PCR原理及检测方法解读ppt课件.ppt
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1、为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 一、一、PCR的定义:的定义:PCR(polymerase chain reaction):聚合酶链式反应,又称体外聚合酶链式反应,又称体外DNA扩增扩增技术。技术。近年来发展起来的一种体外扩增特异近年来发展起来的一种体外扩增特异DNA片段的技术。片段的技术。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 PCRPCR技术:技术:19851985年由美国年由美国 Cetus Cetus 公司的公司的Kary Kary M
2、ullisMullis 首创,可以将微量目的首创,可以将微量目的DNADNA片段扩增一百片段扩增一百万倍以上。万倍以上。优点:优点:敏感度高、特异性强、产率高、重复性敏感度高、特异性强、产率高、重复性好以及快速简便好以及快速简便等,广泛应用于微生物学、考古学、等,广泛应用于微生物学、考古学、法医学及体育等领域,并已普及到许多普通实验室,法医学及体育等领域,并已普及到许多普通实验室,大大简化了传统的分子克隆技术,从而比较容易地大大简化了传统的分子克隆技术,从而比较容易地对目的基因进行分析、鉴定。对目的基因进行分析、鉴定。Kary MullisKary Mullis 本人因此获本人因此获19931
3、993年诺贝尔化学奖。年诺贝尔化学奖。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 二、二、PCRPCR的原理:的原理:用于扩增位于两段已知序列之间的用于扩增位于两段已知序列之间的DNADNA片段,片段,类似于天然类似于天然DNADNA的复制过程。的复制过程。以拟扩增的以拟扩增的DNADNA分子为模板,以一对分别与模分子为模板,以一对分别与模板板5 5末端和末端和3 3末端互补的寡核苷酸片段为引物,末端互补的寡核苷酸片段为引物,在在DNADNA聚合酶的作用下,按照半保留复制的机制沿聚合酶的作用下,按照半保留复制的机制沿着模板链延
4、伸直至完成新的着模板链延伸直至完成新的DNADNA合成,重复这一过合成,重复这一过程,即可使目的程,即可使目的DNADNA片段得到扩增。片段得到扩增。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 扩增的特异性取决于引物与模板扩增的特异性取决于引物与模板DNA的特异的特异结合结合,基本反应步骤分三步:,基本反应步骤分三步:1.变性变性(Denaturation):加热使模板加热使模板DNA双链间的氢键断裂而形成两双链间的氢键断裂而形成两条单链。条单链。94 302.退火退火(复性复性)(Annealling):突然降温后模板突然降
5、温后模板DNA与引物按碱基配对原则与引物按碱基配对原则互补结合,也存在两条模板链之间的结合,但由互补结合,也存在两条模板链之间的结合,但由于引物的高浓度,结构简单的特点,主要的结合于引物的高浓度,结构简单的特点,主要的结合发生在模板与引物之间。发生在模板与引物之间。55 30 为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 3.延伸延伸(Extension):将反应温度调节到将反应温度调节到酶的最适温度酶的最适温度,在,在DNA聚合聚合酶、酶、4种种 dNTPs 及镁离子等存在的条件下,以引物的及镁离子等存在的条件下,以引物的 3
6、 端开始,结合单核苷酸,形成与模板链互补的新端开始,结合单核苷酸,形成与模板链互补的新DNA链。链。72 1 上述上述 3 步为一个循环,每经过一个循环,样本步为一个循环,每经过一个循环,样本中的中的DNA量应该增加一倍,新形成的链又可成为新量应该增加一倍,新形成的链又可成为新一轮循环的模板,经过一轮循环的模板,经过2540个循环后个循环后DNA可扩增可扩增106 109 倍。倍。PCR 的基本反应步骤的基本反应步骤变性变性95C延伸延伸72C退火退火Tm-5C为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能为深入学习习近平新时代中
7、国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 PCRPCR扩增的特异性扩增的特异性是由一对寡核苷酸引物所是由一对寡核苷酸引物所决定的决定的。反应初期,原来的。反应初期,原来的DNADNA担负起使模板的担负起使模板的作用,随着循环次数的递增,由引物介导延伸的作用,随着循环次数的递增,由引物介导延伸的片段急剧增多而成为主要模板,片段急剧增多而成为主要模板,最终的扩增产物最终的扩增产物是介于两种引物是介于两种引物5 5 端之间的端之间的DNADNA片
8、段片段。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 三、三、PCR的成分和作用:的成分和作用:1.缓冲液:缓冲液:10 50 mM Tris-Cl(pH8.4)维持维持 Taq 酶作用环境的偏碱性酶作用环境的偏碱性 25 50 mM KCl 促进引物退火,促进引物退火,50 mM 会抑制会抑制 Taq 酶的活性。酶的活性。100g/ml 牛血清白蛋白牛血清白蛋白(BSA)对酶有一定的保护性,如质量不好将起相反的作对酶有一定的保护性,如质量不好将起相反的作 用,建议使用乙酰化的用,建议使用乙酰化的 BSA。明胶、。明胶、Twee
9、n-20、二硫苏糖醇二硫苏糖醇(DTT)也有类似作用。也有类似作用。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 2.MgCl2:1.5 2.0 mM Taq 酶具有酶具有 Mg2+依赖性,显著影响反应依赖性,显著影响反应的特异性和扩增片段的产量,过量能增加非的特异性和扩增片段的产量,过量能增加非特异扩增并影响产率,过低则酶活性显著下特异扩增并影响产率,过低则酶活性显著下降。降。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 3.dNTPs:dATP dATP、dG
