选修1第五讲DNA和蛋白质技术教材专题.ppt

选 修 1 高考成功方案 第1步 高考成功方案 第2步 高考成功方案 第3步 第 五 讲 返回 返回 一、DNA的粗提取和鉴定 1DNA的粗提取原理 (1)根据DNA的溶解性，DNA和蛋白质等其他成分在不同 浓度的NaCl溶液中溶解度不同。如图表示DNA在NaCl溶 液中的溶解度随着NaCl溶液浓度变化而变化的曲线。 (2)根据DNA ，可用95%的冷酒精析出 DNA。 (3)根据DNA对 的耐受性。 不溶于酒精溶液 酶、高温和洗涤剂 返回 2DNA的提纯 (1)方案一：利用DNA在 不 同的原理，通过控制NaCl溶液的浓度除去杂质。 (2)方案二：直接在DNA滤液中加入 ，其中的 能够分解蛋白质。 (3)方案三：将DNA滤液放在 的恒温水浴箱中 保温1015 min。 木瓜蛋白酶 嫩肉粉 不同浓度的NaCl溶液中溶解度 6075 返回 3DNA的鉴定 (1)所用试剂： 。 (2)处理方法：将试剂与DNA溶液混合后 5 min。 (3)现象：溶液颜色变 。 二苯胺试剂 沸水加热 蓝 返回 二、多聚酶链式反应扩增DNA片段 (1)PCR原理： 。 DNA的热变性 DNA缓慢 ，分离的DNA链又重新结合成双 链DNA 冷却 返回 (2)PCR的反应过程： 变性：当温度上升到 以上时，双链DNA解聚为 。 复性：温度下降到50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 引物 72 DNA聚合酶 返回 PCR反应的结果： DNA聚合酶只能特异地复制 的 DNA序列，使这段固定长度的序列呈 扩增。 处于两个引物之间 指数 返回 三、血红蛋白的提取和分离实验 1凝胶色谱法的原理 凝胶色谱法(也称分配色谱法)是根据 将不同分子分离开来，即： 的蛋白 质容易进入凝胶内部通道，路程较长，移动速度 ； 而 蛋白质不能进入凝胶内部，则移动速度 ，从而使相对分子质量不同的蛋白质得以分离。 相对分子质量大小 大分子 较慢 相对分子质量较小 较快 返回 2血红蛋白分离实验操作 返回 返回 考点一DNA的粗提取与鉴定 考情 解读读 本部分在高考中所占的分值值不大，近三年来的 考查查有下降的趋势趋势 。命题题以简简答题题的形式为为主，考 查查点着重于DNA粗提取的原理及操作步骤骤，关于 DNA在不同浓浓度NaCl溶液中的溶解与析出，DNA的 鉴鉴定，还还将是今后高考的热热点之一。 返回 做一题 例1 回答下列有关“DNA的粗提取与鉴定”实验的问题。 (1)下列有关“DNA的粗提取与鉴定”实验原理的叙述正确的 是( ) ADNA在NaCl溶液中的溶解度，随NaCl溶液浓度的降 低而减小 B利用DNA不溶于酒精的性质，可除去细胞中溶于酒 精的物质而得到较纯的DNA CDNA是大分子有机物，不溶于水而易溶于有机溶剂 D在沸水中，DNA遇二苯胺会出现紫色反应 返回 (2)由于鸡血较难找到，某学生试图用人血代替，结果没 有成功，其原因最可能是( ) A操作方法不对 B人血含DNA太少 CNaCl溶液浓度太高 D加二苯胺太少 返回 (3)下图为该实验过程中的一些重要操作示意图： 返回 正确的操作顺序是_。 上图C、E步骤都加入蒸馏水，但其目的不同，分别是 _和_。 上图A步骤中所用酒精必须是经过_才能使用 ，该步骤的目的是_。 为鉴定A中所得到的丝状物的主要成分为DNA，可滴 加_试剂，沸水浴，如果出现_则该丝状 物的主要成分为DNA。 返回 解析 (1)DNA在NaCl溶液中的溶 解规律如右图所示。DNA不溶于酒 精等有机溶剂，在沸水浴条件下， DNA遇二苯胺后呈现蓝色。 (2)由于人属于哺乳动物，成熟的红细胞中不含细胞核、线 粒体，所以几乎不含DNA，很难提取到DNA。 