高考生物一轮复习学案：DNA和蛋白质技术

第十一单元生物技术实践

学案DNA和蛋白质技术

考纲要求

L蛋白质的提取和分离实验与探究

2.PCR技术的基本操作和应用实验与探究

复习要求

L根据蛋白质分子的特点,选择不同的方法提取和分离

2.PCR技术的原理和条件

3.PCR技术的基本操作

基础自查

一、血红蛋白的提取和分离

1.凝胶色谱法：o

2.电泳

⑴概念：O

(2)特点：______________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________O

3.实验操作

(1)样品处理：。

(2)粗分离：o

(3)纯化：«

(4)纯度鉴定：0

二、PCR技术扩增DNA片段

1.PCR技术

(l)PCR：的简称，是一种的技

术。

(2)扩增方向：-

(3)引物特点：,能,

用于PCR的引物长度通常为20〜30个脱氧核甘酸。

(4)原理：。

(5)条件：______________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________________________________O

2.过程

⑴变性：。

(2)复性：-

(3)延伸：______________________________________________________________________

3.结果:

课堂深化探究

多聚酶链式反应扩增DNA片段

1.细胞内DNA复制与体外DNA扩增(PCR技术)的比较

细胞内DNA复制PCR

解旋

酶

引物

不同点

能量

温度

子链合成

相同点

2.PCR反应的过程及结果

(l)PCR反应过程:

①变性：

②复性:

③延伸:

(2)结果:

特别提醒DNA复制需要引物的原因：DNA聚合酶不能从5,端开始合成DNA,而只

能从3'端延伸DNA链。

二、血红蛋白的提取和分离

1.方法及原理

方法原理

凝胶色谱法

电泳法

2.实验操作程序

(1)样品处理

(2)粗分离

④图示：

⑤注意：透析时间为12h。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。

(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方法，来测定蛋白质的分子量，即对

血红蛋白进行纯度鉴定。

3.结果分析与评价

项目分析

分层明显一

血液样品的处理分层不明

显的原因T

凝胶色谱柱的装填

血红蛋白的分离

特别提醒①用凝胶色谱法分离和纯化蛋白质，滴加样品时，吸管管口贴着管壁环绕移

动加样，同时注意不要破坏凝胶面。

②在蛋白质分离过程中，应仔细观察红色区带在洗脱过程中的移动情况，如果红色区带

均匀一致地移动，说明色谱柱制作成功。

对应训练

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过程一般经历30

多次下述循环：95°C条件下使模板DNA变性、解链一55℃条件下复性(引物与DNA模板

链结合)-72°C条件下引物链延伸(形成新的脱氧核甘酸链)。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种核糖核甘酸

D.PCR与细胞内DNA复制相比，其所需要酶的最适温度较高

2.多聚酶链式反应(PCR)是一种体外扩增DNA片段的技术。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。回答以下问题：

