2012版高中生物全程復(fù)習(xí)方略配套課件：選修1.6 蛋白質(zhì)和DNA技術(shù)（中圖版）

【例證1】我們通常選用豬、牛、羊等動物的血液進行實驗，來提取和分離血清蛋白。請回答下列有關(guān)問題：(1)實驗前取新鮮血液，靜置凝固后會析出淡黃色的液體——血清，其中含有的蛋白質(zhì)有_________、_________等。(2)血清蛋白提取和分離的活動程序為：________________________________________________________________，在染色和脫色步驟中，所用試劑分別為_______________、____________________。(3)能利用電泳技術(shù)分離血清蛋白的原理是_____________________________________________________________。【精講精析】本題考查提取和分離血清蛋白的相關(guān)知識。(1)血清中含有丙種球蛋白、凝集素等多種蛋白質(zhì)。(2)血清蛋白的提取和分離步驟為：點樣→電泳→染色→脫色→制干膠板，其中染色、脫色所用試劑分別為質(zhì)量分數(shù)為0.05%的考馬斯亮藍R250染色液、體積分數(shù)為7%的醋酸溶液。(3)血清蛋白為兩性電解質(zhì)，在一定條件下帶有電荷，可在電場中移動，故可用電泳技術(shù)進行分離。答案：(1)丙種球蛋白凝集素(2)點樣→電泳→染色→脫色→制干膠板質(zhì)量分數(shù)為0.05%的考馬斯亮藍R250染色液體積分數(shù)為7%的醋酸溶液(3)血清蛋白為兩性電解質(zhì)，在一定條件下帶有電荷，可在電場中移動【互動探究】收集的血紅蛋白溶液在透析袋中可以進行透析，這就是樣品的粗分離。透析的目的是什么？透析的原理是怎樣？提示：透析是為了去除相對分子質(zhì)量較小的雜質(zhì)。透析的原理是透析袋允許小分子自由進出，而大分子則保留在袋內(nèi)?！疽?guī)律方法】鹽析、透析、電泳比較【例證2】近十年來，PCR技術(shù)(聚合酶鏈式反應(yīng))成為分子生物學(xué)實驗室里的一種常規(guī)手段，其原理是利用DNA半保留復(fù)制，在試管中進行DNA的人工復(fù)制(如圖)，在很短的時間內(nèi)，將DNA擴增幾百萬倍甚至幾十億倍，使實驗室所需要的遺傳物質(zhì)不再受限于活的生物體。(1)加熱使DNA雙鏈打開，這一步是打開______鍵，稱為________，細胞中是在_______的作用下使此鍵斷裂的。(2)當溫度降低時，引物與模板________端結(jié)合，在DNA聚合酶的作用下，引物沿模板延伸，最終合成兩個DNA分子，此過程中原料是_________，遵循的原則是__________。(3)PCR技術(shù)的必要條件，除了模板、原料、ATP、酶以外，至少還需要三個條件，即：液體環(huán)境、適宜的________和________。(4)如圖為某一次循環(huán)的產(chǎn)物，請據(jù)圖回答問題。①PCR一般要經(jīng)歷三十多次循環(huán)，每次循環(huán)可分為______、________、________三個步驟。②DNA的羥基(—OH)末端稱為_________，圖中所示的羥基端為________(填字母)。③PCR技術(shù)與細胞內(nèi)DNA復(fù)制在解旋時原理不同：細胞內(nèi)復(fù)制利用________酶使雙鏈間氫鍵斷裂，而PCR技術(shù)利用____________原理使雙鏈間氫鍵斷裂。以引物為標記，可判斷出此產(chǎn)物最早為第_________次循環(huán)的產(chǎn)物?！揪v精析】本題考查體內(nèi)DNA復(fù)制與PCR技術(shù)的原理以及基本條件。(1)PCR技術(shù)利用熱變性原理使DNA雙鏈間的氫鍵斷裂，稱為解旋，而細胞中是在解旋酶的作用下使氫鍵斷裂。