10、TP dGTP、dCTPdCTP、dTTPdTTP底物底物 0.02 0.02 0.2 mM dNTPs dNTPs 可与可与 Mg Mg2+2+结合,应注意结合,应注意MgMg2+2+浓度浓度与与dNTPs dNTPs 浓度之间的关系,浓度之间的关系,Mg Mg2+2+浓度比浓度比 dNTPs dNTPs 浓度高浓度高 0.2 0.2 2.5 mM 2.5 mM。过高:加快反应速度,还可增加碱基的错误掺入过高:加快反应速度,还可增加碱基的错误掺入 率和室验成本。率和室验成本。过低:反应速度下降,可提高实验的精确性。过低:反应速度下降,可提高实验的精确性。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义
11、思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 4.引物引物(Primer-P):预扩增核酸片段两端的已知序列,决定特异性。预扩增核酸片段两端的已知序列,决定特异性。0.2 1 M 偏高:非特异产物扩增及错配,增加引物之间偏高:非特异产物扩增及错配,增加引物之间 形成引物二聚体,产量降低。形成引物二聚体,产量降低。偏低:产量降低。偏低:产量降低。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 5.Taq DNA 聚合酶:聚合酶:耐高热耐高热 0.5 5 U/100 l 1U/25 50l 偏高:引物非特异
12、产物的扩增偏高:引物非特异产物的扩增 偏低:产物量降低偏低:产物量降低为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能6.模板模板DNA(Template):最低最低102 105 bp DNA片段,实际用量远远片段,实际用量远远 超过此量,用量需在实验中摸索。超过此量,用量需在实验中摸索。1 5 l 过高:非特异产物增加过高:非特异产物增加 过低:产量降低过低:产量降低7.水:水:去离子水,补足整个反应体积。去离子水,补足整个反应体积。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学
13、图书室育人功能 四、四、PCR反应体系:反应体系:各种成分的实际用量应根据实各种成分的实际用量应根据实验者选用的该成分的终浓度及所拥有验者选用的该成分的终浓度及所拥有的储备液浓度进行核算。的储备液浓度进行核算。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 五、五、PCRPCR反应条件优化:反应条件优化:1 1、温度、循环参数:、温度、循环参数:变性温度和时间:变性温度和时间:保证模板保证模板DNADNA解链完全是保证整个解链完全是保证整个PCRPCR扩增成扩增成功的关键功的关键。加热加热90909595,30 30 60 s 6
14、0 s,再复杂的,再复杂的DNADNA分分子也可变性为单链。根据模板子也可变性为单链。根据模板DNADNA复杂程度,可以复杂程度,可以调整变性温度和时间。一般情况下选择调整变性温度和时间。一般情况下选择94 94 30 30,可使各种复杂的,可使各种复杂的DNADNA分子完全变性。分子完全变性。温度过高或高温持续时间过长,可对温度过高或高温持续时间过长,可对TaqTaq酶活酶活性和性和dNTPdNTP分子造成损害。分子造成损害。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 复性温度和时间:复性温度和时间:PCR扩增特异性取决于复
15、性过程中引物与模板扩增特异性取决于复性过程中引物与模板 的结合。的结合。复性温度的选择,可根据引物的长度和复性温度的选择,可根据引物的长度和G+C含含量确定,长度在量确定,长度在15 25 bp 之间时,复性温度之间时,复性温度 Tm=4(G+C)+2(A+T)计算得到,一般位于计算得到,一般位于40 60,30 60 s。复性温度越高,产物特异性越高。复性温度越复性温度越高,产物特异性越高。复性温度越低,产物特异性越低。低,产物特异性越低。一般情况下选择一般情况下选择55 30,足以使引物与模板,足以使引物与模板之间完全结合。之间完全结合。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九
16、大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 延伸温度和时间:延伸温度和时间:一般位于一般位于Taq酶最适作用温度酶最适作用温度70 75 之间。之间。引物小于引物小于16个核苷酸时,过高的延伸温度不利于引个核苷酸时,过高的延伸温度不利于引 物与模板的结合,可以缓慢升温到物与模板的结合,可以缓慢升温到70 75。延伸反应时间,可根据待扩增片段的长度而定,延伸反应时间,可根据待扩增片段的长度而定,1Kb需加长延伸时间,需加长延伸时间,10Kb片段延伸时间可达片段延伸时间可达15分钟。分钟。延伸时间过长可出现非特异扩增,常用延伸时间过长可出现非特异扩增,常用72 1。为深入学习习近平
17、新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 循环数:循环数:其他参数选定后,其他参数选定后,PCR循环次数主要取决于循环次数主要取决于模板模板DNA的浓度。的浓度。理论上说理论上说20 25次循环后,次循环后,PCR产物的积累产物的积累即可达到最大值,实际操作中由于每步反应的产率即可达到最大值,实际操作中由于每步反应的产率不可能达到不可能达到100%,因此不管模板浓度是多少,因此不管模板浓度是多少,20 30次次是比较合理的循环次数。是比较合理的循环次数。循环次数越多,非特异扩增增加。循环次数越多,非特异扩增增加。为深入学习习近平新时代中国特
18、色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能六、六、PCR扩增产物的分析扩增产物的分析常用琼脂糖凝胶电泳常用琼脂糖凝胶电泳上排:上排:1:marker 2:阴性对照:阴性对照 3-17:标本(引物为标本(引物为CA16)下排:下排:1-3:标本(引物为标本(引物为CA16)4:CA16引物的阳性对照引物的阳性对照5:marker6:阴性对照:阴性对照 7-14:标本(引物为:标本(引物为EV71)15:EV71引物的阳性对照引物的阳性对照为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能RT-PC
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- PCR 原理 检测 方法 解读 ppt 课件
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