2019_2020学年高二人教版生物选修一课件：专题整合提升：专题5 DNA和蛋白质技术 .pdf

专题整合提升 专题5 DNA和蛋白质技术 知识系统构建 热点考题集训 规律方法整合 内容索引 知识系统构建 基础知识 实验设计 DNA和蛋 白质技术 DNA的粗提 取与鉴定 DNA的 原理 DNA的 原理 的选取 DNA的_ DNA的 与鉴定 基础知识 实验设计 多聚酶链式 反应扩增 DNA片断 原理 PCR的_ PCR操作 的测定 提取 鉴定 实验材料 粗提取 纯化 PCR 反应过程 DNA含量 基础知识 实验操作 DNA和蛋 白质技术 血红蛋白的提取和分离 凝胶色谱法 缓冲溶液 _ 处理 操作 电泳 样品 凝胶色谱 必背要语必背要语 1.DNA不溶于酒精，但是细胞中的某些蛋白质溶于酒精，可利用酒精将 DNA和蛋白质分开。 2.DNA在0.14 mol/L NaCl溶液中溶解度最低。 3.PCR原理：DNA热变性原理。 PCR每次循环都包括变性、复性和延伸三步。 4.DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，只能从3端延伸DNA链。DNA 的合成方向总是从子链的5端向3端延伸。 5.利用凝胶色谱法分离蛋白质时，相对分子质量大的先洗脱出来，相对 分子质量小的后洗脱出来。 6.在电泳中，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、形状都会影响分子的迁移速度。 7.SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳的迁移率完全取决于分子的大小。 8.蛋白质提取和分离的一般步骤是： 样品处理与粗分离、 纯化和纯度鉴定。 9.在对蛋白质进行纯度鉴定时，使用最多的方法是SDS聚丙烯酰胺凝 胶电泳。 规律方法整合 整合一 DNA的粗提取与鉴定中的“234” 加蒸馏水2次 加到鸡血细胞液中，使血细胞吸水破裂 加到含DNA的2 mol/L的NaCl溶液中， 使NaCl溶液 的物质的量浓度下降到0.14 mol/L，DNA析出 用纱布过滤3次 过滤血细胞破裂液，得到含细胞核物质的滤液 过滤溶有DNA的2 mol/L的NaCl溶液 滤取0.14 mol/L的NaCl溶液中析出的DNA(黏稠物) 用NaCl溶液4次 加2 mol/L的NaCl溶液，溶解提取细胞核物质 用0.14 mol/L的NaCl溶液使DNA析出 用2 mol/L的NaCl溶液，溶解滤取的DNA黏稠物 用2 mol/L的NaCl溶液，溶解丝状物用于鉴定DNA 例例1 将粗提取的DNA丝状物分别加入0.14 mol/L NaCl溶液、2 mol/L NaCl溶液、体积分数为95%的酒精溶液中，然后用放有纱布的漏斗过滤， 分别得到滤液P、Q、R以及存留在纱布上的黏稠物p、q、r，其中由于含 DNA少可以丢弃的是 A.P、Q、R B.p、q、r C.P、q、R D.p、Q、r 解析 解析 DNA在0.14 mol/L NaCl溶液中溶解度最小，过滤后DNA在黏稠 物p中，可以丢弃P；DNA在2 mol/L NaCl溶液中溶解过滤后，DNA在滤 液中，可以丢弃q；DNA不溶于体积分数为95%的酒精溶液，所以过滤后 DNA在黏稠物r中，可以丢弃R。 答案解析 整合二 去除DNA滤液中杂质的三种方案 项目原理方法 方案一 DNA在不同浓 度的NaCl溶液 中溶解度不同 在滤液中加入NaCl，使NaCl溶液物质的量浓 度为2 mol/L，过滤除去不溶的杂质；再调节 NaCl溶液物质的量浓度为0.14 mol/L，析 出DNA，过滤除去溶液中的杂质，再用物质 的量浓度为2 mol/L的NaCl溶液溶解DNA 方案二DNA对酶的耐受性 直接在滤液中加入嫩肉粉，反应10 15 min，嫩肉粉中的木瓜蛋白酶能够 分解蛋白质 方案三DNA对高温的耐受性 将滤液放在6075 的恒温水浴箱中 保温1015 min，注意严格控制温度 范围，使蛋白质沉淀而DNA分子还未 变性，可将DNA与蛋白质分离 例例2 如图表示以鸡血为实验材料进行DNA的粗提取与鉴定的操作程序， 请分析回答问题。 (1)步骤一中，向鸡血细胞液中加入 并搅拌，可使鸡血细胞破裂。 解析解析 第一步加入蒸馏水的目的是使红细胞涨破，释放出核物质。 蒸馏水 (2)步骤二：过滤后收集含有DNA的 。 解析 解析 第二步收集含有核物质的滤液。 滤液 答案解析 (3)步骤三、四的操作原理是_ 。 步骤四通过向溶液中加入 调节NaCl溶 液物质的量浓度至 mol/L，DNA将会析出，过滤去除溶液中的杂质。 解析 解析 由于DNA在不同浓度的NaCl溶液中的溶解度不同，所以通过控制NaCl 溶液的浓度可以分别溶解DNA和析出DNA，并且对 DNA进行提纯；第四步加 入蒸馏水的目的是逐渐稀释NaCl溶液，使其物质的量浓度为0.14 mol/L，这时 DNA在NaCl溶液中溶解度最低，可以析出DNA。 DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同， 通过 控制NaCl溶液的浓度去除杂质 答案解析 蒸馏水 0.14 (4)步骤七：向步骤六过滤后的 中，加入等体积的冷却的_ ，静置23 min，溶液中会出现 色丝状物，这就是粗提 取的DNA。 解析 解析 DNA不溶于冷酒精，某些蛋白质可以溶于冷酒精，这样可以进一 步提纯 DNA。 滤液体积分数为 答案解析 95%的酒精白 (5)步骤八：DNA遇 试剂，沸水浴5 min，冷却后，溶液呈 色。 解析 解析 鉴定DNA的方法是用二苯胺试剂，在沸水浴加热条件下，如果变 蓝色，证明存在DNA。 二苯胺蓝 答案解析 整合三 DNA的粗提取、PCR技术、蛋白质分离之间的比较 项目DNA的粗提取PCR技术蛋白质分离 实验原理 DNA在不同浓度NaCl溶液 中溶解度不同，且不溶于 冷酒精 利用DNA热 变性原理体 外扩增DNA 依据相对分子质量 的大小分离蛋白质 实验过程 选取材料破碎细胞释放 DNA除杂DNA析出与 鉴定 变性复性 延伸 样品处理及粗分离 凝胶色谱操作 SDS聚丙烯酰 胺凝胶电泳 实验结果 获得较纯净 的DNA 获得大量DNA 相对分子质量不同的 蛋白质得以分离 实验意义 为DNA研究 打下基础 解决了DNA研究中 材料不足的问题 为蛋白质的研究和利 用提供了原材料 例例3 PCR是一种DNA体外扩增技术。1988 年，PCR仪问世，并被广泛应用于基因扩增 和DNA序列测定。如图是 PCR技术示意图， 请回答下列问题。 (1)将双链DNA ，使之变性， 从而导致 。 引物延伸需提供 作为原料。 答案解析 解析解析 引物的延伸需要提供4种脱氧核苷酸 为原料。每次循环都包括变性、复性和延伸 三步。变性是指在高温90 以上DNA双链解 聚为单链的过程。 加热到95 双链 DNA分离成两条单链 四种脱氧核苷酸 (2)红细胞含有大量血红蛋白，我们可以选择猪、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，血红蛋白提取和分离的程序可分为四 步：样品处理、粗分离、纯化、纯度鉴定。请回答下列有关问题。 样品处理， 它包括红细胞的洗涤、 、 分离血红蛋白溶液。 收集的血红蛋白溶液在透析袋中经过透析，这就是样品的粗分离。透析 的目的是 。透析的原理是_ 。 答案解析 解析 解析 该实验中样品的处理可分为三步：红细胞的洗涤；血红蛋白的 释放；分离血红蛋白溶液。