DNA和蛋白质技术学习教案

会计学1DNA和蛋白质技术和蛋白质技术高频考点突破高频考点突破专专题题5DNA和和蛋蛋白白质质技技术术基础自主梳理基础自主梳理命题视角剖析命题视角剖析即时达标训练即时达标训练第1页/共30页基础自主梳理基础自主梳理一、血红蛋白的提取和分离一、血红蛋白的提取和分离1凝胶色谱法：也称凝胶色谱法：也称_，是根据相对，是根据相对分子质量的大小分离蛋白质的有效方法。分子质量的大小分离蛋白质的有效方法。2电泳电泳(1)概念：电泳是指概念：电泳是指_在电场的作用下发在电场的作用下发生迁移的过程。生迁移的过程。(2)特点：电泳利用待分离样品中各种分子特点：电泳利用待分离样品中各种分子_的差异以及分子本身的大小、的差异以及分子本身的大小、_的不同的不同，使带电分子产生不同的迁移速度，从而实现样，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。品中各种分子的分离。分配色谱法分配色谱法带电粒子带电粒子带电性质带电性质形状形状第2页/共30页3实验操作实验操作(1)样品处理：通过红细胞的洗涤、搅拌、离样品处理：通过红细胞的洗涤、搅拌、离心等操作收集到血红蛋白溶液。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粗分离：通过透析去除血红蛋白溶液中的_较小的杂质。较小的杂质。(3)纯化：通过纯化：通过_分离相对分子质分离相对分子质量不同的蛋白质。量不同的蛋白质。(4)纯度鉴定：用纯度鉴定：用SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳进行聚丙烯酰胺凝胶电泳进行样品纯度鉴定。样品纯度鉴定。相对分子质量相对分子质量凝胶色谱法凝胶色谱法第3页/共30页二、二、PCR技术扩增技术扩增DNA片段片段1PCR技术技术(1)PCR：_的简称，是一种体外的简称，是一种体外迅速扩增迅速扩增_的技术。的技术。(2)扩增方向：总是从子链的扩增方向：总是从子链的5端向端向_端延伸。端延伸。(3)引物特点：是一小段引物特点：是一小段_或或DNA，能与，能与DNA母母链的一段碱基序列互补配对，用于链的一段碱基序列互补配对，用于PCR的引物长的引物长度通常为度通常为_个核苷酸。个核苷酸。(4)原理：原理：DNA复制原理。复制原理。(5)条件：条件：DNA模板、分别与两条模板链相结合的模板、分别与两条模板链相结合的两种两种_，四种脱氧核苷酸、耐热的，四种脱氧核苷酸、耐热的_，同时控制温度。，同时控制温度。多聚酶链式反应多聚酶链式反应DNA片段片段3RNA2030引物引物DNA聚合酶聚合酶第4页/共30页2过程过程(1)变性：当温度上升到变性：当温度上升到_以上时，双链以上时，双链DNA解解旋为单链。旋为单链。(2)复性：温度下降为复性：温度下降为50 左右时，两种左右时，两种_通过碱通过碱基互补配对与基互补配对与_结合。结合。(3)延伸：当温度上升到延伸：当温度上升到72 左右时，四种脱氧核苷酸左右时，四种脱氧核苷酸在在_的作用下，根据的作用下，根据_原则合成原则合成新的新的DNA链。链。3结果：结果：DNA聚合酶只能特异性地复制处于聚合酶只能特异性地复制处于_序列，使这段固定长度的序列呈序列，使这段固定长度的序列呈_扩增。扩增。90 引物引物两条单链两条单链DNADNA聚合酶聚合酶碱基互补配对碱基互补配对两个引物之间的两个引物之间的DNA指数指数第5页/共30页高频考点突破高频考点突破DNA的粗提取与鉴定的粗提取与鉴定1基本原理基本原理(1)血细胞在蒸馏水中易吸水而导致细胞膜血细胞在蒸馏水中易吸水而导致细胞膜和核膜的破裂，据此可得含核和核膜的破裂，据此可得含核DNA的溶液。的溶液。