状元之路（新课标通用）2016高考生物一轮复习 专题三 dna和蛋白质技术与植物有效成分的提取课件

专题三 专题三 DNADNA和蛋白质技术与植物有效成分的提取和蛋白质技术与植物有效成分的提取 探究命探究命题题题题 回扣教材回扣教材 整合考点整合考点课课课课后后练习练习练习练习 轻轻轻轻 松松读读教材 提纲纲挈领领学要点 01 回扣教材 夯实实基础础 考点分类类抓基础础 点点击击破我能行 02 整合考点 破解疑难难 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 NaCl溶液中的溶 解度最低； (2)DNA不溶于酒精溶液； (3)DNA不被蛋白酶所水解； (4)DNA可被二苯胺染成蓝色。 2方法目的 方法目的 溶于 NaCl溶液中并稀释NaCl浓度为2 mol/L时，DNA溶解 ，而部分蛋白质发生盐析而生成 沉淀，通过过滤 可除去部分蛋白 质及不溶于 NaCl溶液的杂质当 NaCl溶液稀释至 0.14 mol/L时， DNA析出，过滤可除去溶于 NaCl 中的部分蛋白质和其他杂质 加入嫩肉粉嫩肉粉中含木瓜蛋白酶，水解蛋白质 加入冷却酒精(95%)DNA析出，除去溶于酒精的蛋白质 加入二苯胺，并沸水浴鉴定DNA 特点提醒 哺乳动物成熟的红细 胞中不 含细胞核，也没有00DNA，不适于作DNA 提取的材料，但却是提取血红蛋白的理想 材料。 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涨破释放出DNA； 第二次目的是稀释 NaCl溶液。 二、多聚酶链式反应(PCR)扩增DNA片段 1实验 原理 DNA分子复制。 2实验 材料 引物、PCR仪(自动调 控温度)、 TaqDNA 聚合酶、DNA模板、原料(四种脱氧核苷酸) 。 3实验过 程 (1)模板DNA的变性：模板DNA经加热至94 左右一定 时间后，使模板DNA双链或经PCR扩增形成的双链DNA 解离，使之成为单链 ，以便它与引物结合，为下轮反应 作准备。 (2)模板DNA与引物的复性：模板DNA经加热变性成单链 后，温度降至55 左右，引物与模板DNA单链的互补序 列配对结合。 (3)引物的延伸：DNA模板引物结合物在 TaqDNA聚合酶的作用下，以4种脱氧核苷 酸为反应原料，靶序列为模板，按碱基互 补配对与半保留复制原则，合成一条新的 与模板DNA链互补的半保留复制链。 重复循环变 性复性延伸过程，就可获 得更多的半保留复制链，而且这种新链又 成为下次循环的模板。每完成一个循环需2 4 min，23 h就能将待扩目的基因扩增 放大几百万倍。其具体实验 操作步骤如下 ： (1)按照PCR反应体系的配方将所需试剂摆 放在实验 桌上； (2)用微量移液器按照配方在微量试管中依 次加入各组分； (3)盖严离心管口的盖子，用手指轻轻弹击 管壁； (4)将微量离心管放在离心机上，离心约10 s。 (5)将离心管放入PCR仪上，设置好PCR仪 的循环程序。以上过程可概括为准备、移 液、混合、离心、反应五步。 