2012版高中生物全程复习方略配套课件：选修1.6 蛋白质和DNA技术（中图版）

【例证1】我们通常选用猪、牛、羊等动物的血液进行实验，来提取和分离血清蛋白。请回答下列有关问题：(1)实验前取新鲜血液，静置凝固后会析出淡黄色的液体——血清，其中含有的蛋白质有_________、_________等。(2)血清蛋白提取和分离的活动程序为：________________________________________________________________，在染色和脱色步骤中，所用试剂分别为_______________、____________________。(3)能利用电泳技术分离血清蛋白的原理是_____________________________________________________________。【精讲精析】本题考查提取和分离血清蛋白的相关知识。(1)血清中含有丙种球蛋白、凝集素等多种蛋白质。(2)血清蛋白的提取和分离步骤为：点样→电泳→染色→脱色→制干胶板，其中染色、脱色所用试剂分别为质量分数为0.05%的考马斯亮蓝R250染色液、体积分数为7%的醋酸溶液。(3)血清蛋白为两性电解质，在一定条件下带有电荷，可在电场中移动，故可用电泳技术进行分离。答案：(1)丙种球蛋白凝集素(2)点样→电泳→染色→脱色→制干胶板质量分数为0.05%的考马斯亮蓝R250染色液体积分数为7%的醋酸溶液(3)血清蛋白为两性电解质，在一定条件下带有电荷，可在电场中移动【互动探究】收集的血红蛋白溶液在透析袋中可以进行透析，这就是样品的粗分离。透析的目的是什么？透析的原理是怎样？提示：透析是为了去除相对分子质量较小的杂质。透析的原理是透析袋允许小分子自由进出，而大分子则保留在袋内。【规律方法】盐析、透析、电泳比较【例证2】近十年来，PCR技术(聚合酶链式反应)成为分子生物学实验室里的一种常规手段，其原理是利用DNA半保留复制，在试管中进行DNA的人工复制(如图)，在很短的时间内，将DNA扩增几百万倍甚至几十亿倍，使实验室所需要的遗传物质不再受限于活的生物体。(1)加热使DNA双链打开，这一步是打开______键，称为________，细胞中是在_______的作用下使此键断裂的。(2)当温度降低时，引物与模板________端结合，在DNA聚合酶的作用下，引物沿模板延伸，最终合成两个DNA分子，此过程中原料是_________，遵循的原则是__________。(3)PCR技术的必要条件，除了模板、原料、ATP、酶以外，至少还需要三个条件，即：液体环境、适宜的________和________。(4)如图为某一次循环的产物，请据图回答问题。①PCR一般要经历三十多次循环，每次循环可分为______、________、________三个步骤。②DNA的羟基(—OH)末端称为_________，图中所示的羟基端为________(填字母)。③PCR技术与细胞内DNA复制在解旋时原理不同：细胞内复制利用________酶使双链间氢键断裂，而PCR技术利用____________原理使双链间氢键断裂。以引物为标记，可判断出此产物最早为第_________次循环的产物。【精讲精析】本题考查体内DNA复制与PCR技术的原理以及基本条件。(1)PCR技术利用热变性原理使DNA双链间的氢键断裂，称为解旋，而细胞中是在解旋酶的作用下使氢键断裂。(2)PCR技术扩增DNA与细胞内DNA复制所需原料一样，为腺嘌呤脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、胞嘧啶脱氧核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸，遵循的原则是碱基互补配对原则。引物与模板的3′端结合后，DNA聚合酶才发挥作用。(3)PCR技术与体内DNA复制不完全相同，除了需要模板、原料、ATP、酶以外，至少还需要液体环境(稳定的缓冲液环境)、每一步骤需要适宜的温度及酸碱度。(4)①PCR的每一轮循环包括高温变性、低温复性和中温延伸三步，从第二轮循环开始，每次循环的产物也作为模板参与反应。②DNA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，而磷酸基团的末端称为5′端。DNA聚合酶不能从头合成DNA，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。由另一条新合成的DNA可知，A端为3′端，B端为5′端，D端为3′端。③DNA分子在细胞内复制或转录时，在解旋酶的作用下使氢键断裂，而在体外，DNA分子是在80℃～100℃的温度范围内变性，即双螺旋解开，成为单链；当温度慢慢降低后，两条彼此分离的单链又会重新结合形成双链。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Ⅰ和引物Ⅱ与其结合并在DNA聚合酶的作用下延伸，所以形成的每个子代DNA分子中只有一种引物；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，所以会出现DNA分子两端均含引物的情况，如图所示：因此题干中所出现的情况是第一次循环的产物。