突变

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看电视上任何类型的犯罪节目，很快，他们都会开始谈论DNA指纹。事实上很多人并不知道DNA指纹是什么。我记得我有个大学朋友，他非常自信地向别人解释说，这涉及到在犯罪现场发现指纹。然后用指纹克隆罪犯，这样你就能看到他的脸了。他是英语专业的。

为了方便英语专业的朋友，也许我们应该叫它DNA测试。现在，这个领域已经从最初的单一技术，包括切碎DNA并查看你创造的模式或片段，发展到一系列的技术，这些技术真正改变了这个领域。这两种主要技术被称为RFLP和PCR。然而，它们背后的科学其实很简单。

就像我说的，还有其他形式。你不必担心这些问题，因为AP生物学研究人员在20年前就开始问PCR问题了，这是当今实验室使用的主要技术。

所以在我讨论什么是PCR或RFLP之前，我需要讨论一个叫做凝胶电泳的过程。凝胶电泳是分析这两种技术产生的DNA样本的一种方法。

一旦你学会了如何分析DNA，我将讨论RFLP。最初的技术是为了识别人而切碎DNA的模式。最后，我要讲PCR。PCR是目前大多数实验室使用的主要技术。它包括复制DNA片段，你想要的任何片段。它可以被用于鉴定目的，测试某人是否有某种特定的基因。或者你甚至可以用它来做所谓的基因序列，你可以识别特定的碱基和DNA片段。

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大多数DNA测试方法都使用凝胶电泳，这是一种测量不同形式的DNA测试产生的DNA长度的方法。两种形式的DNA测试都需要使用凝胶电泳，就像我之前说过的，来测量这些方法产生的DNA分子的长度。

凝胶电泳依赖一种叫做琼脂糖的化学物质，琼脂糖来自海藻。琼脂糖当你将它与水缓冲溶液混合时，它最终会形成凝胶。有点像“gelo”。你为什么要这么做?这叫做凝胶托盘。你要做的就是把凝胶倒进去看到这个梳子了吗?当凝胶变硬时就会停止。它创造了一个小孔，你可以将DNA插入其中。

为什么这样做呢?我可以把这个凝胶铸造托盘，放到这个叫做凝胶电泳盒的东西里。当我把DNA样本放进井里，然后关上盒子，我就可以把它接上电源它就会从这里到那里输送电流。由于DNA带负电荷，它会被正极或正极吸引。正极在这里。这迫使DNA从孔中移动到凝胶中。

现在证明，当你把琼脂糖做得合适的时候，它会产生一个规则的琼脂糖多糖分子。这就形成了一个由DNA分子编织和缠绕的小管和通道组成的网络。结果表明，DNA分子越短，通过凝胶的速度就越快。较大的分子最终不得不以较慢的速度运动。

现在，为了帮助你们理解这个。想象一下你必须在教室里赛跑。但想象一下，你不只是在教室的一面墙上行走，而是在每一张桌子上来回穿梭，直到最后到达教室的另一边。你可以很快做到。

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如果你要和五个人手拉手排成一条线，然后你开始跑过去，你会怎么做?是的，你们每个人都跑得很快，但当你们像这样钩在一起时，就会遇到尖角，在你不想受伤的地方受伤。DNA也是一样。小的碎片可以快速地穿过通道，大的碎片更难通过。

这是非常有用的。如果你检测DNA样本，你怎么知道它有多大?你用已知的样本。让我们看一个非常简单的图，凝胶是什么样的。

这里我们看到一条小巷。这是水井，我把我的DNA加入到这个井里。现在我知道这些碎片有多大了，因为我把它们做得这么大。我可以看到最小的部分，只有1000个碱基对长，它移动得非常快。这个有2500个碱基对长，DNA是用双螺旋的碱基对来测量的。这一块有5000对碱基对长，这一块有10000对碱基对长。我在这条巷子里装了一份未知DNA样本。你能猜出它有多长吗?没错，它和5000个碱基对完全一样。所以我知道它大概有5000个碱基对长。