透析所依据的原理是小分子可以自由进出透 析袋，而大分子则保留在透析袋内，目的是除去相对分子质量较小的杂质。 血红蛋白的释放 去除相对分子质量较小的杂质透析袋能使小分子 物质自由进出，而大分子物质则保留在透析袋内 整合四 DNA体内复制与体外复制(PCR)的比较 PCR技术是一种体外迅速扩增DNA片段的技术，与细胞内DNA复制的过 程相比既有相同点又有不同点，通过列表比较的方法准确掌握两者的异 同，是防止此类问题出错的重要措施。细胞内DNA复制与体外DNA扩增 (PCR)的比较： 项目细胞内DNA复制PCR 不 同 点 解旋在解旋酶作用下边解旋边复制95 高温解旋、 双链完全分开 酶解旋酶、DNA聚合酶Taq DNA聚合酶 引物RNA一般为单链DNA 不 同 点 能量ATPdNTP 温度体内温和条件高温 循环次数受生物自身控制三十多次 相同点 需提供DNA复制的模板 四种脱氧核苷酸作原料 子链延伸的方向都是从5端到3端 都需要酶的催化 例例4 PCR过程与细胞内的DNA复制过程相比，主要有两点不同，它们是 PCR过程需要的引物一般是人工合成的单链DNA PCR过程不需要 DNA聚合酶 PCR过程中 DNA的解旋不依靠解旋酶，而是通过对反 应温度的控制来实现的 PCR过程中，DNA不需要解旋，直接以双链 DNA为模板进行复制 A. B. C. D. 解析 解析 PCR过程与细胞内的DNA复制过程相比较，主要有两点不同： (1)PCR过程需要的引物一般是人工合成的单链DNA，长度通常为2030 个核苷酸。(2)PCR过程中，DNA解旋不依赖解旋酶，而是通过对反应温 度的控制来实现的。 答案解析 整合五 DNA粗提取和血红蛋白提取和分离的比较 大分子物质的提取与分离，一般是根据其固有的理化性质，用不同的物 理或化学方法，达到不同成分分离的目的。对于DNA与血红蛋白的提取 和分离的相关知识，可通过下表来辨析掌握。 项目DNA粗提取和鉴定 血红蛋白的提取 和分离 材料选取DNA含量高的生物组织 哺乳动物成熟的 红细胞 细胞破碎 动物细胞：加蒸馏水并搅拌 植物细胞：加洗涤剂和食盐搅拌、研磨 加蒸馏水和甲苯 充分搅拌 去除 杂质 用不同浓度的NaCl溶液处理 用酒精溶液处理 用蛋白酶处理 透析处理 纯化处理 鉴定加入二苯胺，沸水浴 SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳测 定蛋白质的相对分子质量 例例5 下列关于DNA和血红蛋白的提取与分离(鉴定)实验的分析，正确的是 A.DNA在NaCl溶液中的溶解度随NaCl溶液浓度的降低而减小 B.分离蛋白质装填凝胶色谱柱时，下端的尼龙管先打开后关闭 C.在蛋白质提取和分离过程中进行透析可去除溶液中的DNA D.利用一定范围内的高温使蛋白质变性而对DNA没有影响的特性可将 DNA与蛋白质分离 答案解析 解析 解析 A错误，DNA在0.14 mol/L的NaCl溶液中溶解度最小，超过或低于 0.14 mol/L时，溶解度都增大； B错误，分离蛋白质装填凝胶色谱柱时，下端的尼龙管应始终打开； C错误，透析可用于去除小分子物质，不能去除大分子的DNA； D正确，一定范围内的高温能使蛋白质变性，对DNA没有影响，利用此 原理能将DNA与蛋白质分离。 热点考题集训 1.下列关于“DNA的粗提取与鉴定”实验操作的说法中，正确的是 A.该实验中有两次加入蒸馏水，均是为了析出DNA B.该实验中多次要求用玻璃棒单向搅拌，目的是搅拌均匀 C.该实验中有3次过滤，过滤时使用尼龙布层数与DNA的存在状态有关 D.实验中3次加入NaCl溶液，第二次的目的是析出DNA 23415789610 答案 2.下列关于“DNA的粗提取与鉴定实验”的叙述，正确的是 A.洗涤剂能瓦解细胞膜并增加DNA在NaCl溶液中的溶解度 B.