(1)细胞内DNA复制过程中，引物的作用是，而且DNA复制的前提是

(2)PCR利用了原理，可通过控制温度来控制双链的解旋与结合。

(3)PCR技术用到的酶是,与细胞内DNA复制时发挥相同作用的酶相比区别

在于O

(4)下面表格是DNA体内复制与PCR反应的部分比较结果。通过比较分析，请推导出

PCR反应合成DNA子链时能量来源于

原料ATP

DNA体内复制四种脱氧核甘酸需要

脱氧胞昔三磷酸、脱氧腺昔三磷酸

PCR反应不需要

脱氧胸背三磷酸、脱氧鸟昔三磷酸

(5)假如PCR反应所用的引物含有放射性、模板不具有放射性，且引物不被切除，则经

过n次循环，具有放射性的脱氧核甘酸链占总链数的比值为。

(1)血红蛋白是人和其他脊椎动物红细胞的主要组成成分，其在红细胞中的作用体现了

蛋白质具有功能。

(2)甲装置中，B是血红蛋白溶液，则A是；乙装置中，C溶液的作用是

(3)甲装置用于,目的是0用乙装置分离蛋白质的方法叫

，是根据分离蛋白质的有效方法。

(4)用乙装置分离血红蛋白时，待时，用试管收集流出液，每5mL收集一管，

连续收集。

4.下列关于血红蛋白分离中样品处理及粗分离的描述，错误的是()。

A.红细胞洗涤：此操作的目的是去除红细胞内的杂蛋白

B.血红蛋白释放：此操作需要将洗涤好的红细胞放入蒸储水中

C.分离血红蛋白溶液：离心后红色透明液体是血红蛋白的水溶液

D.透析：此操作的目的是去除分子量较小的杂质

实验探究

(2012•岳阳模拟)DNA的粗提取与鉴定的实验(如图)：

(1)本实验材料选用鸡血细胞液，而不是鸡全血，主要原因是鸡血细胞液中含

量较高。

（2）图A所示加入蒸储水的目的是o

（3）通过图B所示步骤取得滤液后，再向滤液中加入2mol/LNaCl溶液的目的是

（4）图C所示加入蒸储水的目的是o

（5）为鉴定实验所得丝状物的主要成分是DNA,可用试剂进行检测，在沸水浴

条件下，可以看到颜色反应为____________________色。

限时训练

题组一DNA粗提取与鉴定及PCR扩增技术

1.下列关于PCR的描述中，正确的是（）

①PCR是一种酶促反应②引物决定了扩增的特异性③扩增DNA利用了热变性的原

理④扩增的对象是氨基酸序列

A.①②④B.②③④

C.①③④D.①②③

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,

如图表示合成过程。下列说法错误的是（）

94七：55七72七，

ABC

DNA样品两个DNA分子

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，游离的脱氧核昔酸不做标记，控制“94℃〜

55°C〜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

3.如图为“DNA粗提取和鉴定”实验的相关操作。这些操作目的正确的是（）

A.①是洗涤红细胞，去除血细胞表面的杂质

B.②是溶解DNA,去除不溶于酒精的杂质

C.③溶解DNA,去除不溶于2mol/LNaCl溶液的杂质

D.④稀释NaCl溶液，去除不溶于低浓度NaCl溶液的杂质

4.要使PCR反应在体外的条件下顺利地进行，需要严格的控制（）

A.氧气的浓度B.酸碱度

C.温度D.大气的湿度

5.DNA在NaCl溶液中的溶解度有二重性，随着NaCl溶液浓度的变化而变化。

（1）请在下列浓度的NaCl溶液中，选出能使DNA析出最彻底的一种和溶解度最高的一

种（）

A.0.14mol/LB.2mol/L

C.0.15mol/LD.0.3mol/L

（2）DNA不溶于酒精，但细胞中的某些物质却可以溶于酒精溶液，利用这一原理可以

，可以推测溶于酒精的物质中可能有。

(3)利用DNA遇_______呈蓝色的特性，将该物质作为鉴定的试剂。

题组二血红蛋白的提取和分离

6.(2012.江苏淮安期末)下列关于凝胶色谱法的说法正确的是()

A.是根据蛋白质对其他分子的亲和力来分离蛋白质的

B.凝胶是一些微小的无孔的球体，小球体都是由多糖类化合物构成的

C.相对分子质量较小的蛋白质的路程较长，但移动速度较快

D.相对分子质量较大的蛋白质只能在凝胶外部移动，路程较短，移动速度较快

7.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.根据蛋白质相对分子质量的大小，可通过凝胶色谱法分离蛋白质

D.根据蛋白质的分子大小、密度不同，可通过离心沉降法分离蛋白质

8.

