2014届高三生物一轮复习精讲精练 第43讲 生物化学与分子生物学技术实践 苏教版

1 第第 4343 讲讲 生物化学与分子生物学技术实践生物化学与分子生物学技术实践 考纲要求 1 蛋白质的提取和分离 2 PCR 技术的基本操作和应用 3 从生物材料中提 取某些特定的成分 考点一 生物技术实践 蛋白质的分离与纯化 1 纯化原理 蛋白质之间以及蛋白质与其他物质之间在分子大小 溶解度 所带电荷的多少 吸附性 质等方面存在差异 2 纯化方法 1 透析法 原理 蛋白质水溶液具有亲水胶体溶液性质 不能透过半透膜 目的 去除小分子化合物杂质 如无机盐 单糖 双糖 氨基酸等 常用的半透膜 肠衣 玻璃纸 步骤 将待纯化的蛋白质溶液装入透析袋内 再把透析袋放入透析液中即可 2 离心法 原理 在离心力的作用下 分子大小 密度不同的分子沉降速度不同 从而被分离 目的 使分子大小 密度不同的不同种类的蛋白质彼此分离 3 电泳 概念 带电颗粒在电场作用下向着与其电性相反的电极移动的现象 原理 不同的物质所带电荷不同 颗粒的大小 形状不同 因此 在电场中的泳动速 度不同 影响泳动的因素 带电颗粒的性质 即颗粒的大小 形状和所带净电荷的多少 此外 还有电场强度 溶液的 pH 等因素 2 泳动特点 带电颗粒直径越小 越接近于球形 所带净电荷越多 则在电场中的泳动 速度越快 反之 则越慢 支持物 滤纸 醋酸纤维薄膜 大分子凝胶等 易错警示 1 注意 透析时间为 12 h 透析袋是用硝酸纤维素制成 小分子可自由进 出 而大分子保留在袋内 2 关键步骤及其技术要求 点样是本实验的关键步骤 点样前 应将薄膜表面多余的 缓冲液用滤纸吸去 以免引起样品扩散 但不易太干 否则样品不易进入膜内 造成点 样起始参差不齐 影响分离效果 1 仔细观察下图 所带负电荷少的球蛋白是 A 1 球蛋白 B 2 球蛋白 C 球蛋白 D 球蛋白 答案 D 解析 对于几种球蛋白来说直径相差不大 引起泳动速度的差异主要来自于所带电荷多 少 由图可知球蛋白由右向左泳动 因右侧为负极 且 球蛋白距点样处最近 所以 球蛋白所带负电荷最少 1 透析 1 过程 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 12h 2 图示 2 血清蛋白醋酸纤维薄膜电泳 3 1 血清蛋白醋酸纤维薄膜电泳流程 2 结果及其分析 结果 结果分析 从电泳图谱示意图中可以看出 a 血清蛋白主要包括五种蛋白质 且含量最多的是清蛋 白 其他依次是 球蛋白 1 球蛋白 2 球蛋白 球蛋白 4 由五种蛋白质所处的位置可判断出它们均带有负电荷 且四种球蛋白的电量大小依次为 1 球蛋白 2 球蛋白 球蛋白 球蛋白 考点二 从生物材料中提取某些特定成分 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 能使人产生愉悦感 橘皮精油的主要 成分是柠檬烯 具诱人的橘香味 是食品 化妆品和香水配料的优质原料 2 橘皮精油的提取流程与关键 石灰水浸泡 漂洗 压榨 过滤 静置 再次过滤 橘皮精油 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 可以先用普通布袋过滤除去固体物和残渣 然后离心进一步除去质 量较小的残留固体物 再用分液漏斗或吸管将上层的橘皮精油分离出来 易错警示 1 植物芳香油的提取方法主要有水蒸气蒸馏法 压榨法 萃取法 水蒸气 蒸馏是植物芳香油提取的常用方法 但会导致原料焦糊或有效成分水解等 若植物有效 成分易水解 则不宜采用此法 玫瑰精油 橘皮精油 胡萝卜素的提取分别采用水蒸气 蒸馏法 压榨法 萃取法 2 水蒸气蒸馏可用明火加热 萃取过程应该避免明火加热 采取水浴加热 这是因为 有机溶剂都是易燃物 直接用明火加热容易引起燃烧 爆炸 3 用于萃取的有机溶剂必须事先精制 除去杂质 否则会影响芳香油的质量 4 在用水蒸气蒸馏法制取玫瑰精油时 玫瑰乳浊液提纯过程中油水混合物中要加入氯 化钠的目的是增大盐水的密度 有利于玫瑰精油与水的分层 加入无水 Na2SO4的目的 是吸收精油中残留的水分 5 橘皮精油的提取过程中 橘皮洗净晾干后 要浸泡在 pH 大于 12 质量分数为 7 8 的 石灰水中 16 24 h 其目的是防止橘皮压榨时滑脱 提高出油率 2 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难溶于 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 5 4 对材料压榨后可得到糊状液体 为除去其中的固体物获得乳状液可采用的方法是 