特别提醒 体内复制PCR反应 时期细胞有丝分裂间期或减数第 一次分裂间期 体外随时进 行 场所细胞内微量离心管内 解旋在解旋酶作用下，细胞提供能 量，部分解开 加热至90 ，双链全部解开 ，不需解旋酶 引物一小段RNA可以是RNA或单链 DNA分子 片段 合成子 链 在引物基础上，一条链连续 合成，另一条链不连续 合 成 分别从两条链的引物端开始 ，都是连续 合成，控制温 度72 特别提醒 体内复制PCR反应 特点边解旋边复制，半保 留复制 体外迅速扩增 TaqDNA 聚合酶 不需要需要 循环次数受生物体自身控制30多次 相同点生物体内的DNA和PCR体外DNA扩增都需要模 板、四种脱氧核苷酸，且都需要在一定的缓 冲溶液中进行 三、血红蛋白的提取和分离 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 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 ， 有利于后续步骤的分离纯化； 血红蛋白的释放：使红细 胞涨破，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 。 (3)纯化：一般采用凝胶色谱法对血红蛋白 进行分离和纯化。 (4)纯度鉴定：一般用SDS聚丙烯酰 胺凝 胶电泳方法，来测定蛋白质的相对分子质 量，即对血红蛋白进行纯度鉴定。 四、植物芳香油的基本知识 1植物芳香油的基本知识 (1)成分：组成较复杂主要包括萜类 化合物 及其衍生物。 (2)特点：具有很强的挥发 性，易溶于有机 溶剂。 (3)应用：玫瑰精油是制作高级香水的主要 成分，能使人产生愉快感；橘皮精油的主 要成分是柠檬烯，具有诱人的橘香味，是 食品、化妆品和香水配料的优质 原料。 2玫瑰精油的提取流程 4水中蒸馏、水上蒸馏、水气蒸馏的区别 (1)这三种方法的基本原理相同，但原料放置位置不同。 水中蒸馏：原料放在蒸馏容器的水中，水要完全浸没原 料。 水上蒸馏：容器中水的上方有筛板，原料放在筛板上 ，水量以沸腾时不浸湿原料为宜。 水气蒸馏：蒸馏容器下方有一排气孔，连接外源水蒸 气，上方有筛板，上面放原料。 (2)各自特点：水中蒸馏设备简单 ，成本低，易操作；而 水上蒸馏和水气蒸馏时间 短，出油率高。 5植物芳香油的提取方法的比较 提取方法水蒸气蒸馏压榨法有机溶剂萃取 实验 原理利用水蒸气将挥发 性较强的芳香油 携带出来 通过机械加压， 压榨出果皮中 的芳香油 使芳香油溶解在有 机溶剂中，蒸发 溶剂后就可获得 芳香油 方法步骤1.水蒸气蒸馏2.分 离油层3.除水过 滤 1.石灰水浸泡、 漂洗2.压榨、 过滤 、静置3. 再次过滤 1.粉碎、干燥2.萃 取、过滤 3.浓缩 提取方法水蒸气蒸馏压榨法有机溶剂萃取 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 液中 优点简单 易行，便于分 离 生产成本低，易 保持原料原有 的结构和功能 出油率高，易分离 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 6.玫瑰精油的提取操作关键 (1)安装装置顺序：从左到右，自下而上； (2)温度计位置：温度计水银球的上限与蒸 馏瓶侧管的下限处在同一水平线上； (3)冷凝管中的水流向：从下方进水，上方 出水，与蒸气流向相反； (4)加热时 防暴沸：垫石棉网，向液体中加 入几粒沸石或瓷片； (5)烧瓶内液体量：烧瓶容积的1/32/3； (6)除水：加入无水 Na2SO4后，放置时间 可适当延长些； (7)温度及时间 ：为提高产品质量，要严格 控制蒸馏温度，可适当延长蒸馏时间 。 7橘皮精油提取操作的关键 (1)橘皮的处理：干燥后一定要用石灰水浸透，时间至少 10 h以上。 (2)压榨液的处理：可在压榨液中加入明矾，使其沉淀 变清；分离离心液的油层(用分液漏斗)，经静置、过滤 、离心后得到的油澄清而透明，但仍有少量水分和蜡质等 杂质，应在510 条件下静置57 d，使水分与杂质 下沉，然后用吸管吸出上层澄清的油层，再通过垫有滤 纸或石棉纸的漏斗进行减压抽滤，得到黄色油状的橘皮 精油。 