(2)DNA在不同浓度的在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同溶液中溶解度不同，在，在0.14 mol/L的的NaCl溶液中溶解度最低。溶液中溶解度最低。(3)DNA不溶于酒精溶液；不被蛋白酶所水解不溶于酒精溶液；不被蛋白酶所水解；可被二苯胺染成蓝色。；可被二苯胺染成蓝色。第6页/共30页金手指驾校网 金手指驾驶员考试2016第7页/共30页2方法目的方法目的方法目的溶于NaCl溶液中并稀释(1)NaCl溶液物质的量浓度为2 mol/L时，DNA溶解，而部分蛋白质发生盐析而生成沉淀，通过过滤可除去部分蛋白质及不溶于NaCl溶液的杂质(2)当NaCl溶液稀释至0.14 mol/L时，DNA析出，过滤可除去溶于NaCl溶液的部分蛋白质和其他杂质加入嫩肉粉嫩肉粉中含木瓜蛋白酶，水解蛋白质加入冷却酒精(95%)DNA析出，除去溶于酒精的蛋白质加入二苯胺，并沸水浴鉴定DNA第8页/共30页(1)实验过程中两次用到蒸馏水，第一次目的是使实验过程中两次用到蒸馏水，第一次目的是使成熟的鸡血细胞涨破释放出成熟的鸡血细胞涨破释放出DNA，第二次目的是，第二次目的是稀释稀释NaCl溶液，使溶液，使DNA从溶液中析出。从溶液中析出。(2)预冷的酒精溶液具有以下优点预冷的酒精溶液具有以下优点抑制核酸水解酶活性，防止抑制核酸水解酶活性，防止DNA降解。降解。降低分子运动易于形成沉淀析出。降低分子运动易于形成沉淀析出。低温有利于增加低温有利于增加DNA分子柔韧性，减少断裂。分子柔韧性，减少断裂。【易误警示】【易误警示】本实验用鸡血细胞作实验材料，不能本实验用鸡血细胞作实验材料，不能用哺乳动物的成熟红细胞，原因是哺乳动物的成熟红细用哺乳动物的成熟红细胞，原因是哺乳动物的成熟红细胞内无细胞核，但它可以作为血红蛋白提取和制备细胞胞内无细胞核，但它可以作为血红蛋白提取和制备细胞膜的理想材料。膜的理想材料。第9页/共30页即时应用即时应用(随学随练，轻松夺冠随学随练，轻松夺冠)1在在“DNA的粗提取与鉴定的粗提取与鉴定”实验中，将提取获得实验中，将提取获得的的DNA的黏稠物的黏稠物(还含有许多杂质还含有许多杂质)分别处理如下：分别处理如下：第一，放入第一，放入0.14 mol/L的的NaCl溶液中，搅拌后过滤溶液中，搅拌后过滤，得滤液，得滤液A和黏稠物和黏稠物a。第二，放入第二，放入2 mol/L的的NaCl溶液中，搅拌后过滤，溶液中，搅拌后过滤，得滤液得滤液B和黏稠物和黏稠物b。第三，放入冷却的第三，放入冷却的95%的酒精溶液中，搅拌后过的酒精溶液中，搅拌后过滤，得滤液滤，得滤液C和黏稠物和黏稠物c。以上过程获得的滤液和黏稠物中，因含以上过程获得的滤液和黏稠物中，因含DNA少少而可以丢弃的是而可以丢弃的是_。第10页/共30页解析：解析：在不同浓度的在不同浓度的NaCl溶液中，溶液中，DNA的溶解度的溶解度不同。在不同。在0.14 mol/L的的NaCl溶液中溶液中DNA溶解度溶解度最小，最小，DNA析出，呈丝状物，过滤后存在于黏稠析出，呈丝状物，过滤后存在于黏稠物物a中；在中；在2 mol/L的的NaCl溶液中溶液中DNA溶解度最溶解度最大，所以大，所以DNA溶解，过滤后存在于滤液溶解，过滤后存在于滤液B中中；酒精可使；酒精可使DNA分子凝集，因此，在冷却的分子凝集，因此，在冷却的95%的酒精溶液中的酒精溶液中DNA凝集，呈丝状物，过凝集，呈丝状物，过滤后存在于黏稠物滤后存在于黏稠物c中。中。答案：答案：A、b、C第11页/共30页比较细胞内比较细胞内DNA复制与体外复制与体外DNA扩增扩增(PCR)第12页/共30页【拓展深化】【拓展深化】引物是指能够与引物是指能够与DNA母链母链的一段碱基序列互补配对的一小段的一段碱基序列互补配对的一小段DNA或或RNA。DNA聚合酶只能特异地复制处于两个引物之间的聚合酶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。