高中生物-1.6蛋白质和DNA技术课件-中图版选修1-

第六章蛋白质和DNA技术(jìshù)第一页，共50页。血清蛋白的提取和分离1.方法及原理(1)方法：电泳法。(2)原理：①各种蛋白质分子带电性质的差异；②分子本身(běnshēn)大小、形状的不同。第二页，共50页。2.实验操作程序(1)点样：用微量加样器取新制血清，小心加到电泳样品槽的胶面上。(2)电泳：打开并调节稳压稳流电泳仪进行(jìnxíng)电泳。(3)染色：用质量分数为0.05%的考马斯亮蓝R250染色液对凝胶进行(jìnxíng)染色。(4)脱色：用体积分数为7%的醋酸溶液脱色。(5)制干胶板：保存液浸泡凝胶板后，放在两层透气玻璃纸中间自然干燥。第三页，共50页。【高考(ɡāokǎo)警示钟】1.电泳时，带电的颗粒向与其电性相反的电极方向移动。2.电泳时，蛋白质所带的电荷数越多，移动得越快；电荷数相同时，分子量越小，则移动越快。第四页，共50页。DNA片段的扩增1.细胞内DNA复制(fùzhì)与PCR技术的比较第五页，共50页。细胞内DNA复制PCR不同点解旋酶引物温度相同点在解旋酶作用下边(xiàbian)解旋边复制95℃高温(gāowēn)解旋，双链完全分开DNA解旋酶、DNA聚合酶耐高温的DNA聚合酶RNA人工合成(rénɡōnɡhéchénɡ)的DNA单链体内温和条件高温①需提供DNA复制的模板；②四种脱氧核糖核苷酸作原料；③子链延伸的方向都是从5′端到3′端第六页，共50页。2.PCR技术反应过程中控制不同温度的意义(yìyì)(1)95℃变性，双链DNA解旋为单链；(2)55℃复性，引物与两条单链DNA结合；(3)72℃延伸，耐高温的DNA聚合酶有最大活性，使DNA新链由5′端向3′端延伸。第七页，共50页。【高考警示钟】PCR技术的一个循环包括高温变性、低温复性和中温延伸三个步骤；每一循环中DNA聚合酶只能特异(tèyì)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增长。第八页，共50页。血清蛋白的提取(tíqǔ)和分离【典例训练1】我们(wǒmen)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____。第九页，共50页。【解题指南】1.考查实质：本题考查提取和分离血清蛋白的相关知识(zhīshi)。2.解题关键：(1)血清蛋白主要有丙种球蛋白、凝集素等。(2)血清蛋白提取和分离的操作程序：点样→电泳→染色→脱色→制干胶板。第十页，共50页。【解析】本题考查提取和分离血清(xuèqīng)蛋白的相关知识。(1)血清(xuèqīng)中含有丙种球蛋白、凝集素等多种蛋白质。(2)血清(xuèqīng)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(xuèqīng)蛋白为两性电解质，在一定pH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。第十一页，共50页。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(róngyè)(3)血清蛋白为两性电解质，在一定pH条件下带有电荷，可在电场中移动第十二页，共50页。【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(mùdì)是什么？透析的原理是什么？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。第十三页，共50页。PCR扩增DNA技术【典例训练2】(2011·江苏高考)请回答(huídá)基因工程方面的有关问题：(1)利用PCR技术扩增目的基因，其原理与细胞内DNA复制类似(如图所示)。第十四页，共50页。第十五页，共50页。图中引物为单链DNA片段，它是子链合成延伸的基础。①从理论上推测，第四轮循环产物中含有引物A的DNA片段所占的比例为____。②在第____轮循环产物中开始出现两条脱氧核苷酸链等长的DNA片段。(2)设计引物是PCR技术关键步骤之一。某同学设计的两组引物(只标注(biāozhù)了部分碱基序列)都不合理(如图)，请分别说明理由。第十六页，共50页。第十七页，共50页。①第1组：____；②第2组：____。(3)PCR反应体系中含有热稳定(wěndìng)DNA聚合酶，下面的表达式不能正确反映DNA聚合酶的功能，这是因为____。第十八页，共50页。(4)用限制酶EcoRV、MboⅠ单独或联合切割同一种质粒，得到的DNA片段(piànduàn)长度如下图(1kb即1000个碱基对)，请在质粒上画出EcoRV、MboⅠ的切割位点。