(2)PCR技術(shù)擴增DNA與細胞內(nèi)DNA復(fù)制所需原料一樣，為腺嘌呤脫氧核苷酸、鳥嘌呤脫氧核苷酸、胞嘧啶脫氧核苷酸、胸腺嘧啶脫氧核苷酸，遵循的原則是堿基互補配對原則。引物與模板的3′端結(jié)合后，DNA聚合酶才發(fā)揮作用。(3)PCR技術(shù)與體內(nèi)DNA復(fù)制不完全相同，除了需要模板、原料、ATP、酶以外，至少還需要液體環(huán)境(穩(wěn)定的緩沖液環(huán)境)、每一步驟需要適宜的溫度及酸堿度。(4)①PCR的每一輪循環(huán)包括高溫變性、低溫復(fù)性和中溫延伸三步，從第二輪循環(huán)開始，每次循環(huán)的產(chǎn)物也作為模板參與反應(yīng)。②DNA的兩條鏈是反向平行的，為了明確地表示DNA的方向，通常將DNA的羥基(—OH)末端稱為3′端，而磷酸基團的末端稱為5′端。DNA聚合酶不能從頭合成DNA，只能從3′端延伸DNA鏈。因此DNA復(fù)制需要引物，當引物與DNA母鏈通過堿基互補配對結(jié)合后，DNA聚合酶就能從引物的3′端開始延伸DNA鏈，DNA的合成方向總是從子鏈的5′端向3′端延伸。由另一條新合成的DNA可知，A端為3′端，B端為5′端，D端為3′端。③DNA分子在細胞內(nèi)復(fù)制或轉(zhuǎn)錄時，在解旋酶的作用下使氫鍵斷裂，而在體外，DNA分子是在80℃～100℃的溫度范圍內(nèi)變性，即雙螺旋解開，成為單鏈；當溫度慢慢降低后，兩條彼此分離的單鏈又會重新結(jié)合形成雙鏈。在PCR反應(yīng)中，以引物為標記，第一次循環(huán)時，以加入的DNA為模板，兩條DNA鏈可分別由引物Ⅰ和引物Ⅱ與其結(jié)合并在DNA聚合酶的作用下延伸，所以形成的每個子代DNA分子中只有一種引物；從第二次循環(huán)開始，上次產(chǎn)生的DNA分子又可作為模板參與反應(yīng)，所以會出現(xiàn)DNA分子兩端均含引物的情況，如圖所示：因此題干中所出現(xiàn)的情況是第一次循環(huán)的產(chǎn)物。答案：(1)氫解旋解旋酶(2)3′四種脫氧核苷酸堿基互補配對原則(3)溫度酸堿度(4)①高溫變性低溫復(fù)性中溫延伸②3′端A、D③解旋熱變性一【互動探究】(1)用于PCR的引物一般長度為20～30個核苷酸，其化學(xué)本質(zhì)是什么？提示：引物的作用是與模板鏈結(jié)合，提供3′末端，使DNA聚合酶能夠催化子鏈的延伸，在生物體內(nèi)DNA復(fù)制時，引物一般為一小段RNA，但在PCR反應(yīng)中，可以是一小段DNA或RNA。(2)PCR反應(yīng)中，如果以引物為標記，共有幾種DNA分子產(chǎn)生？提示：共有3種。一、選擇題1.蛋白質(zhì)的分離與純化技術(shù)是蛋白質(zhì)研究的重要技術(shù)。下列有關(guān)敘述不正確的是()A.根據(jù)蛋白質(zhì)分子不能透過半透膜的特性，可將樣品中各種不同的蛋白質(zhì)分離B.根據(jù)蛋白質(zhì)所帶電荷性質(zhì)的差異及分子大小等，可通過電泳分離蛋白質(zhì)C.在分離與純化蛋白質(zhì)之前，必須采用適當?shù)姆椒ㄊ沟鞍踪|(zhì)呈溶解狀態(tài)釋放出來D.根據(jù)蛋白質(zhì)的分子大小、密度不同，可通過離心法分離蛋白質(zhì)【解析】選A。蛋白質(zhì)分子本身太大不能透過半透膜，所以只能局限于半透膜一側(cè)，而不能將各種不同的蛋白質(zhì)分開。蛋白質(zhì)存在于生物體的組織細胞中，要研究某種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、功能，需將蛋白質(zhì)呈溶解狀態(tài)釋放出來。目前常用的純化蛋白質(zhì)的方法有透析法、離心沉降法和電泳法等。