序列，使这段固定长度的序列呈指数扩增。第13页/共30页即时应用即时应用(随学随练，轻松夺冠随学随练，轻松夺冠)2PCR利用了利用了DNA热变性的原理，热变性的原理，PCR仪实际仪实际上也是一种能自动调控温度的仪器。对上也是一种能自动调控温度的仪器。对PCR过过程中程中“温度的控制温度的控制”的下列说法错误的是的下列说法错误的是()A酶促反应需要高的温度，是为了确保模板的单链酶促反应需要高的温度，是为了确保模板的单链B延伸的温度必须大于复性温度，而小于变性温度延伸的温度必须大于复性温度，而小于变性温度CDNA聚合酶不能热变性，要用耐高温的聚合酶聚合酶不能热变性，要用耐高温的聚合酶DDNA解旋酶不能热变性，为了确保模板是单链解旋酶不能热变性，为了确保模板是单链第14页/共30页解析：解析：选选D。PCR是一种体外是一种体外DNA扩增技术。扩增技术。DNA双链的解开不需要解旋酶，靠高温使其双链的解开不需要解旋酶，靠高温使其变性，双螺旋结构解体，双链分开；复性前变性，双螺旋结构解体，双链分开；复性前，在耐高温的，在耐高温的DNA聚合酶的作用下根据碱基互补聚合酶的作用下根据碱基互补配对原则合成新的配对原则合成新的DNA，因此延伸的温度要大，因此延伸的温度要大于复性温度，小于变性温度。于复性温度，小于变性温度。第15页/共30页血红蛋白的提取和分离血红蛋白的提取和分离1方法及原理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、形状的不同来分离蛋白质。第16页/共30页2.实验操作程序实验操作程序(1)样品处理样品处理红细胞的洗涤：除去杂蛋白，以利于后续步骤红细胞的洗涤：除去杂蛋白，以利于后续步骤的分离纯化；的分离纯化；血红蛋白的释放：使红细胞破裂，血红蛋血红蛋白的释放：使红细胞破裂，血红蛋白释放出来；白释放出来；分离血红蛋白溶液：经过离心使血红蛋白和其分离血红蛋白溶液：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他杂质分离开来，便于下一步对血红蛋白的纯化。第17页/共30页(2)粗分离粗分离透析：除去样品中相对分子质量较小透析：除去样品中相对分子质量较小的杂质。的杂质。(3)纯化：一般采用凝胶色谱法对血红蛋白进行分离和纯化：一般采用凝胶色谱法对血红蛋白进行分离和纯化。纯化。(4)纯度鉴定：一般用纯度鉴定：一般用SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳法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来测定蛋白质的分子量，即对血红蛋白进行纯度鉴定。【易误警示】【易误警示】相对分子质量不同的蛋白质通过凝相对分子质量不同的蛋白质通过凝胶时，相对分子质量较小的蛋白质容易进入凝胶内部胶时，相对分子质量较小的蛋白质容易进入凝胶内部的通道，而相对分子质量较大的蛋白质只能在凝胶外的通道，而相对分子质量较大的蛋白质只能在凝胶外部移动，因此蛋白质分子彼此分离。部移动，因此蛋白质分子彼此分离。第18页/共30页即时应用即时应用(随学随练，轻松夺冠随学随练，轻松夺冠)3在血红蛋白的整个提取过程中，不断用磷酸缓冲在血红蛋白的整个提取过程中，不断用磷酸缓冲液处理的目的是液处理的目的是(多选多选)()A防止血红蛋白被氧气氧化防止血红蛋白被氧气氧化B血红蛋白是一种碱性物质，需要酸中和血红蛋白是一种碱性物质，需要酸中和C防止色谱柱内产生气泡，影响洗脱效果防止色谱柱内产生气泡，影响洗脱效果D让血红蛋白处在稳定的让血红蛋白处在稳定的pH范围内，维持其结构范围内，维持其结构和功能和功能解析：解析：选选CD。在血红蛋白的提取过程中，不断用磷酸。