专题2--DNA和蛋白质技术、植物有效成分的提取.doc

卓越个性化教学讲义学生姓名 年级 授课时间 教师姓名 张明志 课时 2h 课 题专题2-DNA和蛋白质技术、植物有效成分的提取教学目标1PCR技术的基本操作和应用2蛋白质的提取和分离3从生物材料中提取某些特定的成分 重 点1DNA粗提取的原理、方法和注意事项2PCR技术操作及原理3蛋白质提取的原理和方法4提取芳香油的三种常用方法及适用范围 难 点1DNA粗提取的原理、方法和注意事项2PCR技术操作及原理3蛋白质提取的原理和方法作 业判断下列说法是否正确：1DNA溶解度随NaCl溶液浓度的下降而降低()2PCR是一种体外迅速扩增DNA片段的技术，扩增过程同细胞内DNA分子的复制完全一样()3血红蛋白的提取和分离需要模拟生物体的状态配制一定pH的缓冲溶液()4可以用牛、马、羊的血进行DNA的提取()5玫瑰精油可用蒸馏法和压榨法来提取()提示：1.2.3.4.5.一、DNA的粗提取与鉴定1DNA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，在浓度为 时DNA的溶解度最小；此外DNA不溶于 0.14mol/L ，但是细胞中的某些蛋白质则可溶于酒精。2DNA的鉴定：在沸水浴的条件下，DNA遇二苯胺会被染成蓝色。二、RCR技术1PCR原理：在一定的缓冲溶液中提供DNA模板，分别与两条模板链结合的两种引物，四种脱氧核苷酸，耐热的DNA聚合酶，同时控制温度使DNA复制在体外反复进行。2PCR的反应过程：变性 复性 延伸。疑点扫描PCR扩增与生物体内DNA复制的区别在于：PCR不需要解旋酶，而生物体内DNA复制时需要解旋酶；PCR需要耐热的DNA聚合酶，而生物体内DNA聚合酶在高温时会变性；PCR一般需经三十多次循环，而生物体内DNA复制需要生物体自身的控制 。三、血红蛋白的提取和分离1凝胶色谱法：也称分配色谱法，是根据 相对分子量大小分离蛋白质的方法。相对分子质量较小的移动速度较慢，而相对分子质量较大的无法进入凝胶内部，移动速度较快。2缓冲溶液：能够抵制外界的 酸和碱对溶液pH的影响，维持pH基本不变。3电泳：带电粒子在 电场的作用下发生迁移的过程。4样品处理：红细胞的洗涤血红蛋白的释放分离血红蛋白溶液透析。5凝胶色谱操作：凝胶色谱柱的制作凝胶色谱柱的填装样品的加入和洗脱SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳。四、植物芳香油的提取1玫瑰精油的提取(1)原理：利用水蒸气将挥发性较强的植物芳香油携带出，形成油水混合物，冷却后，混合物又会重新分出油层和水层。(2)方法：蒸馏(4)提取橘皮精油的实验()原理：一般用 压榨 法。()实验流程：石灰水浸泡漂洗 压榨 过滤静置再次过滤 橘皮油。2胡萝卜素的提取(1)胡萝卜素性质：不溶于水 ，微溶于乙醇，易溶于石油醚等有机溶剂。(2)实验设计()原理：萃取 法。()实验流程：胡萝卜粉碎 干燥 萃取 过滤 浓缩胡萝卜素。(3)鉴定方法：纸层析 法。 一、多聚酶链式反应扩增DNA片段1细胞内DNA复制与PCR技术的比较 2.PCR反应的过程及结果(1)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，如图：复性：系统温度下降至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：当系统温度上升至72 左右，溶液中的四种脱氧核苷酸(A、T、G、C)在DNA聚合酶的作用下，据碱基互补配对原则合成新的DNA链，如下图：(2)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。两引物之间的固定长度的DNA序列呈指数扩增。思维拓展DNA复制需要引物的原因：DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，而只能从3端延伸DNA链。 例题1多聚酶链式反应(PCR)是一种体外迅速扩增DNA片段的技术。