五、胡萝卜素的提取 1胡萝卜素的基本知识 (1)分类：胡萝卜素的化学分子式中包含多个碳碳双键， 根据双键的数目可以将胡萝卜素划分为、三类， 胡萝卜素是其中最主要的组成成分。 (2)性质：胡萝卜素是橘黄色结晶，化学性质比较稳定， 不溶于水，微溶于乙醇，易溶于石油醚等有机溶剂。 (3)用途：治疗因缺乏微生物A而导致的各种疾病，是常用 的食品色素，还具有使癌变细胞恢复为正常细胞的作用 。 (4)提取天然 胡萝卜素的方法：从植物中提取；从大面积 养殖的岩藻中获得，利用微生物的发酵生产。 2胡萝卜素的提取方法 根据胡萝卜素易溶于有机溶剂的特点，可 以考虑有机溶剂萃取的方法。有机溶剂分 为水溶性和水不溶性两种。乙醇和丙酮能 够与水混溶，是水溶性有机溶剂；石油醚 、乙酸乙酯、乙醚、苯、四氯化碳等不能 与水混溶，称为水不溶性有机溶剂。萃取 胡萝卜素的有机溶剂应该 具有很高的沸点 ，能够充分溶解胡萝卜素，并且不与水混 溶。因此最佳萃取剂为 石油醚。 3胡萝卜素的提取流程 4影响萃取的因素 (1)主要因素：萃取剂的性质和使用量。 (2)次要因素：原料颗粒的大小、紧密程度 、含水量、萃取的温度和时间 等条件。 5萃取过程注意事项 (1)由于有机溶剂都是易燃物，直接使用明 火加热容易引起燃烧、爆炸，因此萃取过 程中应避免使用明火加热，采用水浴加热 。 (2)为防止加热时 有机溶剂挥发 ，还要在 加热瓶口安装回流冷凝装置。 6用纸层 析法鉴定时应 注意的问题 (1)选择 干净的滤纸 ，为防止操作时污 染 滤纸 ，应尽量避免用手直接接触滤纸 ，可 以戴手套进行操作。 (2)点样时 注意样斑不能太大，如用吹风机 吹干，温度不宜过高，否则斑点会变黄。 (3)点好样的滤纸 卷成筒状，卷纸时 注意两 边不能相互接触，以免因毛细管现象而导 致溶剂沿滤纸 两边的移动加快，溶剂前沿 不齐，影响结果。 高端突破巧思维维 攻艰艰克难难攀高峰 03 探究命题题 剖解热热点 典例1 DNA在 NaCl溶液中的溶解度有两 重性，随着 NaCl溶液浓度的变化而变化。 (1)请在下列浓度的 NaCl溶液中，选出能 使DNA析出最彻底的一种和溶解度最高的 一种_。 A0.14 mol/L B2 mol/L C0.15 mol/L D0.3 mol/L (2)欲使溶有DNA的2 mol/L的 NaCl溶液中的DNA析出， 需要降低 NaCl溶液的浓度，最有效的方法是_ 。 A加蒸馏水 B加矿泉水 C加清水 D加生理盐水 (3)DNA不溶于酒精，但细胞中的某些物质却可以溶于酒 精溶液，利用这一原理可以_，可以推测溶于 酒精中的可能有 _。 (4)利用DNA遇_呈蓝色的特性 ，将该物质作为鉴 定_的试剂 。其实验过 程要点是向放有_的 试管中加入4 mL的_混合均匀后 ，将试管置于_5 min，待试管 _，观察试管中溶液颜色的变 化。这个实验 也说明DNA耐_ 温，前次温度有利于_，后次温 度有利于DNA_。 解析：根据课本中DNA在 NaCl溶液中的溶 解曲线可知，DNA在 0.14 mol/L的 NaCl溶 液中溶解度最低，在2.0 mol/L的 NaCl溶液 中溶解度最高，溶解度低时，DNA析出较 彻底。染色体由DNA和蛋白质组 成，为了 把DNA和蛋白质分开，采取DNA不溶于酒 精的办法可将DNA和蛋白质分开，利用 DNA遇二苯胺(沸水浴)变蓝 的特性可鉴定 DNA。 