在血红蛋白的提取过程中，不断用磷酸缓冲液处理的目的是防止色谱柱内产生气泡，影响洗脱缓冲液处理的目的是防止色谱柱内产生气泡，影响洗脱效果，同时为了让血红蛋白保持在体内所处的环境，以效果，同时为了让血红蛋白保持在体内所处的环境，以维持其结构和功能。维持其结构和功能。第19页/共30页命题视角剖析命题视角剖析紧扣教材重点紧扣教材重点PCR原理及过程原理及过程 PCR是一种体外迅速扩增是一种体外迅速扩增DNA片段片段的方法，用于放大特定的的方法，用于放大特定的DNA片段，数小时内片段，数小时内可使目的基因片段扩增到数百万个拷贝的分子可使目的基因片段扩增到数百万个拷贝的分子生物学技术。生物学技术。PCR需要模板需要模板DNA、引物、脱氧、引物、脱氧核糖核苷酸和核糖核苷酸和DNA聚合酶等条件。下图为模板聚合酶等条件。下图为模板DNA分子及分子及2种引物，请回答相关问题：种引物，请回答相关问题：第20页/共30页(1)PCR的全称是的全称是_。PCR与体内与体内DNA复制的复制的不同之处主要表现在温度环境的不同，在不同之处主要表现在温度环境的不同，在PCR中先用中先用95 高温处理的目的是高温处理的目的是_；而这一过程中在细胞内是通过而这一过程中在细胞内是通过_实现的。实现的。(2)在在PCR技术中所需要的引物实质上是一种技术中所需要的引物实质上是一种_。请在图中绘出引物结合。请在图中绘出引物结合的位置。的位置。(3)若将若将1个个DNA分子拷贝分子拷贝10次，则需要在缓冲液中至次，则需要在缓冲液中至少加入少加入_个引物。个引物。(4)DNA子链复制的方向是子链复制的方向是_，这是，这是由于由于_。第21页/共30页【尝试解答】【尝试解答】(1)多聚酶链式反应使多聚酶链式反应使DNA变性变性(使使DNA的两条链解开的两条链解开)解旋酶的催化解旋酶的催化(2)单链单链DNA或或RNA分子，见右图分子，见右图(3)(2112)(4)5到到3DNA聚合酶只能从引物的聚合酶只能从引物的3端拼接单个脱氧核苷酸分子端拼接单个脱氧核苷酸分子第22页/共30页【解析】【解析】本题考查考生对本题考查考生对PCR技术的理解，属于技术的理解，属于知识识记和理解层次的考查，符合高考对选修内知识识记和理解层次的考查，符合高考对选修内容考查的特点。容考查的特点。PCR技术又称多聚酶链式反应，在技术又称多聚酶链式反应，在PCR中先用中先用95高温处理的目的是使高温处理的目的是使DNA分子中的分子中的氢键断裂，两条链解开，即使氢键断裂，两条链解开，即使DNA分子变性。引物是分子变性。引物是一种单链一种单链DNA或或RNA分子，它能与解开的分子，它能与解开的DNA母链母链的的3端结合，为端结合，为DNA聚合酶提供吸附位点，使聚合酶提供吸附位点，使DNA聚合聚合酶从引物的酶从引物的3端开始连接脱氧核苷酸，从而决定了端开始连接脱氧核苷酸，从而决定了DNA子链复制的方向是子链复制的方向是5到到3。在。在DNA分子扩增时，需分子扩增时，需要要2种引物，由于新合成的子链都需要引物作为复制的起种引物，由于新合成的子链都需要引物作为复制的起点，故所需的引物数目等于新合成的点，故所需的引物数目等于新合成的DNA子链数目，即子链数目，即(22102)(2112)个。个。第23页/共30页洞察高考热点洞察高考热点DNA的粗提取的粗提取 (2010年高考江苏卷年高考江苏卷)某生物兴趣小组开展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：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、辣椒和蒜黄各材料处理：称取新鲜的花菜、辣椒和蒜黄各2份，每份份，每份10 g。剪碎后分成两组，一组置于剪碎后分成两组，一组置于20 、另一组置于、另一组置于20 条件下保存条件下保存24 h。