PCR过程一般要经历30多次下述循环：95 条件下使模板DNA变性、解链55 条件下复性(引物与DNA模板链结合)72 条件下引物链延伸(形成新的脱氧核苷酸链)。下列有关PCR过程的叙述，不正确的是()A变性过程中破坏的是DNA分子内碱基对之间的氢键，也可利用解旋酶实现B复性过程中引物与DNA模板链的结合是依靠碱基互补配对原则完成的C延伸过程中需要DNA聚合酶、ATP、4种核糖核苷酸DPCR与细胞内DNA复制相比，其所需要酶的最适温度较高解析：PCR一般要经历30多次循环，每次循环可以分为变性、复性和延伸三步。从第二轮循环开始，上一次循环的产物也作为模板参与反应，并且由引物延伸而成的DNA单链会与引物结合，进行DNA的延伸。DNA变性(9096 )：双链DNA模板在加热条件下，氢键断裂，形成单链DNA。复性(2565 )：系统温度降低，引物与DNA模板结合，形成局部双链。延伸(7075 )：在Taq酶(在72 左右活性最高)的作用下，以dNTP为原料，从引物的5端向3端延伸，合成与模板链互补的DNA链。二、DNA的粗提取与鉴定1实验原理(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实验步聚(1)提取步骤：提取血细胞核物质(蒸馏水涨破)溶解(2 mol/L的NaCl)过滤(除杂质)析出(滴蒸馏水，降NaCl浓度至0.14 mol/L)过滤再溶解(2 mol/L的NaCl)过滤进一步提纯(体积分数为95%的冷却酒精)鉴定。(2) 鉴定 思维拓展(1)人和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)制备鸡血细胞液时，要在取鸡血的同时加入柠檬酸钠，静置后上层是血清，下层为所需要的血细胞。(3)两次加蒸馏水的目的不同，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溶液思维拓展(1)人和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)制备鸡血细胞液时，要在取鸡血的同时加入柠檬酸钠，静置后上层是血清，下层为所需要的血细胞。(3)两次加蒸馏水的目的不同，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。 例题2(2011青岛模拟)下列关于DNA粗提取与鉴定的说法正确的是()A氯化钠的浓度越低，DNA的溶解度越大B人的血液不可代替鸡血进行该实验C柠檬酸钠的主要作用是加速血细胞破裂D利用DNA易溶于酒精的特点可除去DNA中的部分杂质解析：人是高等哺乳动物，其成熟的红细胞中没有细胞核不能进行该实验。A项NaCl溶液浓度在小于0.14 mol/L时，溶液的浓度越低，对DNA的溶解度越大是正确的，没有前提条件这种说法是错误的；柠檬酸钠的作用是抗凝血；DNA不能溶于酒精中，所以B项是对的。三、血红蛋白的提取和分离1方法及原理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量较小的杂质。取1 mL的血红蛋白溶液装入透析袋中，将透析袋放入盛有300 mL的物质的量浓度为20 mmol/L的磷酸缓冲液中(pH为7.0)，透析12 h。(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法来测定蛋白质的分子量，即对血红蛋白进行纯度鉴定。3为了提取血红蛋白，从学校附近的屠宰场索取新鲜的猪血，对猪血处理的正确操作是()A要在采血容器中预先加入抗凝血剂柠檬酸钠B取血回来后，马上进行高速长时间离心C将离心后的血细胞加入清水缓慢搅拌D重复洗涤直到上清液呈红色为止答案：A四、植物有效成分的提取1几种物质的提取方法、原理及步骤(2)橘皮精油的提取实验流程石灰水浸泡橘皮漂洗压榨过滤静置再次过滤橘皮油。(3)胡萝卜素的提取实验流程胡萝卜粉碎干燥萃取过滤浓缩胡萝卜素。