2.PCR(聚合酶鏈式反應(yīng))技術(shù)是一項在生物體外復(fù)制特定的DNA片段的核酸合成技術(shù)，如圖表示合成過程。下列說法錯誤的是()A.A過程高溫使DNA變性解旋，該過程不需要解旋酶的作用B.C過程要用到的酶在高溫下失活，因此在PCR擴增時需要再添加C.如果把模板DNA的兩條鏈用15N標記，游離的脫氧核苷酸不做標記，控制“95℃～55℃～72℃”溫度循環(huán)3次，則在形成的子代DNA中含有15N標記的DNA占25%D.PCR中由堿基錯配引起的變異屬于基因突變【解析】選B。高溫所起的作用類似于解旋酶，使雙鏈DNA變?yōu)閱捂湣過程為PCR技術(shù)的延伸階段，當系統(tǒng)溫度上升至72℃左右時，溶液中的四種脫氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下合成新的DNA鏈。TaqDNA聚合酶是耐熱的，高溫下不變性，所以一次性加入即可。PCR技術(shù)遵循半保留復(fù)制的特點。經(jīng)過三次循環(huán)，共產(chǎn)生23個DNA分子，其中有2個DNA分子含有15N標記?；蛑械膲A基對改變屬于基因突變。3.(2011·延安模擬)在PCR擴增前，需要將下列哪些物質(zhì)加入微量離心管中()①模板DNA②模板RNA③DNA解旋酶④耐高溫的DNA聚合酶⑤引物⑥PCR緩沖液⑦脫氧核苷酸貯備液⑧核苷酸貯備液A．①④⑤⑥⑦B．①③④⑤⑥⑧C．②③④⑤⑥⑦D．①④⑥⑦⑧【解析】選A。進行PCR擴增前，將PCR緩沖液、DNA模板、一對引物、四種脫氧核苷酸、DNA聚合酶、Mg2+等成分加到一種特制的微量離心管中。4.“X基因”是DNA分子上一個有遺傳效應(yīng)的片段，若要用PCR技術(shù)特異性地拷貝“X基因”，需要在PCR反應(yīng)中加入兩種引物，兩種引物及其與模板鏈的結(jié)合位置如圖1所示。經(jīng)過4輪循環(huán)后產(chǎn)物中有五種不同的DNA分子，如圖2所示，其中第⑤種DNA分子有幾個()A.2B.4C.6D.8【解析】選D。在PCR技術(shù)擴增時，由兩種引物決定所擴增的片段的特定序列，上一次循環(huán)的產(chǎn)物為下一次循環(huán)的模板。第一次循環(huán)形成①和②，第二次循環(huán)形成①、②、③、④4分子DNA，以此類推4次循環(huán)后共形成16分子DNA，其中①、②各1分子，③、④各3分子，⑤共8分子。5.(2011·德州模擬)如圖表示對某蛋白質(zhì)溶液進行SDS－聚丙烯酰胺凝膠電泳的結(jié)果(類似于紙層析法分離色素)，下列相關(guān)敘述不正確的是()A.蛋白質(zhì)上某些基團解離后可使蛋白質(zhì)帶電，電場中帶電的蛋白質(zhì)分子(或多肽)會向著與其所帶電荷相反的電極移動B.在SDS-聚丙烯酰胺凝膠中，蛋白質(zhì)的遷移速度完全取決于其所帶凈電荷多少C.在SDS-聚丙烯酰胺凝膠中，蛋白質(zhì)的遷移速度基本取決于其相對分子質(zhì)量大小D.電泳結(jié)果表明溶液中蛋白質(zhì)可能有兩種，但也可能只有一種【解析】選B。本題考查了電泳的原理與應(yīng)用。蛋白質(zhì)的氨基與羧基可發(fā)生解離，使其帶正電或負電，在電場中發(fā)生遷移。SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳所加的SDS可完全掩蓋蛋白質(zhì)本身所帶的電荷，其移動速度與本身所帶的電荷無關(guān)，只由其分子大小決定。此電泳會使蛋白質(zhì)水解成肽鏈，結(jié)果可能只有一種蛋白質(zhì)(有兩種肽鏈)，也可能是兩種蛋白質(zhì)。