答案：(1)A、B (2)A (3)去除杂质 某些盐类 、蛋白质、糖类或 其他大分子物质 (4)二苯胺 DNA DNA 二苯胺试剂 沸 水浴加热 冷却后 高 加速染色的反应 速度 析出 应用训练 1 关于“DNA的粗提取与鉴定” 的实验 装置如图 (1)实验材料选用鸡血细胞液，而不用鸡全血。主要原因 是鸡血细胞中_含量较高。 (2)在图所示的实验步骤中加蒸馏水20 mL的目的是 _ ，通过图所示的步骤取得滤液，再在滤液中加入2 molL1NaCl溶液的目的是_。图所示实验中 加蒸馏水的目的是_。 (3)为鉴定实验所得丝状物的主要成分是DNA，可滴加 _溶液，结果丝状物被染成绿色。 解析 (1)鸡血细胞中含较多的DNA，而 血浆中不含DNA，因此，实验 材料应用鸡 血细胞液而不用鸡全血。 (2)要明确区别两次加蒸馏水的目的，第一 次目的是让鸡 血细胞吸水涨破，放出DNA ，第二次加蒸馏水是为了降低NaCl溶液的 浓度，使溶解于2 molL1NaCl溶液中的 DNA析出。 (3)本题考查DNA的鉴定，可以加二苯胺沸水浴 变蓝色，也可加甲基绿使DNA变绿色，本题干 无沸水浴这一条件，且结果是丝状物变绿色，所 以使用的试剂为 甲基绿。本题可总结如下： DNA粗提取与鉴定中DNA的提取、分离和析出 (1)用蒸馏水涨破细胞提取核物质。 (2)用2 mol/LNaCl溶液溶解DNA。 (3)用0.14 mol/LNaCl溶液和冷却酒精溶液(体积分 数为95%)析出DNA。 答案 (1)DNA (2)使血细胞吸水涨破，放出DNA 使滤液 中的DNA溶于盐溶液 使DNA析出 (3)甲基绿 典例2 如图是用除去DNA的滤液进行血 红蛋白的提取和分离实验 的装置，下列有 关叙述不正确的是(多选)( ) A首先用图甲装置对滤液进行处理，其目的是去除相 对分子质量较大的杂质 B图乙装置的试管中收集到的液体中最先出现的是相对 分子质量较小的蛋白质 C用图乙装置分离血红蛋白时，待红色的蛋白质接近 色谱柱底端时，用试管收集流出液，每管收集5 mL，连 续收集 D图丙装置中电泳法分离提纯血红蛋白的原理是血红 蛋白带有一定量的电荷，在电场的作用下向一极移动 解析：用图甲装置对滤 液进行处理，其目 的是去除相对分子质量较小的杂质 。图乙 装置表示通过凝胶色谱法分离蛋白质的过 程。蛋白质的相对分子质量较大，被排阻 在凝胶颗粒的外面，在颗粒之间迅速通过 。 答案：AB 应用训练 2 凝胶色谱技术是20世纪60 年代初发展起来的一种快速而又简单 的分 离技术，由于设备简单 、操作方便，不需 要有机溶剂，对高分子物质有很高的分离 效果，目前已经被生物化学、分子生物学 、生物工程学、分子免疫学以及医学等有 关领域广泛应用，不但应用于科学实验 研 究，而且已经大规模地用于工业生产。据 图回答问题 ： (1)a、b均为蛋白质分子，其中先从层析柱中洗脱出来的是 _，原因是_。 (2)自己制作凝胶色谱柱时，在色谱柱底部d位置相当于多孔板的结构 可由_替代。 (3)装填凝胶色谱柱时，色谱柱内不能有气泡存在，原因是 _。 (4)若选用 SephadexG100，则“G”表示 _，100表示_。 (5)洗脱用的液体应尽量与浸泡凝胶所用的液体_(填“相同” 或“不同”)，洗脱时，对洗脱液的流速要求是_。 解析 本题主要考查蛋白质分离的方法凝胶色谱法的原理及操 作时的注意事项。(1)由于不同蛋白质其相对分子质量可能不同，相 对分子质量较大的蛋白质不能进入凝胶内部通道，只能在凝胶外部 移动，路程较短，移动速度较快，可先洗脱下来，从而将a、b分离 。