DNA和蛋白质的简单鉴别.doc

一个简单的方法来区分蛋白质和DNA一个普通化学的实验摘要：我们提出一个课堂实验，来补充被埃利斯等人在这个杂志提出的课堂活动。在埃利斯的活动中，学生从常见食物的细胞中提取高分子聚合物。在这个实验中,提取的聚合物是DNA还是蛋白质可以用做下面的三个易理解,便宜,而且容易的实验来鉴定。前两个测试温度和酸介质效应基于DNA的物理化学属性(可逆变性),第三个测试定性测定蛋白质(而非DNA)。这三种测试的结果提供证据来区分纯的的DNA分子和可能看起来像DNA的蛋白质。艾利斯等人描述一个课堂活动,阐明了从动物和植物组织提取DNA的方法。在这个活动中,学生从常见的食物(牛肉、肝脏和洋葱)的细胞中用三个步骤提取DNA: (1)用机械粉碎的方法破坏细胞膜并添加缓冲洗涤溶液；(2)用离心机分离和除去细胞碎片,(3)通过添加冷乙醇沉淀DNA。学生在最后一步获得一层DNA的高分子聚合物纤维。有什么证据能够证明这个聚合物纤维是DNA? 我们如何能证明那些白色物质是DNA中而不使用分光光度计吗? 学生们可能感觉提取的是蛋白质甚至认为沉淀是蛋白质,而不是DNA,所以我们如何区分蛋白质和DNA?蛋白质是最丰富的生物大分子,存在于在所有细胞和细胞的所有部分。蛋白质是氨基酸的聚合物,每个氨基酸残基通过肽键这种特定的共价键和它旁边的氨基酸残基链接。蛋白质只能通过各种方法被分解(水解)成他们原来组成的氨基酸,所以,最早的对蛋白质研究集中在来源于他们的氨基酸。20种不同的氨基酸都在常见的蛋白质中发现，它们有一个羧基(-COOH)和一个氨基(-NH2)集团并且它们连接到同一个碳原子(-碳)上。氨基酸的区别在于不同的侧链,或者说R基团不等的结构、尺寸、电荷。蛋白质有四级结构：一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。所有共价键(主要是肽键和二硫键)对氨基酸残基的链接确定了多肽链的一级结构。最重要的决定二级结构的因素是指氨基酸残基的特定安排引起的循环结构 (螺旋和折叠)。三级结构说明了所有方面的多肽三维折叠方式。当一个蛋白质有两个或更多的多肽的子单元时,他们在空间的安排称为四级结构。了解DNA和蛋白质的主要理化特性,下面能完成这两种分子的区分。我们提出一个课堂实验，来补充被埃利斯等人在这个杂志提出的课堂活动。这个实验在一个中学进行。活动30分钟即可进行完成。提取的聚合物是DNA还是蛋白质可以用做下面的三个易理解,便宜,而且容易的实验来鉴定。前两个测试温度和酸介质效应基于DNA的物理化学属性(可逆变性),第三个测试定性测定蛋白质(而非DNA)。这三种测试的结果提供证据来区分纯的的DNA分子和可能看起来像DNA的蛋白质。实验：综述：在这三个实验中,DNA的物理化学性质和蛋白质的不同。DNA样本在此前的一个实验中被“精制” (从草莓和香蕉中提取)。对于每个三个测试,获得的纤维绕在玻璃棒或木头棍(烧烤棒)上,像意大利面绕在叉子上一样,然后放在一个试管中。同样的木棍可以用作刮刀。获得的DNA沉淀样本足以做这三个实验。对于蛋白质样品而言,一个鸡蛋的鸡蛋清(卵清蛋白和白蛋白)被用作类似于DNA的蛋白质。温度效应：添加2 mL蒸馏水到一个DNA沉淀样本的试管里(标记为T-a)。对0.5 mL的蛋清样品重复相同的步骤(标记为T-b)。两试管里的物质轻轻地混合并在烧杯里沸水浴加热2分钟。用镊子从沸水浴中取出试管然后再轻轻混合一次。学生仔细观察两个试管并为后面的讨论做记录。酸介质效应：添加2 mL 0.1mol/L 盐酸到到一个DNA沉淀样本的试管里(标记为A-a)。用干净的橡皮塞封闭试管并振荡2分钟。对0.5mL的蛋清样本进行同样的操作（标记为A-b）。学生仔细观察两个试管并为后面的讨论做记录。定性蛋白质化验：添加5滴双缩脲试剂到一个DNA沉淀样本的试管里(标记为P-a) 用干净的橡皮塞封闭试管并振荡1分钟。对0.5mL的蛋清样本进行同样的操作（标记为P-b）。学生仔细观察两个试管并为后面的讨论做记录。双缩脲试剂可以由学生自己配制或购买。实验可能导致的危害：进行这个实验必须穿着实验室外套并进行合适的眼睛的保护。学生必须遵守一般的化学实验室安全措施。学生们应该通过化学品安全说明书表知道与化学品有关实验中使用的特定风险。结果和讨论： 所有的结果如图1所示。由给出的测试,学生们可以得出结论,DNA和蛋白质包含溶液可以通过提高溶液温度的被分辨出来,加热可以导致分子变性。DNA在沸水浴中时可溶，这是因为双螺旋分离，得到澄清的溶液。而蛋清中的的蛋白因加热产生的变性然后凝结成块,得到了模糊悬浮物(图1 A)。图1. 温度效应实验结果（A），酸介质效应实验结果（B），蛋白质定性检测（C）以及实验用的两个试管，DNA（管a）和蛋清（管b）我们也观测到对于DNA和蛋白质而言pH值的变化导致的变性，接触酸性介质时它们的反应是不同的。在0.1 mol/L HCl中，DNA双链分开并增加了溶解度。然而,天然构象的蛋清构象改变，变为一个丝状白色聚集物 (图1 B)。蛋白质可以在碱性溶液中和铜盐形成一种络合物。这种试剂因这些特征被称为双缩脲试剂。当蛋白质与这一试剂反应,能形成独特的紫色络合物(图1 c)。它是一个明确识别蛋白质的存在的简单的方法;纯DNA样本应该不会产生明显现象。双缩脲和福林酚反应是识别蛋白质的最受