2013届高三生物一轮复习精品课件专题4《dna和蛋白质技术植物有效成分的提取》（人教选修1）

专题4 DNA和蛋白质技术、 植物有效成分的提取 一、DNA的粗提取与鉴定 1.基本原理 (1)DNA在不同浓度的NaCl溶液中的溶解度不同,在0.14 mol/L的Na- Cl溶液中的溶解度_; (2)DNA_溶于酒精溶液; (3)DNA不被蛋白酶所水解; (4)DNA可被_染成蓝色。 最低 不 二苯胺 2.过程 获取实验材料 破碎细胞,获取含DNA的滤液 DNA的鉴定 即时训练1关于DNA粗提取的实验材料的选 择,也经过了多次实验效果的比较,最终选择鸡血做实验材料。请回 答下列问题。 (1)鸡血细胞中红细胞 ,家鸡属于鸟类,新陈代谢旺盛,因而血液 中 细胞数目较多,可以提供丰富的 。 (2)实验前由老师用血细胞液供同学们做实验材料,而不用鸡全血,主 要原因是 。 (3)在牧区采集牛、羊和马血比较方便,若用该材料按实验要求完成 实验步骤后,结果是 ,这是因为这些动物和人类一样, ,但若改用动物肝脏做实验材料,实验能顺利进行,这是因 为 。 (4)若选用动物肝脏做实验材料,在提取之前,最好增加 程 序,使组织细胞更易分离。 很难提取到DNA 成熟红细胞中无细胞核 肝细胞有细胞核 (4) 研磨 解析:(1)鸡红细胞中含有成形的细胞核,而且红细胞数量比较多,因而 DNA量也较丰富。(2)鸡的全血包括血浆和血细胞,血浆中无DNA,全 血中除去血浆后即是浓缩的血细胞液,DNA的相对含量提高了。(3) 哺乳动物成熟的红细胞中无细胞核,仅靠白细胞和淋巴细胞中的少 数DNA,在实验中很难提取到。但肝细胞含有细胞核,并且肝组织易 破坏,有利于DNA的提取。(4)若使肝脏组织易分离,将肝脏组织剪碎、 研磨是一种简便易行的方法。 答案:(1)含细胞核 红 DNA (2)鸡血细胞中DNA相对含量高 (3) 二、多聚酶链式反应扩增DNA片段 变性:当温度上升到_以上时,双链DNA解聚为_ 复性:温度下降到_左右时,两种_通过碱基互补配对与两条单 链DNA结合 延伸:温度上升到_左右时,溶液中的4种脱氧核苷酸(A,T,C,G)在 _的作用下,根据碱基互补配对原则合成新的DNA链 90 单链 50 引物 72 DNA聚合酶 即时训练2一个由15N标记的DNA分子,放在没 有标记的环境中培养,利用PCR循环5次后标记的DNA分子占总数的 ( )。 A.1/10 B.1/5 C.1/16 D.1/25 答案:C 子中,这样两个子代DNA分子被标记了。以后均是在没有标记的环 境中培养,不论经过多少次复制,最初标记的两条链始终分别存在于 两个DNA分子中,这样经过n次循环后,标记的DNA分子占总数的2/2n, 即1/2n-1。 解析:DNA的复制是半保留复制,其特点是:新形成的DNA双链,一条 是来自亲代DNA分子的母链,另一条是新形成的子链。最初由15N标 记的DNA分子复制后,其标记的两条链就分别进入两个子代DNA分 1. 三、血红蛋白的提取和分离 2. 大小及形状不同,在电场中的 不同而实现分离。 答案:电荷(带电情况) 迁移速度 解析:电泳利用了待分离样品中各种分子带电性质的差异以及分子 本身的大小、形状的不同,使带电分子产生不同的迁移速度,从而实 现样品中各种分子的分离。 