那么这个人呢?它和这些都不完全吻合，我怎么算出来呢?这是非常简单的。这里是5000，这里是2500。仅仅通过我的眼睛，我可以说它在2500到5000之间，所以可能有4000到3500个碱基对长。

现在，如果我想把这个复杂化，我可以把它们中的每一个，我可以测量它测量的毫米数，然后把它放在一个图表上，创建一条已知的曲线。然后用它来找出未知的东西。

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为了得到更多的练习，我强烈建议你去AP生物实验室的在线虚拟实验室看看我们的DNA测试。点击分析部分的结果，我相信是二。他们会给你大量的练习来学习怎么做。这是他们在选择题或作文中会用到的标准题目之一。

既然我们已经讨论了凝胶电泳，如何测量已经产生的DNA的长度，让我们来看看我讨论的两种技术中的第一种，RFLP。现在我谈到了RFLP，但我没有解释R、F、L和P代表什么。这是在科学上帮助你的事情之一。不要被很多音节弄糊涂或害怕。看看他们，他们告诉你很多事情。限制性片段长度多态性。

那是什么意思？限制性片段是一段DNA。因为我以前谈过酶。有一种特殊的酶叫做限制性内切酶。当我们在DNA上使用这些酶时，它们会将一长段DNA分解成更小的片段或碎片。这些碎片的长度可以是长的，短的，中等的。

多态指的是多，morph指的是形式。因为我的DNA和你的DNA不一样，所以我切割出的碎片的长度，和你的DNA切割出的碎片的长度也不一样。这就是限制性片段长度多态性所指的。所以让我们仔细看看这是如何工作的。

我之前简单提到的那些限制性内切酶，是一种特殊的酶，通过DNA寻找特定的序列，比如GATC。现在作为旁注，有时你会看到被称为内切酶的限制性内切酶，因为它们位于细胞核内。但我认识的每个像我一样酷的人都叫他们限制酶。

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这里我们看到了来自两个不同个体的DNA样本。因为每个人的DNA都有点独特，在这个基因上，DNA的这一部分，这个人有不同的序列。不是GAATC而是GTATC。

这些限制性内切酶只按照特定的顺序进行切割。在切的过程中，在这里切。注意这个未配对的TTNA和这个未配对的AAT是如何形成的。作为一个小提示，这在基因工程中非常有用但我现在不想讲那个。然而，同样的限制性内切酶，沿着DNA的这个序列，会完全忽略那个区域，不切断它。

样本1和样本2。第一个，第二个。我们最终在这里创作了两幅作品，在那里创作了一幅更长的作品。然后我将样本1装入第一口井。我看到我有两个波段，这两个波段移动得相当快，为什么?因为他们很矮。在我加载样本2的地方，它只有一个波段。它是一个更长的DNA分子，所以它不能移动到它试图穿过琼脂糖的地方。所以我们在凝胶的开始处有一个带，表示一个较大的DNA片段和两个较小的DNA片段。

如果我有第三口井，我把犯罪现场的DNA样本装进去，然后我就能看到它和哪个模式匹配。我以前没说过的是，你是如何看待DNA的。因为事实证明，DNA是清晰的。这就是为什么你经常要加一些特殊的污渍，比如溴化乙烯或亚甲基蓝等。或者，特别是RFLP，当你切割人类DNA分子或染色体时，你会得到数千条不同的带。

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在这种情况下，很多时候他们会做的是，他们会添加特殊的放射性探测器。这些是特别预先制作好的单链DNA片段，它们会与特定的序列结合。所以不是看到整个涂片带，你可能只需要看10,20,30取决于你用的是哪种探针。在AP生物学考试中涉及RFLP的标准问题是什么?