5 得到的乳状液加入氯化钠并放置一段时间后 芳香油将分布于液体的 层 原因是 加入氯化钠的作用是 6 从乳状液中分离得到的芳香油中要加入无水硫酸钠 其作用是 答案 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 解析 植物芳香油的提取可采用的方法有压榨法 蒸馏法和萃取法 一般采用新鲜的橘 子皮来提取芳香油 因为新鲜的橘子皮芳香油含量较高 除去液体中的固体常用的方法 是过滤 芳香油密度比水小 且不溶于水 会浮在液体的表面 加入氯化钠会增加水层 密度 使油和水分层 无水硫酸钠可以吸收芳香油中残留的水分 植物芳香油提取方法的比较植物芳香油提取方法的比较 提取方法水蒸气蒸馏法压榨法萃取法 实验原理 利用水蒸气将挥 发性较强的植物 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 发溶剂获得芳香 油 方法步骤 水蒸气蒸馏 分离油层 除水过滤 石灰水浸泡 漂洗 压榨 过滤 静置 再次过滤 粉碎 干燥 萃取 过滤 浓缩 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 易保持 原料原有的结构和功 能 出油率高 易分 离 6 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 考点三 PCR 技术 1 PCR 原理 DNA 热变性原理 即 2 条件 模板 原料 酶 ATP 3 场所 体外 PCR 扩增仪 4 方向 DNA 复制的具体过程涉及 DNA 双链的方向 DNA 的两条链是反向平行的 为了明 确地表示 DNA 的方向 通常将 DNA 的羟基 OH 末端称为 3 端 两个磷酸基团的末端 称为 5 端 DNA 聚合酶不能从头开始合成 DNA 而只能从 3 端延伸 DNA 链 因此 DNA 复制需要引物 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 3 端开始延伸 DNA 链 DNA 的合成方向总是从子链的 5 端向 3 端延伸 5 过程 1 变性 当温度上升到 94 以上时 双链 DNA 解旋为单链 如下图 2 退火 温度下降到 40 60 左右 两种引物通过碱基互补配对与两条单链 DNA 结 合 如下图 3 延伸 温度上升到 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 易错警示 1 引物是指能够与 DNA 母链的一段碱基序列互补配对的一小段 DNA 或 RNA 2 PCR 技术只能特异地复制处于两个引物之间的 DNA 序列 使这段固定长度的序列呈 指数扩增 7 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 退 火和延伸 32 4 如图所示 5 遗传疾病的诊断 刑侦破案 古生物学 基因克隆和 DNA 序列测定 要求 3 项以上 解析 1 DNA 聚合酶只能把新的核苷酸加到已经存在的核酸的 3 羟基上 与 DNA 母 链结合的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 8 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 基因克隆和 DNA 序 列测定等方面 PCR 技术和 DNA 复制的比较 DNA 复制PCR 技术 场所细胞核内生物体外 原理碱基互补配对碱基互补配对 酶DNA 聚合酶 解旋酶耐热的 DNA 聚合酶 Taq酶 条件 模板 ATP 引物链 RNA 常温 模板 ATP 引物链 DNA 及 RNA 片段 温度变化 94 40 60 70 75 原料四种脱氧核苷酸四种脱氧核苷酸 特点 形成的是整个 DNA 分子 一 个细胞周期只复制一次 短时间内形成大量目的基因 DNA 片段 呈 指数增长 2n 2010 课标全国卷 37 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 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 9 瑰花中提取玫瑰精油的方法 理由是 答案 1 易挥发 难溶于水 化学性质稳定 不是 玫瑰精油与水蒸气一起蒸馏出来 所得到的是油水混合物 2 蒸馏温度 在一定的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 薄荷油与玫瑰精油的化学性质相似 解析 由于玫瑰精油易挥发 难溶于水 