即时训练3科学家发现家蝇体内存在一种抗 菌活性蛋白。这种蛋白质具有极强的抗菌能力,受到研究者重视。 分离该抗菌蛋白可用电泳法,其原理是根据蛋白质分子的 、 1. 四、植物有效成分的提取 2. 即时训练4有人设计了一套实验室蒸馏芳香 油的五个步骤:将蒸馏烧瓶固定在铁架台上,在蒸馏烧瓶上塞好带 温度计的橡皮塞;连接好冷凝管,把冷凝管固定在铁架台上,将冷凝 管进水口的橡皮管的另一端与水龙头相连,将和出水口相接的橡皮 管的另一端放在水槽中;把酒精灯放在铁架台上,根据酒精灯高度 确定铁圈的高度,放好石棉网;向蒸馏烧瓶中放入几片碎瓷片,再用 漏斗向烧瓶中加入原料,塞好带温度计的橡皮塞,并调节温度计高度, 把接收器连接在冷凝管的末端,并伸入接收装置(如锥形瓶)中;检查 气密性。 (1)玫瑰精油高温 分解, 溶于水, 溶于有机溶剂,所 以可用 提取,再经 过程即可得到玫瑰精油。 (2)上述实验正确的操作顺序是 。 (3)冷凝管里水流的方向与水蒸气流向 。 (4)温度计的水银球应放在 位置,以测量 。 (5)在蒸馏烧瓶中加入几片碎瓷片,目的是 。 (6)通过蒸馏,得到的是 ,若想得到纯净的玫瑰精油需 ,首先 ,目的是 。 (7)提取玫瑰精油的原理是 。 温度 (5)防止暴沸 (6)油水混合物 进行分液 向乳浊液中加入氯化钠 增加水的密度,使之出现明显分层 (7)利用水蒸气将挥发性较强的玫瑰精油携带出来,蒸出的精油与水 的混合物经过分离后得到精油 解析:玫瑰精油的化学性质稳定,难溶于水,易溶于有机溶剂,能随水蒸 气一同蒸馏。实验操作考查提取玫瑰精油的蒸馏装置的连接。水流 的作用是冷却气流,所以与水蒸气方向相反。温度计测量的是气体 的温度,因此要放在支管下沿。加入碎瓷片的目的是防止暴沸。 答案:(1)不易 难 易 水蒸气蒸馏法 分液 (2) (3)相反 (4)蒸馏烧瓶支管下沿 蒸馏出蒸汽的 1.DNA与蛋白质理化性质的区别 (1)溶解度的区别。 NaCl酒精(体积分数为95%的冷酒精) DNA 不溶 蛋白质 NaCl从2 mol/L逐渐稀释的 过程中溶解度逐渐增大 某些蛋白质可溶 考点一 DNA的粗提取与鉴定 DNA蛋白质 蛋白酶没影响水解 高温80 以上才会变性6080 会变性 洗涤剂没影响瓦解细胞膜 (破坏膜中的蛋白质分子) 试管序号AB 1加2 mol/L NaCl溶液5 mL 加2 mol/L NaCl溶液5 mL 2不加加粗提取DNA丝状物并搅拌溶 解 3加4 mL二苯胺混匀加4 mL二苯胺混匀 4沸水浴5 min沸水浴5 min 实验现象不变色变蓝 实验结论DNA在沸水浴情况下,遇二苯胺会变蓝色 2.DNA的鉴定实验 易错提示(1)哺乳动物成熟的红细胞中不含 细胞核,也没有DNA,不适于作DNA提取的材料,但却是提取血红蛋白 的理想材料。(2)实验过程中两次用到蒸馏水,第一次目的是使成熟 的鸡血细胞胀破释放出DNA,第二次目的是稀释NaCl溶液。 【例1】 以下是有关DNA粗提取实验的阅读材料: A.核酸极不稳定,在较为剧烈的化学、物理因素和酶的作用下很容 易降解。 B.DNA核蛋白在1 mol/L NaCl溶液中溶解度很高,但在0.14 mol/L NaCl溶液中的溶解度很低;而RNA核蛋白溶于0.14 mol/L NaCl溶液。 