返回 (3)DNA粗提取的过程为：红细胞加蒸馏水，涨破后过滤 用2 mol/L NaCl溶解过滤除去不溶杂质加蒸馏水，析出 含DNA的黏稠物过滤黏稠物溶解在2 mol/L NaCl中 过滤溶于95%酒精进一步提纯，所以根据图示及以上分 析，正确操作顺序为CBEDA。 返回 答案 (1)B (2)B (3)CBEDA 加速血细胞的破裂 降低NaCl溶液的浓度，使DNA 析出 充分预冷 提取含杂质较少(或较纯净)的DNA (4)二苯胺(或甲基绿) 蓝色(绿色) 返回 链一串 1DNA粗提取与鉴定中不同试剂的用途及原理比较 试剂试剂浓浓度用途原理 NaCl 溶液 2 mol/L溶解DNADNA在NaCl溶液中的 溶解度随溶液浓浓度的变变 化而改变变，溶解度在 2 mol/L时时最大、在 0.14 mol/L时时最小 0.14 mol/L 析出DNA 2 mol/L 鉴鉴定时时的溶剂剂 返回 试剂试剂浓浓度用途原理 酒精95% (体积积 分数) 除去杂杂 质质以提 纯纯DNA DNA不溶于酒精，但是 细细胞中的某些物质则质则 可 以溶于酒精 二苯 胺 /鉴鉴定剂剂 DNA遇二苯胺(沸水浴) 会变蓝变蓝 色 柠柠檬 酸钠钠 0.03 g/mL 抗凝剂剂 除去血液中的钙钙离子， 防止血液凝固 返回 2实验步骤中2次加入蒸馏水的目的 第一次加入是使鸡血细胞吸水涨破，第二次是稀释 NaCl溶液至0.14 mol/L，从而析出DNA。 返回 3实验中4次过滤的比较 第一次过过 滤滤 第二次过滤过滤 第三次过过 滤滤 第四次过滤过滤 滤滤液 中 含DNA的 核物质质 DNA 溶于0.14 mol/L NaCl 溶液的杂杂 质质 DNA 纱纱布 上 细细胞膜、 核膜等残 片 不溶于 2 mol/L NaCl 溶液的杂质杂质 DNA 不溶于 2 mol/LNaCl 溶液的杂质杂质 返回 第一次 过滤过滤 第二次过滤过滤 第三次过过 滤滤 第四次过滤过滤 过滤过滤 前 加入的 物质质 蒸馏馏水NaCl溶液蒸馏馏水NaCl溶液 过滤过滤 的 目的 去除细细 胞膜、 核膜等 杂质杂质 去除不溶于 2mol/L NaCl 的杂质杂质 去除溶于 0.14 mol/L NaCl溶液 的杂质杂质 去除不溶于 2 mol/L NaCl 溶液的杂质杂质 返回 关键一点 (1)鸡血经济且易制得，鸡血中的红细胞、白细胞都具有 细胞核，含大量DNA。 (2)甲基绿可将DNA染成绿色且不需水浴加热，二苯胺鉴 定DNA属于颜色反应，需要沸水浴加热5 min，可使 DNA呈蓝色。 (3)二苯胺试剂要现配现用，否则二苯胺会变成浅蓝色， 影响鉴定效果。 返回 通一类 1DNA粗提取的实验材料中有三次过滤：(1)过滤用蒸 馏水稀释过的鸡血细胞液；(2)过滤含黏稠物的0.14 mol/L NaCl溶液；(3)过滤溶解有DNA的2 mol/L NaCl 溶液。以上三次过滤分别为了获得( ) A含核物质的滤液、纱布上的黏稠物、含DNA的滤 液 B含核物质的滤液、滤液中DNA黏稠物、含DNA的 滤液 返回 C含核物质的滤液、滤液中DNA黏稠物、纱布上的 DNA D含较纯的DNA滤液、纱布上的黏稠物、含DNA的 滤液 返回 解析：用蒸馏水稀释鸡血细胞液，使血细胞的细胞膜、核 膜破裂，释放出核物质，此时过滤只能得到含DNA和其他 物质如蛋白质的滤液，这种滤液必须经过实验中其他步骤 相继处理，方能得到较纯的DNA。DNA在0.14 mol/L NaCl 溶液中溶解度最低，成丝状黏稠物，可经过滤留在纱布上 。 答案： A 返回 考点二用PCR技术扩增DNA片段 考情 解读读 本部分内容在近几年高中命题题中极少出现现 ，但是PCR技术术作为为前沿科技可能为为今后高考 提供命题题的材料和情景出现现，预计预计 2013年高考 可能与基因工程联联系考查查其原理及主要的操作 要领领。 返回 做一题 例2 PCR(多聚酶链式反应)技术是一项在生物体外复制 特定的DNA片段的核酸合成技术，下图表示合成过程，请 据图分析回答： 返回 (1)A过程高温使DNA变性解旋，对该过程的原理叙述正确 的是_。 