他们会说，这是一个质粒的地图。如果你们不知道质粒是一个DNA的环状分子。这是我们用两种不同的酶切割质粒的凝胶。我简单地称它们为限制性内切酶A，限制性内切酶b，在这个质粒上，你必须找出限制性内切酶的位置，即每个酶所对应的，As, Ts, Cs和Gs的序列。他们会做的是，他们会在这边给你看，这是一个分子标准。在这里，他们用已知长度的DNA分子进行了测试。我在这里加上它们的长度。

现在我会告诉你们，一个是1000个碱基对，另一个是10000个碱基对。哪一个会是那个？这将是一个赢得比赛，移动最快的。这一个有1000个碱基对长。我把它设置得很好，很简单。这是二，这是三，这是四，这是五，这是六，这是七，这是八。我只是说8000。所以我们可以看到它已经通过了，我们已知的标准允许我们测量所有其他人。

现在在第一个通道里，我加入了质粒，我们的DNA环状分子，但我也加入了第一个酶。限制性内切酶a被切成多少块了?我可以看到两部分。

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所以我知道我的质粒上必须有两个地方有酶a的限制位点，我们看看它们移动了多久?我可以把这些排列起来，我可以看到其中一个有3000个碱基对长，另一个有5000个碱基对长。如果我数一圈，如果这是零一，二，三，四，五，六，七，八。我可以看到它到处都是，我能把酶A的另一个切割点放在哪里呢?

我知道这一圈的总数是8，所以3加5等于8。那么它一定是1000 2000 3000这是酶a的切割点，酶B呢?它有多少切割点?我看了一下，发现只有一个乐队。如果我把一个圆切一次，我只得到一块。我知道它有多远吗?我只知道在我的8000碱基对长圆的某个地方，有一个切割点。所以我现在没有太多的数据。

当我用这两种酶在同一个试管中切割DNA时发生了什么，我最终得到了一个有1000个碱基对长的片段。另一块有2000个碱基对长，然后第三块有5000个碱基对长。这就是你的逻辑能力发挥作用的地方。

让我们看看。我最初用我的A看到了5000块，它创造了两块，一块是5000块，一块是3000块。那个5000个碱基对的片段似乎仍然完好无损。这面告诉我，一，二，三，四，五。没有那个B切割点。这告诉我它一定在这附近。那么哪里冷呢？距离其中一个A有1000个碱基对，距离另一个有2000个碱基对。

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所以我可以把它放在两个不同的地方。我可以把它放在这里，它会起作用，或者我可以把它放在这里，它会起作用。我会继续，我会把它放在这里，我会写B。让我再检查一下。如果我有A和B，我会在这里切割，这是1000个碱基对。我也在这里剪辑，这是2000个碱基对长的序列。然后在这边，那是5000。对于那些错过的人，一，二，五。就这样。

这是几年前的一个论文问题的基本部分，你不会相信有多少人不能处理它。不过你明白了。继续，练习一下，然后它就会有意义。

RFLP有一个问题，它需要相当多的DNA才能将其切割，并有足够的自由在凝胶中观察。如果你用的是有限的样本，你把它切开了你不小心装错了凝胶或者用错了酶，你只是把所有的样本都切开了，现在你就陷入了困境。

另一方面，PCR有一个很大的优势，因为它不是切割你的DNA，你可以从一个非常小的样本开始，你所做的是复制DNA，制造更多的DNA。现在让我们看一下它的名字，然后我们可以像限制片段长度多态性那样做。我们可以把它分解，试着弄清楚它到底是怎么回事。

聚合酶告诉我们它是一种酶。所以我知道这都是关于制造聚合物的。这是一种制造聚合物的酶。链式反应是引起另一个反应的反应。这是关于DNA复制中使用的一种特殊酶，叫做DNA聚合酶。现在DNA聚合酶是真正构建DNA的分子。PCR利用了DNA聚合酶的一种特殊性质。

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DNA聚合酶在复制时只延伸DNA区域。它不能真正开始它。现在如果你回想DNA复制，你知道它首先开始于螺旋的展开。这通常是由一系列酶完成的。然后另一种叫做primase的酶开始构建DNA分子的起始部分，叫做引物。然后DNA聚合酶延伸到任何有引物的地方。