将DNA丝状物放入二苯胺试剂中沸水浴后冷却变蓝 C.调节NaCl溶液浓度或加入木瓜蛋白酶，都可以去除部分杂质 D.加入冷却的酒精后用玻璃棒快速搅拌滤液会导致DNA获得量增多 23415789610 答案解析 23415789610 解析 解析 洗涤剂能瓦解细胞膜，但是并不能增加DNA在NaCl溶液中的溶解度， A项不正确。 鉴定DNA时，须先将DNA丝状物溶于2 mol/L的NaCl溶液中，再加入二 苯胺试剂并沸水浴加热，冷却后变蓝，B项不正确。 DNA和蛋白质在NaCl溶液中的溶解度不同，且对酶的耐受性也不同，因而 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项正确。 加入冷却的酒精后应用玻璃棒缓慢地并沿一个方向搅拌滤液，否则会导 致DNA丝状物断裂进而使获得量减少，D项不正确。 23415789610 3.有关PCR技术的说法，不正确的是 A.PCR是一项在生物体外复制特定的DNA片段的核酸合成技术 B.PCR技术的原理是DNA双链复制 C.利用PCR技术获取目的基因的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸 序列 D.PCR扩增中必须有解旋酶才能解开双链DNA 答案 4.下图a、b、c均为PCR扩增的DNA片段，下列有关说法正确的是 A.片段a、b、c的长度均相同 B.片段a、b只是第一次循环的产物 C.片段c最早出现在第二次循环的产物中 D.经过30次循环后，片段c的数量为230 答案解析 23415789610 23415789610 解析 解析 图中片段a、b只有一种引物， 是由原始DNA链为模板复制而来， 其长度比片段c长，A项不正确。 由于原始模板在每次循环中均可作为模板，则每次循环都能产生图中片 段a、b，B项不正确。 由于第一次循环的产物只有一种引物，而图中片段c有两种引物，则最早 出现在第二次循环，C项正确。 经过30次循环后，得到的DNA片段总数为230，这包括图中的片段a、b， 故D项不正确。 5.下列关于DNA聚合酶催化合成DNA子链的说法中，正确的是 A.以DNA为模板，使DNA子链从5端延伸到3端的一种酶 B.Taq DNA聚合酶必须在每次高温变性处理后再添加 C.DNA聚合酶能特异性地复制整个DNA的全部序列 D.Taq DNA聚合酶是从深海中的某种菌体内发现的 答案 23415789610 解析 23415789610 解析 解析 DNA聚合酶不能从头开始催化合成DNA，引物的5端与母链发 生碱基互补配对，然后从引物的3端延伸子链，所以，整条子链的合成 是从5端延伸到3端； Taq DNA聚合酶能耐高温，所以在反应体系中可反复利用，无需另外再 添加； PCR扩增的是引物之间的固定长度的DNA序列； Taq DNA聚合酶是1966年从美国黄石公园的一个热泉内的某种菌体内发 现的。 6.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的杂蛋白 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 答案解析 23415789610 23415789610 解析 解析 红细胞的洗涤应用生理盐水，其目的是去除血浆蛋白等杂质，有利 于后续步骤的分离纯化，而不是洗去细胞表面的杂蛋白，A项不正确。 将血红蛋白溶液进行透析，其目的是去除相对分子质量较小的杂质，B项 不正确。 血红蛋白释放时加入有机溶剂，其目的是溶解细胞膜，有利于血红蛋白 的释放，而不是溶解血红蛋白，C项不正确。 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，D项正确。 