答案：(1)氢解旋解旋酶(2)3′四种脱氧核苷酸碱基互补配对原则(3)温度酸碱度(4)①高温变性低温复性中温延伸②3′端A、D③解旋热变性一【互动探究】(1)用于PCR的引物一般长度为20～30个核苷酸，其化学本质是什么？提示：引物的作用是与模板链结合，提供3′末端，使DNA聚合酶能够催化子链的延伸，在生物体内DNA复制时，引物一般为一小段RNA，但在PCR反应中，可以是一小段DNA或RNA。(2)PCR反应中，如果以引物为标记，共有几种DNA分子产生？提示：共有3种。一、选择题1.蛋白质的分离与纯化技术是蛋白质研究的重要技术。下列有关叙述不正确的是()A.根据蛋白质分子不能透过半透膜的特性，可将样品中各种不同的蛋白质分离B.根据蛋白质所带电荷性质的差异及分子大小等，可通过电泳分离蛋白质C.在分离与纯化蛋白质之前，必须采用适当的方法使蛋白质呈溶解状态释放出来D.根据蛋白质的分子大小、密度不同，可通过离心法分离蛋白质【解析】选A。蛋白质分子本身太大不能透过半透膜，所以只能局限于半透膜一侧，而不能将各种不同的蛋白质分开。蛋白质存在于生物体的组织细胞中，要研究某种蛋白质的结构、性质、功能，需将蛋白质呈溶解状态释放出来。目前常用的纯化蛋白质的方法有透析法、离心沉降法和电泳法等。2.PCR(聚合酶链式反应)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，如图表示合成过程。下列说法错误的是()A.A过程高温使DNA变性解旋，该过程不需要解旋酶的作用B.C过程要用到的酶在高温下失活，因此在PCR扩增时需要再添加C.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“95℃～55℃～72℃”温度循环3次，则在形成的子代DNA中含有15N标记的DNA占25%D.PCR中由碱基错配引起的变异属于基因突变【解析】选B。高温所起的作用类似于解旋酶，使双链DNA变为单链。C过程为PCR技术的延伸阶段，当系统温度上升至72℃左右时，溶液中的四种脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下合成新的DNA链。TaqDNA聚合酶是耐热的，高温下不变性，所以一次性加入即可。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。基因中的碱基对改变属于基因突变。3.(2011·延安模拟)在PCR扩增前，需要将下列哪些物质加入微量离心管中()①模板DNA②模板RNA③DNA解旋酶④耐高温的DNA聚合酶⑤引物⑥PCR缓冲液⑦脱氧核苷酸贮备液⑧核苷酸贮备液A．①④⑤⑥⑦B．①③④⑤⑥⑧C．②③④⑤⑥⑦D．①④⑥⑦⑧【解析】选A。进行PCR扩增前，将PCR缓冲液、DNA模板、一对引物、四种脱氧核苷酸、DNA聚合酶、Mg2+等成分加到一种特制的微量离心管中。4.“X基因”是DNA分子上一个有遗传效应的片段，若要用PCR技术特异性地拷贝“X基因”，需要在PCR反应中加入两种引物，两种引物及其与模板链的结合位置如图1所示。经过4轮循环后产物中有五种不同的DNA分子，如图2所示，其中第⑤种DNA分子有几个()A.2B.4C.6D.8【解析】选D。在PCR技术扩增时，由两种引物决定所扩增的片段的特定序列，上一次循环的产物为下一次循环的模板。第一次循环形成①和②，第二次循环形成①、②、③、④4分子DNA，以此类推4次循环后共形成16分子DNA，其中①、②各1分子，③、④各3分子，⑤共8分子。5.(2011·德州模拟)如图表示对某蛋白质溶液进行SDS－聚丙烯酰胺凝胶电泳的结果(类似于纸层析法分离色素)，下列相关叙述不正确的是()A.蛋白质上某些基团解离后可使蛋白质带电，电场中带电的蛋白质分子(或多肽)会向着与其所带电荷相反的电极移动B.在SDS-聚丙烯酰胺凝胶中，蛋白质的迁移速度完全取决于其所带净电荷多少C.在SDS-聚丙烯酰胺凝胶中，蛋白质的迁移速度基本取决于其相对分子质量大小D.电泳结果表明溶液中蛋白质可能有两种，但也可能只有一种【解析】选B。本题考查了电泳的原理与应用。蛋白质的氨基与羧基可发生解离，使其带正电或负电，在电场中发生迁移。SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳所加的SDS可完全掩盖蛋白质本身所带的电荷，其移动速度与本身所带的电荷无关，只由其分子大小决定。此电泳会使蛋白质水解成肽链，结果可能只有一种蛋白质(有两种肽链)，也可能是两种蛋白质。