聚合酶链式反应，你要做的就是，去除大部分的酶除了DNA聚合酶。我们用热来展开螺旋。这就是为什么这取决于一种叫做taq聚合酶的特殊DNA聚合酶的原因之一。它是水生嗜热动物的缩写。这是一种生活在火山热水池中的细菌。

所以我们用来打开酶的热量，意味着我们不用担心解旋酶，打开的酶。而DNA聚合酶，taq聚合酶，可以在高温下存活。现在，我们不是让引物在整个DNA中构建引物，而是放入预先制作好的，高度特异性的引物，这样它只会进入我们感兴趣的DNA部分。

你还需要加入一些原材料，即构建DNA分子所需要的核苷酸。然后等上90分钟，就搞定了。让我们快速浏览一个非常棒的YouTube视频，它很好地介绍了整个过程。

现在让我们把图像放大，这样更容易看。这是我们的试管，里面装满了DNA样本。从低温开始。看看这些DNA，我们不想复制所有的DNA。相反，这只是在内心深处的某个地方。在这里，它模糊地出现在视野中。我们只对这一个区域感兴趣。这就是DNA分子的一部分，我们要构建引物，推进它们，把它们和它一起放到试管里。

他们用绿色标记了这部分DNA，我们的目标序列。

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这个蓝色和品红色的部分是分子中我们不感兴趣的部分。现在我们要做的是，把它加热。当我们开始第一个循环时，我们把它加热到接近沸点，95摄氏度。这使得DNA双螺旋结构中的氢键断裂。因为它们只像分子液泡。

这里我们看到了我们想要的基因的起始和结束的引物。我们让事情冷却下来，现在底漆有足够的吸引力在那里冷却。氢键，现在是我们特殊的taq聚合酶，它是一种特殊形式的DNA聚合酶。这些绿色的小东西是原材料，原DNA核苷酸；漂浮在试管周围的As Ts Cs和Gc。为什么？因为我们把它们放进去了。聚合酶沿着它复制。

它不会在结束时停止，因为它会一直复制，直到时间耗尽。我们最多只给它90秒的时间。这是第一个循环的结束。我们该怎么办?我们把整个过程再做一遍。你在想为什么?好吧，看看会发生什么。

再加热到95摄氏度，把两边分开。这有时被称为熔化DNA。我们让它冷却到足够的温度，这样引物就可以附着在上面。这些引物和之前的完全一样。它们还在试管里。然后我们把它提高到DNA聚合酶的最佳温度，通常是72度左右。然后我们让它延伸。我们给它足够的时间，它就会继续复制。注意这个带和这个带。我们只是制造出了与我们感兴趣的基因大小相同的DNA片段。 At the end of cycle two. Let's move on to our third cycle.

再次加热。它分开了。

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当我们把它冷却到60度时，引物可以附着在上面。你可以在这里看到。将它提高到taq聚合酶的最适温度，它就会进行复制。是的，我们还在做加长版。但是现在，我们已经制造了两个分子，它们的大小正好与我们的目标基因的大小一致。我们只是一遍又一遍地做。现在让我们快进一点。现在我们开始第四个循环。

我们加热，我们冷却。让底漆进去，然后把温度调到72度这是最佳温度。它扩展了它。注意，我们做了更多。这里有8个，那里有8个。现在你会想，“但这就是一团糟。”问题是，这条边会增长得更快。它将经历指数增长。

当我们再次开始第五个循环时，我们打开它，加入引物，一切都发生了。这实际上是在机器内部进行的。你可以添加你的化学物质，编写程序，然后走开。等我们到了这里，你就知道了。这些人寡不敌众。这里有22个目标分子只有10个。

这一方基本上会开始，就像我说的以指数级增长。这样做30次，大约需要90分钟。在这边，这是数十亿，这是60。这会出现在凝胶上，但不会。

这样一来，我们就得到了无数个我们感兴趣的DNA分子序列。这可以用在CSI中，你可以用它来识别身份。无论是通过插入一堆不同的引物还是仅仅插入基因的引物，一个人和另一个人之间的不同部分。