7.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DNA D.蛋白质和DNA都可以用电泳的方法进行分离纯化 答案 解析 解析 提取DNA需用蒸馏水涨破细胞，提取蛋白质可以直接用豆浆或研 磨的大豆；透析法不能除去DNA；DNA在不同浓度的NaCl溶液中的溶解度 不同，在0.14 moL/L的NaCl溶液中的溶解度最小，DNA可以析出，通过过 滤可以除去蛋白质；用电泳的方法可将蛋白质、DNA进行分离纯化。 解析 23415789610 8.蛋白质的分离与提纯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，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 答案 23415789610 解析 23415789610 解析 解析 蛋白质分子不能透过半透膜，据此可利用半透膜除去样品中相对 分子质量小的杂质，而不是分离样品中的蛋白质；根据蛋白质的带电荷 性质，可通过电泳分离蛋白质；根据蛋白质的相对分子质量的大小，可 通过凝胶色谱法分离蛋白质；根据蛋白质的分子大小、密度不同，可用 离心沉降法分离蛋白质。 9.“DNA的粗提取与鉴定”实验中，A、B、C、D、E五个小组除下表中 所列处理方法不同外，其他操作步骤均相同且正确，但实验结果却不同。 23415789610 组别实验材料 提取核物质时加入 的溶液 去除杂质时加入 的溶液 DNA鉴定时加 入的试剂 A鸡血蒸馏水 体积分数为95% 的酒精(25 ) 二苯胺 B菜花蒸馏水 体积分数为95% 的酒精(冷却) 双缩脲 23415789610 C人血浆蒸馏水体积分数为95%的酒精(冷却)二苯胺 D人血细胞 2 mol/L的 氯化钠 0.14 mol/L的氯化钠双缩脲 E鸡血蒸馏水体积分数为95%的酒精溶液(冷却)二苯胺 (1)实验材料选择错误的组别是 ，其原因是_ _ 。 C、D 解析 解析 人的血浆中没有细胞结构，人成熟的红细胞没有细胞核，在这些 材料中不能得到DNA或得到的DNA很少。 23415789610 答案解析 人的血浆中没有细胞 结构，人成熟的红细胞中没有细胞核，选用这些材料得不到DNA或得到 的DNA很少 (2)沸水浴中试管颜色变蓝的组别是 ；蓝色较淡的是 ，其原因是 _。 A、E 解析 解析 冷却的酒精溶液对DNA有较好的凝集效果，而A组中为25 的酒 精溶液。 23415789610 答案解析 A 冷却的酒精溶液对DNA的凝集效果较佳，该组使用的是25 的酒精溶液 (3)B组实验不成功的最主要原因是_ 。 解析 解析 菜花细胞外有细胞壁起保护作用，在蒸馏水中不会破裂，所以不 能得到DNA。 菜花细胞在蒸馏水中不能被破坏， 得不到DNA(应采用研磨的方法) 10.H7N9型禽流感是全球首次发现的新亚型RNA流感病毒引起的，目前 最为快速有效的检测手段是RTPCR核酸检测。RTPCR的过程包括反 转录作用从RNA合成cDNA，再以cDNA为模板进行扩增，过程如下图所 示。据此分析下列问题： 23415789610 (1)传统PCR技术的原理是 ，过程中低温退火的含义是_ 。 (2)在RTPCR中每一步都有酶的参与，上图中过程1中的关键酶是_ ；PCR中的关键酶是 ，该酶的作用特 点是 、 。 DNA复制引物与模 板链互补配对 反转 录酶Taq DNA聚合酶(DNA聚合酶) 耐高温不能从头合成DNA，只能从3端延伸DNA链 23415789610 答案 (3)在对病毒核酸进行检测时，主要通过RTPCR扩增其关键的基因序列， 这时引物的设计就非常关键，根据下图分析，请你选择合适的引物： 。 答案 引物和引物 23415789610