A该过程用到耐高温的解旋酶破坏氢键 B该过程用到限制酶破坏磷酸二酯键 C该过程不需要解旋酶的作用 D该过程与人体细胞的过程完全相同 返回 (2)C过程要用到的酶是耐高温的_。这种酶在高温 下仍保持活性，因此在PCR扩增时可以_加入 ，_(需要/不需要)再添加。PCR反应 除提供酶外，还需要满足的基本条件有： _。 (3)如果把模板DNA的两条链用15N标记，游离的脱氧核苷 酸不做标记，控制“945572”温度循环3次， 则在形成的子代DNA中含有15N标记的DNA占_ 。 返回 解析 (1)高温所起的作用类似于解旋酶，使双链DNA变 为单链。(2)C过程是PCR技术的延伸阶段，当系统温度上 升到72左右，溶液中的四种脱氧核苷酸在耐高温的DNA 聚合酶的作用下合成新的DNA链。这种DNA聚合酶在高温 下不变性，所以一次性加入即可。(3)PCR技术遵循半保留 复制的特点。经过三次循环，共产生23个DNA分子，其中 有2个DNA分子含有15N标记。 返回 答案 (1)C (2)DNA聚合酶 一次 不需要 DNA模板 、两种引物、四种脱氧核苷酸，通过控制温度使DNA复制 在体外反复进行 (3)25% 返回 链一串 1PCR过程 (1)变性： 当温度上升到90以上时，双链DNA解聚为单链。 返回 (2)复性： 温度下降到50左右，两种引物通过碱基互补配对与两 条单链DNA结合。 返回 (3)延伸： 温度上升到72左右，溶液中的四种脱氧核苷酸(A、 T、C、G)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。 返回 2PCR扩增技术和DNA复制的比较 细细胞内DNA复制PCR 不 同 点 解旋 解旋酶，边边解旋边边 复制 80100高温解旋 ，双链链完全分开 酶 解旋酶，DNA聚合 酶，DNA连连接酶 Taq DNA聚合酶 引物RNADNA或RNA 能量ATP不加 温度体内温和条件高温 返回 细细胞内DNA复制PCR 不 同 点 子链链 合成 一条链连续链连续 (先导链导链 )，另一条 链链不连续连续 ，先合成片段，再由 DNA连连接酶连连接(滞后链链) 两条子 链链均连连 续续合成 相同点 提供DNA模板；四种脱氧核苷酸做原料； 子链链延伸的方向都是从5端到3端 返回 关键一点 若没有PCR仪，可进行水浴扩增DNA，设置3 个恒温水浴锅，温度分别为94、55和72，在3个水浴 锅中依据PCR仪的处理时间来回转移PCR反应的微量离心 管即可。 返回 通一类 2标准的PCR过程一般分为变性、复性、延伸三大步， 这三大步需要的温度依次是 ( ) A92、50、72 B72、50、92 C50、92、72 D80、50、72 返回 解析：当温度上升到90(9096)以上时，双链DNA解 聚为单链，称之为变性；当温度下降到50(4060)左 右时，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合； 当温度上升到72(7075)左右时，溶液中的四种脱氧 核苷酸(A、T、C、G)在TaqDNA聚合酶的作用下，根据 碱基互补配对原则合成新的DNA链，称为延伸。 答案： A 返回 3下图是哪次循环的产物 ( ) A第一次循环环 B第三次循环环 C第二次循环环 D第四次循环环 返回 解析：在PCR反应中，以引物为标记，第一次循环时， 以加入的DNA为模板，两条DNA链可分别由引物和引 物与其结合并在DNA聚合酶的作用下延伸，所以形成 的每个子DNA中只有一种引物；从第二次循环开始，上 次产生的DNA分子又可作为模板参与反应，所以会形成 DNA分子两端均含引物的情况。 