二、非选择题6.(1)商品化植酸酶主要来自微生物。在产酶菌株筛选过程中，常在基本培养基中添加不溶于水的植酸钙制成固体平板，植酸钙被植酸酶分解后可在平板上产生______，可根据其大小选择目的菌株，所得菌株需要进一步测定植酸酶活性。活性测定可以植酸钠作为底物，活性可用一定条件下单位时间________________表示。(2)利用上述所得菌株制备植酸酶的流程如图：Ⅰ中的主要成分为______；Ⅱ中包含植酸酶等多种蛋白质。请写出一种纯化得到植酸酶的方法及其依据。(3)为建设基因工程菌，可用PCR等技术从上述菌株中克隆植酸酶基因。PCR反应包含多次循环，每次循环包括三步：____________________。反应过程中打开模板DNA双链的方法是______________________。(4)除植酸酶外，微生物还应用在_________的生产中。【解析】本题考查了酶的简单制作方法、酶活力测定的一般方法、蛋白质的提取和分离、PCR技术的基本操作和应用。(1)通过微生物发酵生产需要的酶，需要在选择培养基上进行选择。活力可以用单位时间内底物的消耗量或产物的生成量来表示。(2)植酸酶是蛋白质，属大分子有机物，可以利用电泳法提纯分离。(3)体外扩增生产植酸酶的基因，需要利用PCR技术，经过三步循环，可以得到大量的特异性基因。(4)酶的应用主要体现在蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶等的生产和应用上。答案：(1)透明圈植酸钠的消耗量(减少量)或磷酸钠(肌醇)的生成量(产量)(2)小分子杂质电泳法：根据蛋白质之间分子大小、吸附性质等差异进行纯化(或电泳法：根据蛋白质之间电荷、分子大小等差异进行纯化)。(3)高温变性、低温复性和中温延伸(长)加热(或高温处理)(4)蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶7.聚合酶链式反应(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的问题。(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以上问题。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。【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RNA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、古生物学研究、基因克隆和DNA序列分析等方面。答案：(1)磷酸基团3′端(2)耐高温的TaqDNA聚合酶选择培养基(3)高温变性、低温复性和中温延伸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序列分析(要求3项以上)。8.生物技术的广泛应用，不仅给社会带来了较大的经济效益，受到社会的广泛重视，更使人们的生活变得丰富多彩。请回答下列有关问题：(1)1995年，美国科学家穆里斯因发明了PCR技术而获得了诺贝尔化学奖。PCR和生物体内DNA复制都必需的条件包括DNA聚合酶、模板DNA、能量、游离脱氧核苷酸和_________；在生物体内复制必需，而在PCR技术中不需要的成分是______________。(2)在香料工业提取的“液体黄金”玫瑰精油中，要求不含有任何添加剂或化学原料，其提取方法主要是_________；玫瑰精油的提取需大量原料，通常采用_________技术实现玫瑰的快速繁殖。(3)在制备固定化酵母细胞过程中，溶化好的海藻酸钠溶液要冷却至室温，才能加入已活化的酵母菌，原因是____________。如果在CaCl2溶液中形成的凝胶珠颜色过浅，说明______________________。(4)为获得一种能高效降解农药的细菌(目的菌)，往培养基中加入某种化合物，将初步筛选得到的目的菌转移至固体培养基，常采用的接种方法是________；实验结束后，使用过的培养基应该进行处理后才能倒掉，这样做是为了______________。【解析】(1)PCR技术需要引物，是因为DNA聚合酶不能直接在一条DNA单链上复制，一定要先让一小段寡核苷酸(即引物)与模板DNA互补配对，然后聚合酶才能从引物的一端继续复制下去。PCR与生物体内DNA复制的一个主要区别是PCR技术不需要DNA解旋酶。(2)蒸馏法的优点在于不含有任何添加剂或化学原料；植物组织培养技术是一种快速繁殖植物的技术。(3)若固定化酵母细胞数目过少，会导致凝胶珠颜色过浅。(4)在固体培养基上最常用的接种方法是平板划线法；实验结束后为防止实验材料造成环境污染，需将培养基处理后才能倒掉。答案：(1)引物DNA解旋酶(2)蒸馏法植物组织培养(3)防止高温杀死酵母菌固定化酵母细胞数目较少(4)平板划线法防止造成环境污染9.PCR技术是把某一DNA片段在体外酶的作用下，合成许许多多相同片段的一种方法，利用它能快速而特异地扩增任何要求的目的基因或DNA分子片段；电泳技术是在外电场作用下，利用分子携带的静电荷不同，把待测分子的混合物放在一定的介质(如琼脂糖凝胶)中进行分离和分析的实验技术，利用它可分离氨基酸、多肽、蛋白质、核苷酸、核酸等物质和做亲子法学鉴定。如图是电泳装置及相应电泳结果。请回答：(1)叶绿体色素提取所采用的纸层析法与电泳相比，前者使用的介质是_____________。电泳过程中分子的迁移速率除与本身所带的净电荷的多少有关外，你认为还受什么因素的影响？______________________