化学性质稳定 因此可以用水蒸气蒸馏法提取 冷却后必然含有水 蒸馏的提取效果与蒸馏的温度与蒸馏的时间有关 随着蒸馏时间的 延长 原料中含有的精油减少 提取的量也会减少直至再也提不出精油 蒸馏过程中 如果不冷却 提取后的混合液温度较高 由于精油易挥发 其中的含量会降低 保存时 环境温度应较低为好 防止精油挥发 第 5 小题为信息题 主要考查学生的读图 识 图及图文转化能力 根据图像可知 玫瑰精油在蓓蕾期 开放期之间花的含量较高 应 在此时采收 由于薄荷精油与玫瑰精油的化学性质相似 可以采用相同的提取方法 1 有关透析的叙述中 错误的是 A 用于透析的薄膜要具有选择透过性 B 透析膜一般是由硝酸纤维素制成的 C 透析能使小分子自由进出 而将大分子保留在袋内 D 透析可用于更换样品的缓冲液 答案 A 解析 透析袋一般是用硝酸纤维素 又称玻璃纸 制成的 它没有生物活性 故不具有选 择透过性 活的生物膜才具有选择透过性 透析袋能使小分子物质自由进出 而将大分 子保留在袋内 透析可以去除样品中相对分子质量较小的杂质 或用于更换样品的缓冲 液 2 关于蛋白质提取的叙述中 不正确的是 A 分离与纯化蛋白质之前首先要用适当的方法使蛋白质释放出来 B 抽提时要依据蛋白质的不同特性选择不同的溶剂 C 蛋白质的粗提取物离心可除去一些小分子杂质 D 蛋白质的粗制品可能是多种蛋白质的混合物 10 答案 C 解析 对抽提得到的粗提取物离心可除去固体杂质 3 在 PCR 实验操作中 下列说法不正确的是 A 在微量离心管中添加各种试剂时 只需一个枪头 B 离心管的盖子一定要盖严 防止液体外溢 C 用手轻弹离心管壁的目的是使反应液充分混合 D 离心的目的是使反应液集中在离心管底部 使反应效果更明显 答案 A 解析 在微量离心管中添加各种试剂时 每吸取一种试剂后 移液器上的枪头必须更换 确保实验的准确性 离心 10 s 的目的是使反应液集中在离心管底部 使反应效果更明 显 4 某同学做 PCR 反应的实验时 他最关键的是需要严格控制 A 氧气的浓度 B 酸碱度 C 温度 D 大气的湿度 答案 C 解析 高温变性 低温退火 中温延伸三大步骤构成了 PCR 过程的循环 所以 PCR 反应 需要严格的控制温度 5 从下列植物中提取植物芳香油时 可采用水蒸气蒸馏法的一组是 玫瑰花 橘皮 茉莉花 桂花 A B C D 答案 C 解析 用水蒸气蒸馏法提取植物芳香油时 芳香油要具有易挥发的特点 且在蒸气中有 效成分不能受到破坏 从橘皮中提取橘皮精油时 若采用水蒸气蒸馏法 则会发生部分 水解 使用水中蒸馏又会产生原料焦糊的问题 因此 一般采用压榨法 桂花油易溶于 有机溶剂 因此用萃取法提取较好 玫瑰精油和茉莉油都具有挥发性 且在蒸气中不被 破坏 故采用水蒸气蒸馏法提取 6 玫瑰精油被称为 液体黄金 其提取方法可用 A 只能用水蒸气蒸馏法 B 可用蒸馏法和压榨法 C 可用蒸馏法和萃取法 D 可用压榨法和萃取法 答案 C 解析 根据玫瑰精油化学性质稳定 难溶于水 易溶于有机溶剂的特点 鲜玫瑰花可采 用蒸馏法 而干玫瑰花可采用萃取法 但一般不采用压榨法 7 血清蛋白电泳时通常用 pH 为 8 6 的缓冲液 此时各种蛋白质带有的电荷为 A 清蛋白带正电荷 其他球蛋白带负电荷 11 B 清蛋白带负电荷 其他球蛋白带正电荷 C 清蛋白与其他球蛋白均带负电荷 D 清蛋白与其他球蛋白均带正电荷 答案 C 解析 pH 为 8 6 的缓冲液既能维持血清蛋白的生物活性 又能使血清中各种蛋白质带 同一种电荷 负电荷 这样在负极端点样 它们都向正极移动 根据移动速度不同达到 分离目的 8 使用水蒸气蒸馏法提取玫瑰精油 是因为 A 其化学性质稳定 难溶于水 易溶于有机溶剂 能随水蒸气一同蒸馏 B 其化学性质稳定 难溶于水 难溶于有机溶剂 能随水蒸气一同蒸馏 C 其化学性质不稳定 难溶于水 易溶于有机溶剂 不能随水蒸气一同蒸馏 D 其化学性质不稳定 难溶于水 难溶于有机溶剂 不能随水蒸气一同蒸馏 答案 A 9 阅读以下材料 回答相关问题 从玫瑰花中提取出的玫瑰精油被称为 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 能够促进细胞的再生 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的装置提取玫瑰精油 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 12 3 对用上述装置接收到的乳浊液进行如下处理 玫瑰油与水的混合物分层油层无水玫瑰精油较纯净的玫瑰精 试剂A 装置B 试剂C 过滤 油 试剂 A 是 试剂 C