例题4作为萃取胡萝卜素的有机溶剂，哪一项不符合实验要求()A能充分溶解色素B与水混溶C对人无毒 D易与产品分离解析：作为萃取胡萝卜素的有机溶剂应该具有较高的溶点，能够充分溶解胡萝卜素，并且不与水混溶。此外，还需要考虑萃取效率、对人的毒性、是否易燃、有机溶剂是否能从产品中完全除去、会不会影响产品质量等问题。例题5橘皮精油提取时一般采用()A水中蒸馏 B压榨法C水上蒸馏 D萃取法答案：B1.(2009江苏卷)下列关于DNA和蛋白质提取与分离实验的叙述，正确的有(多选)()A提取细胞中的DNA和蛋白质都需用蒸馏水涨破细胞B用不同浓度NaCl溶液反复溶解与析出DNA可去除蛋白质C蛋白质提取和分离过程中进行透析可以去除溶液中的DNAD蛋白质和DNA都可以用电泳的方法进行分离纯化2向溶有DNA的2 mol/L的NaCl溶液中不断加入蒸馏水，在这个过程中DNA和杂质蛋白质的溶解度变化情况分别是()A减小；减小B增大；增大C先减小后增大；增大 D减小；增大3.(2009海南卷)请回答下列与实验室提取芳香油有关的问题：(1)植物芳香油的提取可采用的方法有压榨法、_和_。(2)芳香油溶解性的特点是不溶于_，易溶于_，因此可用_作为提取剂来提取芳香油。(3)橘子果实含有芳香油，通常可用_作为材料提取芳香油，而且提取时往往选用新鲜的材料，理由是_。4柑橘、柠檬芳香油的制备通常使用压榨法而不是水中蒸馏法，这是因为()水中蒸馏会导致原料焦糊柑橘、柠檬芳香油易溶于水会使芳香油有效成分水解A BC D答案：1-2 BD C 3自主解答(1)蒸馏法萃取法(2)水有机溶剂有机溶剂(3)橘子皮芳香油含量较高(4)过滤(5)上油层的密度比水层小增加水层密度，使油和水分层(6)吸收芳香油中残留的水分 4.B1(2010江苏金坛一次调研)对“DNA的粗提取和鉴定”实验的叙述，正确的是()A利用DNA能溶于酒精溶液，而蛋白质不溶于酒精溶液，可将DNA与蛋白质分离B利用高温能使蛋白质变性，却对DNA没有影响的特性，可将DNA与蛋白质分离C在溶有DNA的2 mol/L氯化钠溶液中缓缓加入蒸馏水，轻轻搅拌后过滤，取滤液进行以后的实验D在DNA滤液中加入嫩肉粉，通过木瓜蛋白酶的作用，可将DNA与蛋白质分离2下图表示血红蛋白提取和分离的部分实验装置。下列相关叙述正确的是()A血红蛋白在红细胞中的作用体现了蛋白质具有调节功能B甲装置中A是蒸馏水，乙装置中C溶液的作用是洗脱血红蛋白C甲装置的目的是去除样品中分子量较大的杂质D乙装置分离时，待红色的蛋白质接近色谱柱底端时，用试管收集流出液3下列有关蛋白质提取和分离的说法，错误的是()A透析法分离蛋白质的原理是利用蛋白质不能通过半透膜的特性B采用透析法使蛋白质与其他小分子化合物分离开来C离心沉降法通过控制离心速率使分子大小、密度不同的蛋白质分离D蛋白质在电场中可以向与其自身所带电荷相同的电极方向移动4有关植物芳香油的提取方法叙述正确的是()植物芳香油具有较强的挥发性，能随水蒸气蒸发，因此可利用蒸馏法提取压榨法是利用机械压力榨出芳香油将新鲜的植物材料浸泡在用于萃取的有机溶剂中，然后蒸去溶剂，即可获得植物芳香油，此为萃取法吸香法利用的是油脂可以吸附油剂的原理，此法采用的脂肪一般都含有猪油和牛油的成分浸泡法的原理与吸香法类似，但采用的是液体的油脂ABC D5(2010全国新课标)下列是与芳香油提取相关的问题，请回答：(1)玫瑰精油适合用水蒸气蒸馏法提取，其理由是玫瑰精油具有_的性质。蒸馏时收集的蒸馏液_(是、不是)纯的玫瑰精油，原因是_。(2)当蒸馏瓶中的水和原料量一定时，蒸馏过程中，影响精油提取量的主要因素有蒸馏时间和_。当原料量等其他条件一定时，提取量随蒸馏时间的变化趋势是_。(3)如果蒸馏过程中不进行冷却，则精油提取量会_，原因是_ 。(4)密封不严的瓶装玫瑰精油保存时最好存放在温度_的地方，目的是_。(5)某植物花中精油的相对含量随花的不同生长发育时期的变化趋势如下图所示。提取精油时采摘花的最合适时间为_天左右。(6)从薄荷叶中提取薄荷油时_(能、不能)采用从玫瑰花中提取玫瑰精油的方法，理由是_。6(2010江苏卷)某生物兴趣小组开展DNA粗提取的相关探究活动。