(2)色谱柱底部橡皮塞的凹穴上覆盖尼龙网和尼龙纱 ，相当于多孔 板。(3)凝胶色谱柱的装填是蛋白质分离的一个关键，装填时尽量紧 密，不得有气泡存在，因为气泡会搅乱洗脱液中蛋白质的洗脱次序 ，降低分离效果；也不能发生洗脱液流干的现象，一旦发生上述两 种情况，色谱柱需要重新装填。(4)洗脱时和浸泡凝胶所用的液体都 是20 mmol/L的磷酸缓冲液，洗脱时，对洗脱液的流速要求保持稳定 。 答案 (1)a a相对分子质量大，无法进 入凝胶内部的通道，只能在凝胶外部移动 ，路程较短，移动速度较快 (2)尼龙网和尼龙纱 (3)气泡会搅乱洗脱液中蛋白质的洗脱次序 ，降低分离效果 (4)凝胶的交联程度、膨胀程度及分离范围 凝胶得水值，即每克凝胶膨胀时 吸水10 g (5)相同 保持稳定 典例3 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。 答案：(1)磷酸基团 3端 (2)耐高温的Taq DNA聚合酶 选择 培养基 (3)变性、复性和延伸 32 (4) (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)。 应用训练 3 美国科学家莫里斯发明了 PCR技术。PCR技术是一种DNA“复印机” ，它可以在数小时内将一个DNA分子复制 出一千亿个，解决了检测样 本扩增的难题 。在人类基因组计 划实施中，PCR技术使 每个核苷酸的识别 成本降低至510美元。 莫里斯因发明PCR技术而荣获了诺贝 尔奖 。请回答下列问题 。 (1)DNA复制时需要大量的_作 原料，在DNA聚合酶的催化下以解旋后的 DNA单链为 _进行生物合成。 (2)在DNA分子解旋时必须加热，普通的酶容易 _，莫里斯从温泉中找到了耐95 高温的 _，解决了酶重复使用的难题，使链式反应成 为可能。每次循环中分为_、_、 _三步。 (3)高温酶的发现及应用说明了地球生物_的重 要，大自然的_库是人类的宝贵财富。 解析 考查了PCR技术的有关基础知识，内容比较简 单，可根据课本基本知识答题。 答案 (1)脱氧核苷酸 模板 (2)变性(失活) TaqDNA聚合酶 变性 复性 延伸 (3)多样性 基因 典例4 阅读以下材料，完成相关问题： 从玫瑰花中提取出的玫瑰精油称为“液体黄金”，是世界香 料工业不可取代的原料，多用于制造高级香水、化妆品 等。提取出的玫瑰精油不含有任何添加剂或化学原料，是 纯天然的护肤品，具有极好的抗衰老和止痒作用，能够 促进细胞再生、防止肌肤老化、抚平肌肤细纹，还具有 使人放松、愉悦心情的功效。玫瑰精油的化学性质稳定， 难溶于水，易溶于有机溶剂，挥发性较强。 (1)根据材料中介绍的玫瑰精油的性质，要提取玫瑰精油 可以用水中蒸馏和_法提取，但一般采用水中 蒸馏的方法，其原因是该法具有_的优点。 (2)某同学在实验中设计了如图所示装置提取玫瑰精油， 指出该装置中的两个错误，并予以改正。 错误1：_。 改正：_。 错误2：_。 改正：_。 (3)对用上述装置接收到的乳浊液进行如下处理： 试剂A是_，试剂C是_，装置B是_，试剂 C的作用是_。 (4)蒸馏时许 多因素都会影响产品的品质， 蒸馏时 温度太高、时间 太短，产品品质就 差，故要提高产品品质，需要注意： _ ； _ 。 解析：(1)应根据原料特点来选择 提取方法。根据玫瑰精油挥发 性强 ，化学性质稳 定，可以用蒸馏法，而玫瑰精油还不溶于水，易溶于 有机溶剂，故对于玫瑰精油还可以用有机溶剂萃取的方法。 (2)蒸馏装置中，温度计测 的是蒸气温度，应使水银球与支管口下沿 相平；冷凝管进水