凝胶色谱技术是二十世纪六十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，不需要有机溶剂，对高分子物质有很好的分离效果，目前已经被广泛应

用于多个领域，请回答：

(l)a、b均为蛋白质分子，其中先从层析柱中洗脱出来的是,原因是

(2)若选用SephadexG_100,则G表示_____________________________________________

___________________________________________________________________________O

(3)通过凝胶色谱法可将从红细胞中分离出的血红蛋白样品进一步,在血红蛋

白的提取和分离实验中有以下操作，试回答：

①实验时要对采集到的血液中的红细胞进行洗涤，洗涤的目的是o

②在____________作用下，红细胞会破裂释放出血红蛋白。

③将释放出的血红蛋白收集到透析袋中透析，这是样品的,而透析的目的是

④实验最后经过SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳进行

(4)装填凝胶色谱柱时，要注意色谱柱内不能有气泡存在，一旦发现气泡必须重装。这

是因为___________________________________________________________________________

高考真题体验

1.（2011•广东理综，24）以下关于猪血红蛋白提纯的描述，不正确的是（）o

A.洗涤红细胞时，使用生理盐水可防止红细胞破裂

B.猪成熟红细胞中缺少细胞器和细胞核，提纯时杂蛋白较少

C.血红蛋白的颜色可用于凝胶色谱法分离过程的监测

D.在凝胶色谱法分离过程中，血红蛋白比分子量较小的杂蛋白移动慢

2.（2011.江苏高考）在利用鸡血进行“DNA的粗提取与鉴定”的试验中，相关的叙述正

确的是（）

A.用蒸储水将NaCl溶液浓度调至0.14mol/L,滤去析出物

B.调节NaCl溶液浓度或加入木瓜蛋白酶，都可以去除部分杂质

C.将丝状物溶解在2mol/LNaCl溶液中，加入二苯胺试剂即呈蓝色

D.用菜花替代鸡血作为实验材料，其实验操作步骤相同

3.（2011.山东高考）研究发现柚皮精油和乳酸菌素（小分子蛋白质）均有抑菌作用，两

者的提取及应用如图所示。

柚皮-------A糊状液体------A柚皮精油

抑菌试骏

乳酸菌A-------A培养液------->乳酸菌素

（1）柚皮易焦糊，宜采用法提取柚皮精油，该过程得到的糊状液体可通

过除去其中的固体杂质。

（2）筛选乳酸菌A时可选用平板划线法或接种。对新配制的培养基灭菌

时所用的设备是o实验前需对超净工作台进行处理。

（3）培养基中的尿素可为乳酸菌A生长提供o电泳法纯化乳酸菌素时，

若分离带电荷相同的蛋白质，则其分子量越大，电泳速度。

（4）抑菌实验时，在长满致病菌的平板上，会出现以抑菌物质为中心的透明圈。可通

过测定透明圈的来比较柚皮精油和乳酸菌素的抑菌效果。

学案DNA和蛋白质技术

答案与解析

基础自查

一、血红蛋白的提取和分离

1.凝胶色谱法：也称分配色谱法，是根据相对分子质量的大小分离蛋白质的有效方法。

2.电泳

（1）概念：电泳是指带电粒子在电场的作用下发生迁移的过程。

（2）特点：电泳利用待分离样品中各种分子带电性质的差异以及分子本身的大小、形状

的不同，使带电分子产生不同的迁移速度，从而实现样品中各种分子的分离。

3.实验操作

(1)样品处理：通过红细胞的洗涤、搅拌、离心等操作收集到血红蛋白溶液。

(2)粗分离：通过透析去除血红蛋白溶液中的相对分子质量较小的杂质。

(3)纯化：通过凝胶色谱法分离相对分子质量不同的蛋白质。

(4)纯度鉴定：用SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳进行样品纯度鉴定。

二、PCR技术扩增DNA片段

1.PCR技术

(l)PCR：多聚酶链式反应的简称，是一种体外迅速扩增DNA片段的技术。

(2)扩增方向：总是从子链的5，端向3,端延伸。

(3)引物特点：是一小段RNA或DNA,能与DNA母链的一段碱基序列互补配对，用

于PCR的引物长度通常为20〜30个核甘酸。

(4)原理：DNA复制原理。

(5)条件：DNA模板、分别与两条模板链相结合的两种引物，四种脱氧核昔酸、耐热的

DNA聚合酶，同时控制温度。

2.过程

(1)变性：当温度上升到90℃以上时，双链DNA解旋为单链。

(2)复性：温度下降为50℃左右时，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。

(3)延伸：当温度上升到72℃左右时，四种脱氧核甘酸在DNA聚合酶的作用下，根据

碱基互补配对原则合成新的DNA链。

3.结果：DNA聚合酶只能特异性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。

课堂深化探究

一.多聚酶链式反应扩增DNA片段

1.细胞内DNA复制与体外DNA扩增(PCR技术)的比较

细胞内DNA复制PCR

80〜100℃高温解旋，双

解旋解旋酶，边解旋边复制

链完全分开

解旋酶，DNA聚合酶，

酶TaqDNA聚合酶

DNA连接酶

不

引物RNADNA或RNA

同点

能量ATP不加

温度体内温和条件高温

一条链连续(先导链)，另

子链合成两条子链均连续合成

一条链不连续，先合成片段，

再由DNA连接酶连接(滞后

链)

①提供DNA模板

相

②四种脱氧核甘酸作原料

同点

③子链延伸的方向都是从5,端到3,端

2.PCR反应的过程及结果

(l)PCR反应过程：

①变性：当温度上升到90℃以上时，双链DNA解聚为单链，

②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

③延伸：当系统温度上升至72℃左右，溶液中的四种脱氧核甘酸(A、T、G、C)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

(2)结果:

①PCR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。

②两引物之间的固定长度的DNA序列呈指数扩增。

二、血红蛋白的提取和分离

1.方法及原理

方法原理

凝胶色谱法根据相对分子质量的大小分离蛋白质

电泳法各种分子带电性质的差异以及分子本身大小、形状的不同

2.实验操作程序

(1)样品处理

①红细胞的洗涤：除去血浆蛋白等杂质，有利于后续步骤的分离纯化；

②血红蛋白的释放：使红细胞破裂，血红蛋白释放出来；

③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

①原理：透析袋能使小分子自由出入，而将大分子保留在袋内，透析可以除去样品中相

对分子质量较小的杂质。

②过程：取1mL的血红蛋白溶液装入透析袋中，将透析袋放入盛有300mL的物质的

量浓度为20mmol/L的磷酸缓冲液中(pH为7.0),透析12h。

、［除去样品中相对分子质量较小的杂质。

③目的i可用于更换样品的缓冲液。

(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方法，来测定蛋白质的分子量，即对

血红蛋白进行纯度鉴定。

3.结果分析与评价

项目分析

分层明显一样品处理完成

血液样品的处理分层不明!洗涤次数少，未能除去血浆蛋白

显的原因［离心速度过高和时间过长

放一支与凝胶柱垂直的日光灯一直接检查加入大分子有色

凝胶色谱柱的装填物质如蓝色葡聚糖一2000或红色葡聚糖，若色带均匀、狭窄、

平整一装填成功

血红蛋白的红色区带均匀、狭窄、平整，随洗脱液缓慢流

血红蛋白的分离

出一分离成功

对应训练

1.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I延伸而成的DNA

单链会与引物H结合，进行DNA的延伸。DNA变性（90〜95°C）：双链DNA模板在热作用

下，氢键断裂，形成单链DNA。复性（55〜65°C）：系统温度降低，引物与DNA模板结合，

形成局部双链。延伸（70〜75℃）：在Kiq酶（在72°C左右活性最高）的作用下，以dNTP（三磷

酸脱氧核糖核甘酸的缩写）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。

答案C

2.解析（l）DNA具有双螺旋结构，复制时遵循碱基互补配对原则，所以打开氢键，DNA

聚合酶方可在引物的引导下从引物3,端开始连接脱氧核甘酸。（2）PCR技术就是模拟细胞内

DNA复制的一项技术，只不过该技术中双链的解旋与结合是通过温度来控制的，原因在于

DNA具有热变性。（3）KiqDNA聚合酶具有耐高温的特性。（4）DNA无论是体内复制还是体外

复制，子链合成过程中都要消耗能量，而PCR反应不加入ATP供能，且加入的原料也不是

四种脱氧核甘酸，可见PCR所用原料在水解成相应脱氧核昔酸时，能释放出等同于ATP水

解的能量。（5）DNA复制n次产生2n个DNA,共有2n+1条脱氧核昔酸链，由于母链不具有

?n+l-92n—1

放射性，所以具有放射性的脱氧核甘酸链占总链数的比值为亍==丁。

答案（1）使DNA聚合酶能够从引物的3,端开始连接脱氧核昔酸解开双链（或打开氢

键）（2）DNA的热变性（3）QqDNA聚合酶耐高温（4）所用原料水解产生相应脱氧核普

