【赢在起点】2013届高考生物一轮复习 第十一单元 DNA和蛋白质技术学案

1、第十一单元 生物技术实践学案61 DNA和蛋白质技术考纲要求1.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1.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： 。2电泳(1)概念： 。(2)特点： 。3实验操作(1)样品处理： 。(2)粗分离： 。(3)纯化： 。(4)纯度鉴定： 。二、PCR技术扩增DNA片段1PCR技术(1)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2030个脱氧核苷酸。(4)原理

2、： 。(5)条件： 。2过程(1)变性： 。(2)复性： 。(3)延伸： 。3 结果： 。 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不同点解旋 酶 引物 能量 温度子链合成相同点 2.PCR反应的过程及结果(1)PCR反应过程：变性： 复性：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 图示：注意：透析时间为12 h。透析袋是用硝酸纤维素

3、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血液样品的处理分层明显 凝胶色谱柱的装填 血红蛋白的分离特别提醒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。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

4、：95 条件下使模板DNA变性、解链55 条件下复性(引物与DNA模板链结合)72 条件下引物链延伸(形成新的脱氧核苷酸链)。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种核糖核苷酸DPCR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_

5、，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_。(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ATPDNA体内复制四种脱氧核苷酸需要PCR反应脱氧胞苷三磷酸、脱氧腺苷三磷酸脱氧胸苷三磷酸、脱氧鸟苷三磷酸不需要(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苷酸链占总链数的比值为_。3.如图表示血红蛋白提取和分离的部分实验装置，请回答

6、下列问题。(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_。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5 mL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馏水中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

7、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所示加入蒸馏水的目的是_。（3）通过图B所示步骤取得滤液后，再向滤液中加入2 mol/L NaCl溶液的目的是_。（4）图C所示加入蒸馏水的目的是_。（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()PCR是一种酶促反应 引物决定了扩增的特异性 扩增DNA利用了热变性的原

8、理 扩增的对象是氨基酸序列A B C D2.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( )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“945572”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是洗涤红细胞，去除血细胞表面的杂质B是溶解DNA

9、，去除不溶于酒精的杂质C溶解DNA，去除不溶于2 mol/L NaCl溶液的杂质D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5DNA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()A0.14 mol/L B2 mol/LC0.15 mol/L D0.3 mol/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_。

10、(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

11、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：(1)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SephadexG100，则G表示_。(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：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_。在_作用下，红

12、细胞会破裂释放出血红蛋白。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_。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()。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

13、定”的试验中，相关的叙述正确的是（ ）A.用蒸馏水将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2 mol/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。（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_。实验前需对超净工作台进行_

14、处理。（3）培养基中的尿素可为乳酸菌A生长提供_。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61 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

15、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1PCR技术(1)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2030个核苷酸。(4)原理：DNA复制原理。(5)条件：DN

16、A模板、分别与两条模板链相结合的两种引物，四种脱氧核苷酸、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。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不同点解旋解旋酶，边解旋边复制

17、80100 高温解旋，双链完全分开酶解旋酶，DNA聚合酶，DNA连接酶Taq DNA聚合酶引物RNADNA或RNA能量ATP不加温度体内温和条件高温子链合成一条链连续(先导链)，另一条链不连续，先合成片段，再由DNA连接酶连接(滞后链)两条子链均连续合成相同点提供DNA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2.PCR反应的过程及结果(1)PCR反应过程：变性：当温度上升到90 以上时，双链DNA解聚为单链， 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 延伸：当系统温度上升至72 左右，溶液中的四种脱氧核苷酸(A、T、G、C)在DNA聚合酶的作

18、用下，根据碱基互补配对原则合成新的DNA链 (2)结果：PCR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。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；血红蛋白的释放：使红细胞破裂，血红蛋白释放出来；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

19、可以除去样品中相对分子质量较小的杂质。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12 h。目的(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血液样品的处理分层明显样品处理完成凝胶色谱柱的装填放一支与凝胶柱垂直的日光灯直接检查加入大分子有色物质如蓝色葡聚糖2 000或红色葡聚糖，若色带均匀、狭窄、平整装填成功血红蛋白的分离血红蛋白的红色区带均匀、狭窄、平整，随洗脱液

20、缓慢流出分离成功对应训练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，并且由引物延伸而成的DNA单链会与引物结合，进行DNA的延伸。DNA变性(9095 )：双链DNA模板在热作用下，氢键断裂，形成单链DNA。复性(5565 )：系统温度降低，引物与DNA模板结合，形成局部双链。延伸(7075 )：在Taq酶(在72 左右活性最高)的作用下，以dNTP(三磷酸脱氧核糖核苷酸的缩写)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C2.解析(1)DNA具有双螺旋结构，复制时遵循碱基互补配对原则，所

21、以打开氢键，DNA聚合酶方可在引物的引导下从引物3端开始连接脱氧核苷酸。(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)TaqDNA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苷酸，可见PCR所用原料在水解成相应脱氧核苷酸时，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2n1条脱氧核苷酸链，由于母链不具有放射性，所以具有放射性的脱氧核苷酸链占总链数的比值为。答案(1)使DNA

22、聚合酶能够从引物的3端开始连接脱氧核苷酸解开双链(或打开氢键)(2)DNA的热变性(3)TaqDNA聚合酶耐高温(4)所用原料水解产生相应脱氧核苷酸时所释放的能量(5)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

23、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。

24、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：调整缓冲液面滴加透析样品样品渗入凝胶床洗脱收集。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馏水后，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/L NaCl溶液，DN

25、A溶解而杂质析出。如图C所示，加入蒸馏水后，溶液浓度会降低，当浓度降至0.14 mol/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端连接脱氧核苷酸。【答案】D2.【解析】高温所起的作用类似于解旋酶，使双链DN

26、A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。Taq DNA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】B3C4C PCR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0.14 mol/L的NaCl溶液中溶解度最低，有利于DNA的析出

27、；DNA主要存在于染色体上，为了把DNA与蛋白质等其他物质分开，采用DNA不溶于酒精的方法，从而达到去除杂质的目的；利用DNA遇二苯胺(沸水浴)成蓝色的特性，可以鉴定DNA。题组二血红蛋白的提取和分离6.【解析】凝胶色谱法是根据相对分子质量的大小分离蛋白质有效方法。所用的凝胶实际上是一些微小的多孔球体，这些小球体大多数是由多糖类化合物构成的，在小球体内部有许多贯穿的通道，当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的通道，路程较长，移动速度较慢；而相对分子质量较大的蛋白质无法进入凝胶内部的通道，只能在凝胶外部移动，路程较短，移动速度较快。相对分子质量不同的蛋白质分子因此得以分离。【答案】D7.【解析】蛋白质分子不能透过半透膜，而溶液中的小分子物质则可以透过半透膜，因此可以将蛋白质和溶液中的小分子物质分离。【答案】A8(1)aa相对分子质量大，无法进入凝胶内部的通道，只能在凝胶外部移动，路程较短，移动速度较快(2)凝胶的交联程度、膨胀程度及分离范围(3)纯化去除血浆蛋白蒸馏