第十九页，共50页。【解题指南(zhǐnán)】1.考查实质：本题以基因工程为载体考查PCR技术的原理、过程以及应用。2.解题关键：了解PCR技术的过程，理解引物设计的原则，分析不同限制酶的切割位点。第二十页，共50页。【解析】(1)①从理论上推测，第四轮循环产物中含有引物A的DNA片段所占的比例为15/16。②在第三轮循环产物中开始(kāishǐ)出现两条脱氧核苷酸链等长的DNA片段。(2)某同学设计的两组引物(只标注了部分碱基序列)都不合理，原因①引物Ⅰ和引物Ⅱ局部发生碱基互补配对而失效。②引物Ⅰ′自身折叠后会出现局部碱基互补配对而失效。(3)DNA聚合酶只能将单个脱氧核苷酸连续结合到双链DNA片段的引物链上。第二十一页，共50页。答案:(1)①15/16②三(2)①引物Ⅰ和引物Ⅱ局部发生碱基互补配对(pèiduì)而失效②引物Ⅰ′自身折叠后会出现局部碱基互补配对(pèiduì)而失效(3)DNA聚合酶只能将单个脱氧核苷酸连续结合到双链DNA片段的引物链上(4)见图第二十二页，共50页。【互动探究】(1)上题(1)中变性、复性、延伸需要的温度分别是多少(duōshǎo)？提示：95℃、55℃、72℃。分析：当温度上升到90℃以上时，双链DNA解聚为单链，称之为变性；当温度下降到50℃左右时，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合；当温度上升到72℃左右时，溶液中的四种脱氧核苷酸在TaqDNA聚合酶的作用下，根据碱基互补配对原则合成新的DNA链，称为延伸。第二十三页，共50页。(2)PCR一般要经过三十多次循环，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，由引物A延伸而成的DNA单链作为模板时将如何延伸？提示：与引物B结合进行DNA子链的延伸。分析：当引物A延伸而成的单链作模板时，此单链引物端为5′端，因此与它互补的子链应从(yīnɡcónɡ)另一端开始合成，即由引物B结合延伸的子链。第二十四页，共50页。1.(2012·西安模拟)近20年来，PCR技术(聚合酶链式反应)成为分子生物学实验室的一种常规实验手段，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)，在短时间内，将DNA扩增几百万倍甚至(shènzhì)几十亿倍，从而使实验室所需要的遗传物质不再受限于活的生物体。第二十五页，共50页。(1)加热使DNA双链间的___键完全打开，称为___；而在细胞中是在___酶的作用下进行的。(2)如果只需要大量克隆模板DNA中间的某个特定区段，应该加入___种特定的引物。(3)PCR技术的必需条件，除了(chúle)模板、原料、酶之外，至少还有三个条件，即液体环境、适宜的___和___，前者由___自动调控，后者则靠来___维持。(4)通过PCR技术使DNA分子大量复制，如果将一个用15N标记的DNA分子放入试管中，以14N标记的脱氧核苷酸为原料，连续复制四次之后，则15N标记的DNA分子占全部DNA分子总数的比例是___。第二十六页，共50页。【解析】(1)PCR技术利用热变性原理使DNA双链之间的氢键断裂，称为解旋，而在细胞内是在解旋酶的作用下使氢键断裂。(2)PCR分为三个基本反应步骤：高温变性(95℃)、低温复性(55℃)、中温延伸(72℃)，其特异性依赖于与靶序列互补的引物，引物是两段与待扩增DNA序列互补的片段(piànduàn)，两引物之间的距离决定扩增片段(piànduàn)的长度。第二十七页，共50页。(3)PCR技术与细胞内的DNA复制不完全相同，除了需要模板、原料、酶以外，至少还需要液体环境(稳定的缓冲溶液)，每一个步骤都需要适宜的温度和酸碱度等。(4)一个DNA分子连续复制四次之后，形成(xíngchéng)16个DNA分子，15N标记的DNA分子有2个，则15N标记的DNA分子占全部DNA分子总数的比例为1/8。第二十八页，共50页。答案(dáàn)：(1)氢解旋解旋(2)2(3)温度酸碱度PCR仪缓冲液(4)1/8第二十九页，共50页。2.(2012·惠山模拟)某生物兴趣小组在“蛋白质的提取和分离”实验(shíyàn)中，准备从猪的血液中初步提取血红蛋白，设计的“血红蛋白提取、分离流程图”如下：第三十页，共50页。请回答下列有关问题：(1)样品处理中红细胞的洗涤要用____反复冲洗、离心。向红细胞悬液中加入一定量的低浓度pH=7.0的缓冲液并充分搅拌，可以破碎红细胞，破碎细胞的原理是____。(2)血红蛋白粗分离阶段，透析的目的是____，若要尽快达到理想的透析效果，可以____(写出一种方法)。(3)电泳利用了待分离样品中各种分子(fēnzǐ)的____等的差异，而产生不同迁移速度，实现各种分子(fēnzǐ)的分离。