2n—1

酸时所释放的能量（5）一歹

3.解析本题易出错的地方有：（2）小题中A是磷酸缓冲溶液，C也是磷酸缓冲溶液，

它的作用一是保持血红蛋白的结构不被破坏，再一个是洗脱血红蛋白，这是常常出错的地方。

透析是粗分离蛋白质的方法，透析后得到的蛋白质还要进行纯化和纯度鉴定，在鉴定纯度时

常用SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳法。

正确思路应为：血红蛋白在氧分压高的地方与氧结合，在氧分压低的地方与氧分离，起

到运输氧的作用。图甲表示的是透析过程，将装有血红蛋白溶液的透析袋放入盛有300mL

的物质的量浓度为20mmol/L的磷酸缓冲液中（pH为7.0）。透析的目的是去除样品中分子质

量较小的杂质。图乙表示用凝胶色谱柱洗脱血红蛋白的操作示意图。凝胶实际上是一些微小

的多孔球体，小球体内部有许多贯穿的通道。相对分子质量较大的蛋白质不能进入凝胶内部

的通道，只能在凝胶外部移动，通过的路程较短，移动速度较快；相对分子质量较小的蛋白

质比较容易进入凝胶内部的通道，通过的路程较长，移动速度较慢。因此，样品中相对分子

质量较大的蛋白质先流出，相对分子质量中等的分子后流出，相对分子质量最小的分子最后

流出，从而使相对分子质量不同的各种分子得以分离。因此相对分子质量不同的蛋白质分子

可以获得分离。这种分离血红蛋白的方法叫凝胶色谱法。样品的加入和洗脱的大致过程是：

调整缓冲液面一滴加透析样品一样品渗入凝胶床一洗脱一收集。C溶液是磷酸缓冲液，其作

用是洗脱血红蛋白。待红色的蛋白质接近色谱柱底端时开始收集流出液。

答案（1）运输（2）磷酸缓冲液洗脱血红蛋白（3）透析（粗分离）去除样品中分子质

量较小的杂质凝胶色谱法相对分子质量的大小（4）红色的蛋白质接近色谱柱底端

4.解析红细胞洗涤的目的是去除血浆中的蛋白质。

答案A

实验探究

解析：鸡血细胞没有细胞壁，而且细胞内DNA的含量较高。如图A所示，鸡血细胞液

中加入蒸储水后，细胞内渗透压较高，则鸡血细胞吸水而涨破。如图B所示，溶液中加入2

mol/LNaCl溶液，DNA溶解而杂质析出。如图C所示，加入蒸储水后，溶液浓度会降低，

当浓度降至014mol/L时，DNA的溶解度最低而析出。在沸水浴的条件下，DNA遇二苯胺

呈现蓝色。

答案：（1）DNA（2）使血细胞吸水涨破，释放出核物质DNA（3）使DNA溶解于

NaCl溶液（4）使DNA的溶解度下降而析出（5）二苯胺蓝

限时训练

题组一DNA粗提取与鉴定及PCR扩增技术

1.【解析】PCR是一种体外迅速扩增DNA片段的技术，在高温条件下，把DNA的双

链打开，缓慢冷却后，又重新结合，需要耐高温DNA聚合酶，同时，还需要引物，从引物

的3,端连接脱氧核甘酸。

【答案】D

2.【解析】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昔酸在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。

【答案】B

3.C

4.CPCR利用的是DNA热变性原理，通过控制温度来控制双链的解聚与结合。

5.（1）AB（2）去除杂质某些盐类、蛋白质、糖类或其他大分子物质（3）二苯胺DNA

解析由实验原理可知，DNA在0.14mol/L的NaCl溶液中溶解度最低，有利于DNA

的析出；DNA主要存在于染色体上，为了把