C.用苯酚处理,可使蛋白质变性,且留在苯酚层内;在DNA溶液中加入 2.5倍体积、体积分数为95%的酒精,可将DNA分离出来。 D.DNA在强酸环境下,水解产生脱氧核糖等小分子物质,它与二苯胺 酸性溶液反应,能生成蓝色化合物。 E.实验材料与器械:柠檬酸钠溶液、石英砂、0.14 mol/L NaCl溶液、 1 mol/L NaCl溶液、蒸馏水、苯酚、95%酒精、二苯胺试剂、浓硫酸、 花椰菜、研钵、烧杯、漏斗、玻璃棒、量筒、石棉网、酒精灯、吸 管、试管等。 F.实验步骤:研磨得匀浆过滤得滤液滤液稀释6倍离心处理得 沉淀物沉淀物再溶解加苯酚静置后去上清液提取出DNA DNA鉴定。 (1)研磨时,取10 g花椰菜,加适量的石英砂、 和 。 (2)将滤液稀释6倍,其目的是 。 (3)取沉淀物,置于2 mL 1 mol/L NaCl溶液中,使DNA核蛋白再次溶解, 再加2 mL苯酚充分振荡后静置,待其分层后弃其上层的苯酚。该步 骤的目的是除去 。 (4)将剩余溶液中的DNA提取出来的方法是: 。 (5)证明提取物确实是DNA分子的方法是: 。 请阅读以上材料回答下列问题。 解析:(1)在研磨时加入少许石英砂是为了增大摩擦力,加快研磨的速 度。加入1 mol/L NaCl溶液是为了溶解DNA,而加入柠檬酸钠溶液是 为了保护DNA不被破坏。(2)在0.14 mol/L NaCl溶液中,DNA核蛋白 的溶解度最低,所以我们要将1 mol/L NaCl溶液稀释。(3)前一步提取 的是DNA核蛋白,而我们要的是DNA,因此需要把DNA核蛋白进一步 提纯。用苯酚处理,可使蛋白质变性,且留在苯酚层内,用这样的方法 可以去除蛋白质。(4)根据题中所给信息,在DNA溶液中加入2.5倍体 积、体积分数为95%的酒精,DNA黏稠,可用玻璃棒搅成团取出。(5) DNA在强酸环境下,水解产生脱氧核糖等小分子物质,它与二苯胺酸 性溶液反应,能生成蓝色化合物。用此种方法可以鉴定所提取的物 质是否为DNA。 答案:(1)1 mol/L NaCl溶液 柠檬酸钠溶液 (2)使DNA核蛋白的溶 解度逐渐降低 (3)蛋白质 (4)向下层DNA溶液中加2.5倍体积、体 积分数为95%的酒精,此时用玻璃棒搅动,在玻璃棒上的成团物即是 DNA (5)用适量的浓硫酸处理提取物,再滴加二苯胺试剂数滴,加热 如有蓝色出现即可证明提取物是DNA 细胞内DNA复制PCR 不同点 解旋在解旋酶作用下边解旋边复制 80100 高温解旋,双 链完全分开 酶DNA解旋酶、DNA聚合酶Taq DNA聚合酶 引物RNADNA或RNA 温度体内温和条件高温 1.细胞内DNA复制与PCR技术的比较 考点二 多聚酶链式反应扩增DNA片段 细胞内DNA复制PCR 相同点需提供DNA复制的模板 四种脱氧核苷酸作原料 子链延伸的方向都是从5端到3端 都要酶的催化 2.PCR反应的原理、过程及结果 (1)PCR原理。 在一定的缓冲溶液中通过控制温度并提供模板和原料,使DNA复制 在体外反复进行。 (2)PCR反应过程。 变性:当温度上升到90 以上时,双链DNA解聚为单链,如下图: 复性:温度下降至50 左右时,两种引物通过碱基互补配对与两条 单链DNA结合,如下图: 延伸:当温度上升至72 左右,溶液中的四种脱氧核苷酸在DNA聚 合酶的作用下,根据碱基互补配对原则合成新的DNA链,如下图: (3)结果。 