(4)一同学通过血红蛋白醋酸纤维薄膜电泳，观察到正常人和镰刀型细胞贫血症患者的血红蛋白电泳结果如图所示。由图可知携带者有____种血红蛋白，从分子(fēnzǐ)遗传学的角度作出的解释是____。第三十一页，共50页。第三十二页，共50页。【解析】(1)洗涤红细胞所用的溶液是生理盐水，根据渗透作用原理，将红细胞置于低渗溶液中，红细胞会吸水涨破，释放出血红蛋白。(2)血红蛋白粗分离阶段，透析的目的是除去样品中的小分子杂质；可通过增加缓冲液的量或及时更换缓冲液等方法缩短透析时间，能尽快达到理想的透析效果。(3)由于各种分子带电性质以及分子大小、形状等的差异，在电泳过程中产生了不同的迁移速度，实现各种分子的分离。(4)根据图示可知，镰刀型细胞贫血症的携带者含有两种血红蛋白，原因(yuányīn)是携带者具有(控制血红蛋白的)一对等位基因，分别控制合成两种不同的蛋白质。第三十三页，共50页。答案：(1)生理盐水渗透原理(当外界溶液浓度低于动物细胞内液浓度时，细胞吸水涨破)(2)除去小分子杂质增加缓冲液的量或及时更换缓冲液(3)带电(dàidiàn)性质以及分子大小、形状(4)2携带者具有(控制血红蛋白的)一对等位基因，可以控制合成两种不同的蛋白质第三十四页，共50页。3.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(huídá)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。第三十五页，共50页。(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(zhèyàng)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。第三十六页，共50页。【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(xuǎnzé)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。第三十七页，共50页。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(jīyīn)克隆和DNA序列分析(要求3项以上)。第三十八页，共50页。4.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(fēnlí)和分析的实验技术，利用它可分离(fēnlí)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。第三十九页，共50页。第四十页，共50页。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(yīnsù)的影响？____(至少列出一种)。(2)PCR技术模拟了DNA合成的环境和条件，扩增过程所需要的基本条件是____，所遵循的原则是____。第四十一页，共50页。(3)图3是把含有21个氨基酸的多肽进行水解，得到的氨基酸混合物进行电泳的结果，故可推测该多肽是由____种氨基酸构成的。(4)图4是通过提取某小孩和其母亲及待测定四位男性的DNA，分别由酶处理后，生成(shēnɡchénɡ)含有若干DNA片段并已进行扩增得到的混合物，然后进行电泳所得到的一组DNA指纹图谱，请分析：最可能是该小孩真正生物学上的父亲的是____。第四十二页，共50页。【解析】(1)层析液是一种脂溶性很强的有机溶剂。叶绿体中的四种色素在层析液中的溶解度是不同的：溶解度最高的是胡萝卜素，它随层析液在滤纸上扩散得最快；叶黄素和叶绿素a的溶解度次之；叶绿素b的溶解度最低，扩散得最慢。这样，几分钟之后，四种色素就在扩散过程中分离开来。电泳过程中分子的迁移速率除与本身所带的静电荷的多少有关(yǒuguān)外，还与分子大小、电场大小等有关(yǒuguān)。第四十三页，共50页。(2)PCR技术模拟了DNA合成的环境和条件，实际就是DNA在体外的复制过程，需要亲代(qīndài)DNA作模板，在酶的作用下，利用脱氧核苷酸，合成子代DNA。在DNA复制的过程中，遵循碱基互补配对原则，即A与T配对，G与C配对。(3)此氨基酸混合物电泳的结果出现了六条带纹，说明该多肽是由6种氨基酸构成的。(4)由图可知该小孩的DNA片段和F2最接近。第四十四页，共50页。答案：(1)层析液分子大小(电场大小)(2)DNA模板(múbǎn)、原料、酶碱基互补配对原则(3)6(4)F2第四十五页，共50页。5.请回答下列问题：(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