DNA粗提取：粗提取：第一步：将上述材料分别放入研钵中，各加入第一步：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，取滤液备用研磨液，充分研磨。用两层纱布过滤，取滤液备用。第24页/共30页第二步：先向第二步：先向6只小烧杯中分别注入只小烧杯中分别注入10 mL滤液，再滤液，再加入加入20 mL体积分数为体积分数为95%的冷酒精溶液，然后的冷酒精溶液，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。在玻璃棒上。第三步：取第三步：取6支试管，分别加入等量的支试管，分别加入等量的2 mol/L NaCl溶液溶解上述絮状物。溶液溶解上述絮状物。DNA检测：在上述试管中各加入检测：在上述试管中各加入4 mL二苯胺试二苯胺试剂，混合均匀后，置于沸水中加热剂，混合均匀后，置于沸水中加热5 min，待试，待试管冷却后比较溶液的颜色深浅，结果如下表。管冷却后比较溶液的颜色深浅，结果如下表。第25页/共30页材料保存温度花菜辣椒蒜黄20 20 (注：注：“”越多表示蓝色越深越多表示蓝色越深)分析上述实验过程，回答下列问题：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该探究性实验课题名称是_。(2)第二步中第二步中“缓缓地缓缓地”搅拌，这是为了减少搅拌，这是为了减少_。第26页/共30页【尝试解答】【尝试解答】(1)探究不同材料和不同保存温度对探究不同材料和不同保存温度对DNA提取量的影响提取量的影响 (2)DNA断裂断裂 (3)等质量的不同实验材料，在相同的保存温度等质量的不同实验材料，在相同的保存温度下，从蒜黄提取的下，从蒜黄提取的DNA量最多低温抑制了相关量最多低温抑制了相关酶的活性，酶的活性，DNA降解速度慢降解速度慢 (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，静置一段时间，吸取上清液第27页/共30页突破易错疑点突破易错疑点对对DNA粗提取与血红蛋白提取易于混淆粗提取与血红蛋白提取易于混淆提取物质DNA血红蛋白提取方法盐析法凝胶色谱法、电泳法提取原理DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同DNA不溶于酒精，但某些蛋白质则溶于酒精根据相对分子质量的大小各种分子带电性质差异步骤溶解在2 mol/L的NaCl溶液中加水稀释至0.14 mol/L NaCl溶液使DNA析出过滤加入冷却酒精析出样品处理粗提取纯化纯度鉴定第28页/共30页【解析】【解析】将动物细胞放在蒸馏水中，由于渗透吸水，将动物细胞放在蒸馏水中，由于渗透吸水，可使细胞膜破裂，从而释放出细胞中的蛋白质和可使细胞膜破裂，从而释放出细胞中的蛋白质和DNA，因此，因此A选项正确。选项正确。DNA在在2 mol/L的的NaCl溶液中的溶液中的溶解度最大，而蛋白质在该浓度的溶解度最大，而蛋白质在该浓度的NaCl溶液中部溶液中部分发生盐析沉淀；分发生盐析沉淀；DNA在在0.14 mol/L的的NaCl溶液中的溶液中的溶解度最小，而蛋白质在该浓度的溶解度最小，而蛋白质在该浓度的NaCl溶液中溶溶液中溶解，所以解，所以B选项正确。蛋白质纯化过程中利用小分选项正确。蛋白质纯化过程中利用小分子杂质能通过透析袋，而大分子蛋白质不能通过透子杂质能通过透析袋，而大分子蛋白质不能通过透析袋的特点，从而对蛋白质进行粗纯化，所以析袋的特点，从而对蛋白质进行粗纯化，所以C选选项正确。血红蛋白除可用凝胶色谱法进行纯化外，也项正确。血红蛋白除可用凝胶色谱法进行纯化外，也可用电泳法进行纯化，所以可用电泳法进行纯化，所以D选项错误。选项错误。第29页/共30页