具体步骤如下：材料处理：称取新鲜的花菜、辣椒和蒜黄各2份，每份10 g。剪碎后分成两组，一组置于20 、另一组置于20 条件下保存24 h。DNA粗提取：第一步：将上述材料分别放入研钵中，各加入15 mL研磨液，充分研磨。用两层纱布过滤，取滤液备用。第二步：先向6只小烧杯中分别注入10 mL滤液，再加入20 mL体积分数为95%的冷酒精溶液，然后用玻璃棒缓缓地向一个方向搅拌，使絮状物缠绕在玻璃棒上。第三步：取6支试管，分别加入等量的2 mol/L NaCl溶液溶解上述絮状物。DNA检测：在上述试管中各加入4 mL二苯胺试剂，混合均匀后，置于沸水中加热5 min，待试管冷却后比较溶液的颜色深浅，结果如下表。(注：“”越多表示蓝色越深)分析上述实验过程，回答下列问题：(1)该探究性实验课题名称是_。(2)第二步中“缓缓地”搅拌，这是为了减少_。(3)根据实验结果，得出结论并分析。结论1：与20相比，相同实验材料在20条件下保存，DNA的提取量较多。结论2：_。针对结论1，请提出合理的解释：_。(4)氯仿密度大于水，能使蛋白质变性沉淀，与水和DNA均不相溶，且对DNA影响极小。为了进一步提高DNA纯度，依据氯仿的特性，在DNA粗提取第三步的基础上继续操作的步骤是_。 然后用体积分数为95%的冷酒精溶液使DNA析出。答案：1-4 DDDD5.(1)易挥发、难溶于水、化学性质稳定 不是玫瑰精油随水蒸气一起蒸馏出来，所得到的是油水混合物(2)蒸馏温度在一定时间内提取量随蒸馏时间的延长而增加，一定时间后提取量不再增加(3)下降部分精油会随水蒸气挥发而流失(4)较低减少挥发(5)a(6)能薄荷油和玫瑰精油的化学性质相似6.(1)探究不同材料和不同保存温度对DNA提取量的影响(2)DNA断裂(3)等质量的不同实验材料，在相同的保存温度下，从蒜黄提取的DNA量最多低温抑制了相关酶的活性，DNA降解速度慢(4)将第三步获得的溶液与等量的氯仿充分混和，静置一段时间，吸取上清液选修1 专题5(本栏目内容，在学生用书中以活页形式分册装订！)一、选择题1聚合酶链式反应(PCR技术)是体外酶促合成DNA片段的一种方法，由高温变性、低温退火及适温延伸等几步反应组成一个周期，循环进行，使目的DNA得以迅速扩增，其简要过程如下图所示。下列关于PCR技术的叙述不正确的是()APCR技术是在实验室中以少量DNA制备大量DNA的技术B反应中新合成的DNA又可以作为下一轮反应的模板CPCR技术中以核糖核苷酸为原料，以指数方式扩增D应用PCR技术与探针杂交技术可以检测基因突变2(2011江苏南通一模)下列有关“血红蛋白提取和分离”的相关叙述中，正确的是()A用蒸馏水进行红细胞的洗涤，其目的是去除细胞表面杂蛋白B将血红蛋白溶液进行透析，其目的是去除相对分子质量较大的杂质C血红蛋白释放时加入有机溶剂，其目的是使血红蛋白溶于有机溶剂D整个过程不断用磷酸缓冲液处理，是为了维持血红蛋白的结构3提取胡萝卜素和玫瑰精油时都需要加热，但是用萃取法提取胡萝卜素时，采用水浴加热法；而用水蒸气蒸馏法提取玫瑰精油时，可以用直接加热法，其原因是()A前者需要保持恒温，后者不需要恒温B前者容易蒸发，后者不容易蒸发C胡萝卜素不耐高温，玫瑰精油耐高温D前者烧瓶里含有机溶剂，易燃易爆，后者是水4用加酶洗衣粉洗涤衣物时，下列说法正确的是()A可用加酶洗衣粉洗涤毛料衣服B一般先用热水浸开，然后调至适宜温度C水温太低使洗衣粉中的酶丧失活性后不能再恢复D使用添加了碱性蛋白酶的洗衣粉洗衣服后应立即冲洗双手5下列关于DNA粗提取与鉴定实验的叙述，正确的是()试剂操作作用A柠檬酸钠溶液与鸡血混合防止血液凝固B蒸馏水与鸡血细胞混合保持细胞形状C蒸馏水加入到溶解有DNA的NaCl溶液中析出蛋白质D冷却的酒精加入到过滤后含DNA的NaCl溶液中产生特定的颜色反应6橘皮精油的主要成分及一般提取方法为()A柠檬酸、萃取法B柠檬烯、压榨法C柠檬烯、水中蒸馏法 D柠檬酸、蒸馏法解析：橘皮油的主要成分为柠檬烯。橘皮精油主要贮藏在橘皮部分，由于橘皮精油的有效成分在用水蒸气蒸馏时会发生部分水解，使用水中蒸馏法又会产生原料焦糊的问题，所以一般采用压榨法。