答案：A 返回 考点三血红蛋白的提取和分离 考情 解读读 本考点内容属生物技术实术实 践中难难点之一， 近年高考多有涉及，考查查点多围绕围绕 血红红蛋白提取 过过程及分离原理、凝胶色谱谱法、透析原理及电电泳法 纯纯化蛋白质质等，题题目难难度相对较对较 大，但一般不涉 及凝胶柱制作及装填过过程操作，2013年备备考应应格外 关注。 返回 做一题 例3 红细胞含有大量血红蛋白，红细胞的机能主要是 由血红蛋白完成的，血红蛋白的主要功能是携带O2或CO2 。我们可以选用猪、牛、羊或其他脊椎动物的血液进行实 验，来提取和分离血红蛋白。根据材料回答下列问题： (1)实验前取新鲜血液，要在采血器中预先加入柠檬酸钠， 取血回来，马上进行离心，收集血红蛋白溶液。加入 柠檬酸钠的目的是_。 返回 (2)在对样品进行处理时，主要包括_、血红蛋白的 释放、分离血红蛋白溶液、透析等步骤。其中透析技术 的原理是_。 (3)同学甲利用琼脂糖凝胶电泳技术将得到的蛋白质进行分 离，在电泳过程中，影响蛋白质迁移速率的因素包括蛋 白质分子的_、_以及分子的形状等。 (4)同学乙利用凝胶色谱法进行血红蛋白的分离(如图一)， 他在操作中加样的正确顺序是_，在执行图一中 所示操作时，色谱柱下端连接的尼龙管应该_( 打开或关闭)。 返回 (5)图二、图三分别是同学甲、乙利用同一种样品分离得到 的结果，则图三中与图二中蛋白质P对应的是_。 返回 解析 (1)加入柠檬酸钠的目的是防止血液凝固。(2)对样 品的处理包括红细胞的洗涤、血红蛋白的释放、分离血红 蛋白溶液、透析等步骤。其中透析的原理是小分子可以自 由进出透析袋(半透膜)，而大分子不能通过。(3)电泳时， 影响蛋白质迁移速率的因素有蛋白质分子大小、带电性质 及分子的形状等。(4)正确的加样顺序可依据样品在色谱柱 及凝胶层中的渗入量进行分析，可以得出是；同 时进行所示环绕加样时，应打开下出口。(5)SDS凝胶电 返回 泳装置是垂直的装置，此种电泳方法主要取决于蛋白质分 子量的大小，与电荷无关，同时加样在“”极，通电后， 样品蛋白质向“”极移动，分子量相对小的，移动距离大 ，因此从图二的电泳结果分析，P比N、M移向“”距离大 ，说明P的分子量相对比较小，因此洗脱出来的时间比较长 ，符合图三中的丙。 返回 答案 (1)防止血液凝固 (2)红细胞的洗涤 小分子 可以自由进出透析袋(半透膜)，而大分子不能通过 (3)大小 带电性质 (4) 打开 (5)丙 返回 链一串 1DNA与蛋白质提取的比较 提取 物质质 提取 方法 提取原理步骤骤 DNA盐盐析 法 在不同浓浓度的 NaCl溶液中溶解 度不同； 不溶于酒精， 但某些化合物溶 于酒精 溶解在2 mol/L的NaCl 的溶液中； NaCl溶液加水稀释释0.14 mol/L，使DNA 析出、过过 滤滤； 加入冷酒精析出 返回 提取 物质质 提取方法提取原理步骤骤 血红红 蛋白 凝胶色谱谱 法、电电泳 法 根据相对对分子量的大小 ； 各种分子带电带电 性质质的差 异以及分子本身大小、性 状的不同 样样品处处理 ； 粗提取； 纯纯化； 纯纯度鉴鉴定 返回 2实验结果的分析与评价 返回 项项目分析 凝胶色谱谱 柱的装填 放一支与凝胶柱垂直的日光灯直接检查检查 加入大分子有色物质质如蓝蓝色葡聚糖 2 000或红红色葡聚糖，若色带带均匀、狭窄、 平整装填成功 血红红蛋 白的分离 血红红蛋白的红红色区带带均匀、狭窄、平整， 随洗脱液缓缓慢流出分离成功 返回 关键一点 (1)调节缓冲剂的使用比例可以制得不同pH范围的缓冲液。 它是模拟生物体内各种生化反应的一个基本保障。 (2)与DNA提取不同，哺乳动物的红细胞无核，为提取血红 蛋白提供了方便。 (3)血红蛋白是有色蛋白，因此在凝胶色谱分离时可以通过 观察颜色来判断什么时候应该收集洗脱液。这使血红蛋 白的分离过程非常直观，大大简化了实验操作。 返回 通一类 4(双选）下列关于血红蛋白提取和分离实验中 样品处理步骤的描述，正确的是( ) A红细胞的洗涤：加入蒸馏水，缓慢搅拌，低速短 时