PCR一般要经历三十多次循环,每次循环都包括变性、复性、延伸 三步。 两个引物之间的固定长度的DNA序列呈指数扩增。 1.PCR所用的缓冲液实验前应分装成小份,并在-20 储存。 易错提示PCR操作中的注意事项 2.PCR所用的缓冲液配制一定要严格,或者直接购买专用扩增缓冲液。 3.为避免外源DNA等因素的污染,PCR实验中使用的微量离心管、吸 液枪头、缓冲液以及蒸馏水等在使用前必须进行高压灭菌。 4.在微量离心管中添加反应成分时,每吸取一种试剂后,移液器上的 枪头必须更换。 【例2】 多聚酶链式反应(PCR)是一种体外迅速扩增DNA片段的技 术。请回答下列有关PCR技术的基本原理及应用问题。 (1)DNA的两条链是反向平行的,通常将 的末端称为5端,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 开始延伸DNA链。 (2)PCR利用DNA的热变性原理解决了打开DNA双链的问题,但又导 致了DNA聚合酶失活的新问题。到20世纪80年代,科学家从一种Taq 细菌中分离到 ,它的发现和应用解决了上述问题。要将Taq 细菌从其他普通的微生物中分离出来,所用的培养基叫 。 (3)PCR的每次循环可以分为 三步。假设在PCR反应中,只有 一个DNA片段作为模板,请计算在5次循环后,反应物中大约有 个这样的DNA片段。 (4)请用简图表示出一个DNA片段PCR反应中第二轮的产物。 (5)简述PCR技术的主要应用 。 解析:(1)DNA聚合酶工作时必须要有一个引物,它只能把新的核苷酸 加到已经存在的核酸的3端羟基上,与DNA母链结合的RNA引物就提 供这个羟基。(2)因PCR利用了DNA的热变性原理解决了打开DNA 双链的问题,所以用于催化DNA复制过程的DNA聚合酶要具有耐高 温的特性。用选择培养基可将Taq细菌从其他普通的微生物中分离 出来。(3)DNA复制时两条链均作为模板,进行半保留式复制,所以复 制5次后得到的子代DNA分子数为25=32个。(4)新合成的DNA链带 有引物,而最初的模板DNA的两条链不带有引物。(5)PCR技术可以 对DNA分子进行扩增,所以可用于遗传疾病的诊断、刑侦破案、古 生物学研究、基因克隆和DNA序列测定等方面。 (4) 答案:(1)磷酸基团 3端 (2)耐高温的TaqDNA聚合酶 选择培养基 (3)变性、复性和延伸 32 (5)遗传疾病的诊断、刑侦破案、古生物学研究、基因克隆和DNA 序列测定(要求3项以上) 1.方法及原理 方法原理 凝胶色谱法根据相对分子质量的大小分离蛋 白质 电泳法各种分子带电性质的差异以及分 子本身大小、形状的不同来分离 蛋白质 考点三 血红蛋白的提取和分离 2.实验操作程序 (1)样品处理 红细胞的洗涤:除去血浆蛋白等杂质,以利于后续步骤的分离纯化; 血红蛋白的释放:使红细胞胀破,血红蛋白释放出来; 分离血红蛋白溶液:经过离心使血红蛋白和其他杂质分离开来,便 于下一步对血红蛋白的纯化。 (2)粗分离透析:除去样品中相对分子质量较小的杂质。 骤如下: 调节缓冲液面:打开色谱柱下端的流出口,使缓冲液与凝胶面平齐,关 闭出口 加入蛋白质样品:用吸管将透析后的样品加到色谱柱的顶端。