二、非选择题7(2011靖江模拟)在进行DNA亲子鉴定时，需大量的DNA。PCR技术(多聚酶链式反应)可以使样品DNA扩增，获得大量DNA克隆分子。该技术的原理是利用DNA的半保留复制，在试管中进行DNA的人工复制(如下图，图中黑色长方形是引物)。在很短的时间内将DNA扩增几百万倍甚至几十亿倍，使实验室所需的遗传物质不再受限于活的生物体。(1)图中的变性、延伸分别是指_、_。(2)假设PCR反应中的DNA模板为P，第一轮循环的产物2个子代DNA为N1，第二轮的产物4个子代DNA为N2，N1、N2中分别含有模板DNA单链的DNA分别有_个、_个。若继续循环，该DNA片段共经过30次循环后能形成_个DNA片段。(3)某样品DNA分子中共含3 000个碱基对，碱基数量满足：(AT)/(GC)1/2，若经5次循环，至少需要向试管中加入_个腺嘌呤脱氧核苷酸。(不考虑引物所对应的片段)(4)若下图为第一轮循环产生的产物。请绘出以a链和b链为模板经PCR扩增的产物。8柠檬油是植物芳香油中的一种，它是一种广谱性的杀虫剂，可以杀死蚊子、苍蝇、蟑螂和臭虫等传染疾病的害虫，以及危害粮食、蔬菜的常见害虫，包括幼虫、蛹等，是一种绿色杀虫剂。(1)柠檬油的挥发性_，易溶于_，比重比较_。(2)提取柠檬油常用的原料是柠檬花与柠檬果皮，嫩的花朵在蒸馏过程中，精油易被水蒸气分子破坏，所以可采用_法。柠檬果皮中精油的提取适宜采用_法，此种方法是通过_将液体从固液两相混合物中分离出来，必经步骤为：A是_，目的是_。B是_，目的是_。C过程为_，目的是_。实验过程中浸泡橘皮后，需用清水洗涤，其目的是_。(3)采用柠檬油作为杀虫剂，可以解决其他杀虫剂给人类带来的隐患，其突出的优点是_、_。(4)从生产绿色食品的要求出发，写出防治害虫的三种方法：_、_、_。9(2011苏州一模)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，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。请回答下列有关问题：(1)血红蛋白提取和分离的程序可分为四步：_、_、_和_。(2)实验前取新鲜的血液，要切记在采血容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_。在样品处理中包括红细胞的洗涤、_、分离血红蛋白溶液、透析。洗涤红细胞的目的是_，你如何知道红细胞已洗涤干净？_。分离红细胞时对离心速度、离心时间的要求是_。若离心速度过高和时间过长，结果会怎样？_。(3)收集的血红蛋白溶液在透析袋中透析，这就是样品的粗分离。透析的目的是_。透析的原理是_。(4)然后通过凝胶色谱法将样品进一步纯化，最后经SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳进行纯度鉴定。样品纯化的目的是_。血红蛋白有什么特点？_。这一特点对进行蛋白质的分离有什么意义？_。10(2011烟台质检)早在上世纪六十年代，在美国的黄石国家森林公园发现了一种嗜热细菌，从这种细菌中分离提取了一种酶，称为TaqDNA聚合酶。实验得知PCR反应变性时温度为95 ，经50个循环后TaqDNA聚合酶仍有65%的活性；TaqDNA聚合酶表现为Mg2依赖，浓度在2.0 mmol/L的MgCl2能最大限度地激活TaqDNA聚合酶的活性。(1)若要培养嗜热细菌，培养基中应有水、碳源、_、_等营养物质。在此基础上，培养该菌时需先将培养基_。(2)若将培养细菌的培养基用于植物组织培养，还应加入_。(3)TaqDNA聚合酶可用于PCR，原因是该酶具有_，因此在PCR扩增时可以_加入。(4)请将下列实验流程图补充完整：11凝胶色谱技术是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、操作方便且不需要有机溶剂，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