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我们来看看他们是怎么做DNA鉴定的。通常CSI的这类东西，他们寻找的是人的DNA序列里面有重复的元素，有时被称为串联重复。无论是短串联重复还是可变数量的串联重复。在这个人身上，你可以看到这个重复的盒子一遍又一遍地重复，比这个只重复了三次的人要多很多。

它的作用是当我们对这个人的DNA进行PCR时，它们会产生更短的副本，可以移动得更远。然而，当我们对这个家伙进行PCR时，从这里和那里开始引物，我们最终得到一个更大的片段到这里。因为每个人的每个基因都有两个副本，一个来自妈妈，一个来自爸爸，假设你的父母没有两个相同的串联重复序列的副本，你最终会有两个带。这个人是纯合的4个，串联重复序列中的一个。

现在，就像我之前说的，如果我们只是在观察一个特定的基因，比如说我们可以测试你是否被注射了HIV的DNA。我们能做的就是用HIV病毒的引物进行PCR。你用我的DNA检测，希望你什么也看不到。而那些HIV呈阳性的人，你会在不幸的地点看到一条带子。

PCR的一个非常有趣的用途是，它让我们对基因的认识有了飞跃，那就是DNA测序。它利用了一种特殊的核苷酸。让我们来看看。

这里我们看到一个标准核苷酸。这是磷酸基。这是五碳糖，叫做脱氧核糖这是DNA中含氮的碱基之一，如Cs, Ts和Gs。

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这有什么不同?记住这是脱氧核糖。脱氧是什么意思?也就是说，这个碳上，应该有一个O和一个H。但如果它是核糖的话。我们把它取出来制造脱氧核糖。看看这里发生了什么，氧气消失了。这个叫做二，二脱氧核糖核酸。

你所做的是，你可以在你的试管里，有一整串核苷酸，正常的DNA核苷酸和DNA聚合酶，它们会使你形成一条长链，但是你加入了一些小比例的二脱氧核糖分子。看，那里的氧是下一个核苷酸需要加入的。如果它不在那里，如果它消失了，那么DNA复制就停止在那里。所以，在试管中放一小部分游离核苷酸，以这种双脱氧形式，然后你会得到一整条不同长度的不同链，它们都停在a，因为你放进了双脱氧腺嘌呤分子。

所以你可以有四条带，每条带上双脱氧腺嘌呤或双脱氧鸟嘌呤，双脱氧胸腺嘧啶。或者说，人们为了变得真正聪明所做的，就是把他们四个人都放在同一个试管里。但他们还添加了其他东西，使每一个发光的颜色不同。然后你可以在PCR机中运行它，将它装入凝胶中，然后离开。你有一个摄像头，它只是坐在那里看着，然后说，“绿色，一定是a，黄色一定是T”，它只是读取序列；作为DNA分子上的Ts Gs和Cs。这就是所谓的人类基因组计划背后的基本技术，他们一直在对人类DNA进行测序。

就像我之前说的，还有其他技术，像基因芯片或微阵列。但PCR和RFLP是AP生物学考试的两个主要命题。

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你要记住的是它们之间的巨大区别。RFLP就是把DNA切成更小的片段，从大样本开始。而PCR是从一个小样本开始的，如果你想的话，只是放大或复制你感兴趣的基因的无数倍。这使得PCR更加敏感和灵活。这就是为什么它已经成为大多数实验室的主要国家工具。

同样，你需要了解凝胶电泳，它的基本原理是短分子可以快速通过，大分子缓慢通过。你是否练习过使用标准曲线来计算未知DNA片段的长度?还是那句话，上网，去那个虚拟实验室，因为那个特殊的实验室，实验室6是AP生物测试的编写者似乎每四年都会回到的地方，或多或少。在问答题中，它总是在多项选择题中。

然而，比提高考试分数更重要的是，理解生物学家现在拥有的这些惊人的新工具之一。它们用来影响我们身体的一些基本功能。因为你有孩子的时候,你和你的配偶如果你有任何担心遗传问题,很有可能他们会有一个测试,这样你就可以去看医生,很容易确定的机会是什么,你可以通过特定综合征。