加样 后,打开下端出口,等样品完全渗入凝胶层后,关闭出口 调节缓冲液面:加入物质的量浓度为20 mmol/L的磷酸缓冲液到适当 高度 (3)纯化:一般采用凝胶色谱法对血红蛋白进行分离和纯化。具体步 洗脱:连接缓冲液洗脱瓶,打开下端出口,进行洗脱 收集分装蛋白质:待红色的蛋白质接近色谱柱底端时,用试管收集 3.纯度鉴定 使用最多的是SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳。 易错提示相对分子质量不同的蛋白质通过凝胶 时,相对分子质量较小的蛋白质容易进入凝胶内部的通道,而相对分 子质量较大的蛋白质只能在凝胶外部移动,移动速度快,因此蛋白质 分子彼此分离。 【例3】 下图表示血红蛋白提取和分离实验的部分装置或操作方法, 请回答下列问题。 甲 乙 丙 (1)为了提取和分离血红蛋白,首先对红细胞进行洗涤以去除杂质蛋 白,洗涤时应使用生理盐水而不使用蒸馏水的原因是 。 (2)图甲表示 过程,该操作的目的是去除样品中 的 杂质。现有一定量的血红蛋白溶液,进行上述操作时若要尽快达到 理想的实验效果,可以 (写出一种方法)。一段时间后,若向烧 杯中加入双缩脲试剂,透析袋内溶液是否出现紫色并说明判断的依 据: 。 (3)观察图乙,往色谱柱中加样的正确操作顺序是 (用序号表 示)。在进行操作前,应该等样品 ,且要 (填“打 开”或“关闭”)下端出口。 (4)图丙表示电泳法分离蛋白质的结果,不同蛋白质得以分离是因为 。 解析:(1)生理盐水与红细胞内液为等渗溶液,故用其洗涤而不同蒸馏 水,主要是为了防止红细胞吸水破裂。(2)题图甲表示血红蛋白粗提 取过程,也为透析过程。透析可以去除样品中相对分子质量较小的 杂质;若要尽快达到理想的透析实验效果,则可采用增加缓冲液的量 或及时更换缓冲液等方法。透析袋是一种半透膜,双缩脲试剂可以 透过这种半透膜,进入袋内与血红蛋白反应,生成紫色物质。(3)根据 教材中往色谱柱中加样的顺序可知,正确的排序为;图中进 行操作是在样品上部添加缓冲液,在添加缓冲液之前,应该等样品 完全进入凝胶层之后,并关闭下端出口。(4)电泳利用了待分离样品 中各种分子带电性质的差异以及分子本身的大小、形状的不同,使 带电分子产生不同的迁移速度,从而实现样品中各种分子的分离。 答案:(1)防止红细胞吸水破裂 (2)透析(粗分离) 相对分子质量较 小 增加缓冲液的量(或及时更换缓冲液) 如出现紫色,双缩脲试剂 可以透过半透膜,与袋内血红蛋白反应,生成紫色物质 (3) 完全进入凝胶层 关闭 (4)不同蛋白质所带电荷的性质、分子大 小和形状不同,导致电泳时迁移速度不同 提取 方法 蒸馏压榨萃取 适用 范围 适用于提取玫瑰油、 薄荷油等挥发性强的 芳香油 适用于柑橘、 柠檬等易焦糊 原料的提取 适用范围广,要求原料的 颗粒要尽可能细小,能充 分浸泡在有机溶剂中 优点 简单易行,便于分离生产成本低,可 保持原料原来 的结构和功能 出油率高,易分离 考点四 植物有效成分的提取 局限 性 水中蒸馏会导 致原料焦糊和 有效成分水解 等问题 分离较为困难, 出油率相对较 低 使用的有机溶 剂处理不当会 影响芳香油的 质量 【例4】 下列是与芳香油