受体细胞的过程中,酚类物质可以吸引农杆菌移向水稻受体细胞,有利于目的基因成功转化。
(4)水稻是真核生物,具有膜系统,能对初始rHSA多肽进行高效加工,而大肠杆菌是原核生物,细胞中不具有生物膜系统。
(5)为证明rHSA具有医用价值,须确认rHSA与天然的HSA生物学功能一致。
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