二、非選擇題6.(1)商品化植酸酶主要來自微生物。在產(chǎn)酶菌株篩選過程中，常在基本培養(yǎng)基中添加不溶于水的植酸鈣制成固體平板，植酸鈣被植酸酶分解后可在平板上產(chǎn)生______，可根據(jù)其大小選擇目的菌株，所得菌株需要進一步測定植酸酶活性?；钚詼y定可以植酸鈉作為底物，活性可用一定條件下單位時間________________表示。(2)利用上述所得菌株制備植酸酶的流程如圖：Ⅰ中的主要成分為______；Ⅱ中包含植酸酶等多種蛋白質(zhì)。請寫出一種純化得到植酸酶的方法及其依據(jù)。(3)為建設(shè)基因工程菌，可用PCR等技術(shù)從上述菌株中克隆植酸酶基因。PCR反應(yīng)包含多次循環(huán)，每次循環(huán)包括三步：____________________。反應(yīng)過程中打開模板DNA雙鏈的方法是______________________。(4)除植酸酶外，微生物還應(yīng)用在_________的生產(chǎn)中。【解析】本題考查了酶的簡單制作方法、酶活力測定的一般方法、蛋白質(zhì)的提取和分離、PCR技術(shù)的基本操作和應(yīng)用。(1)通過微生物發(fā)酵生產(chǎn)需要的酶，需要在選擇培養(yǎng)基上進行選擇?；盍梢杂脝挝粫r間內(nèi)底物的消耗量或產(chǎn)物的生成量來表示。(2)植酸酶是蛋白質(zhì)，屬大分子有機物，可以利用電泳法提純分離。(3)體外擴增生產(chǎn)植酸酶的基因，需要利用PCR技術(shù)，經(jīng)過三步循環(huán)，可以得到大量的特異性基因。(4)酶的應(yīng)用主要體現(xiàn)在蛋白酶、脂肪酶、纖維素酶等的生產(chǎn)和應(yīng)用上。答案：(1)透明圈植酸鈉的消耗量(減少量)或磷酸鈉(肌醇)的生成量(產(chǎn)量)(2)小分子雜質(zhì)電泳法：根據(jù)蛋白質(zhì)之間分子大小、吸附性質(zhì)等差異進行純化(或電泳法：根據(jù)蛋白質(zhì)之間電荷、分子大小等差異進行純化)。(3)高溫變性、低溫復(fù)性和中溫延伸(長)加熱(或高溫處理)(4)蛋白酶、脂肪酶、纖維素酶7.聚合酶鏈式反應(yīng)(PCR)是一種體外迅速擴增DNA片段的技術(shù)。請回答下列有關(guān)PCR技術(shù)的基本原理及應(yīng)用的問題。(1)DNA的兩條鏈是反向平行的，通常將__________的末端稱為5′端，當引物與DNA母鏈通過堿基互補配對結(jié)合后，DNA聚合酶就能從引物的_______________開始延伸DNA鏈。(2)PCR利用DNA的熱變性原理解決了打開DNA雙鏈的問題，但又導(dǎo)致了DNA聚合酶失活的新問題。到20世紀80年代，科學(xué)家從一種Taq細菌中分離到____________，它的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用解決了以上問題。要將Taq細菌從其他普通的微生物中分離出來，所用的培養(yǎng)基叫______________。(3)PCR的每次循環(huán)可以分為________________________三步。假設(shè)在PCR反應(yīng)中，只有一個DNA片段作為模板，請計算在5次循環(huán)后，反應(yīng)物中大約有________個這樣的DNA片段。(4)請用簡圖表示出一個DNA片段PCR反應(yīng)中第二輪的產(chǎn)物。(5)簡述PCR技術(shù)的主要應(yīng)用。【解析】(1)DNA聚合酶只能把新的核苷酸加到已經(jīng)存在的核酸的3′-羥基上，與DNA母鏈結(jié)合的RNA引物就提供這個羥基。(2)因PCR利用了DNA的熱變性原理解決了打開DNA雙鏈的問題，所以用于催化DNA復(fù)制過程的DNA聚合酶要具有耐高溫的特性。用選擇培養(yǎng)基可將Taq細菌從其他普通的微生物中分離出來。(3)DNA復(fù)制兩條鏈均作為模板，進行半保留復(fù)制，所以復(fù)制5次后得到的子代DNA分子數(shù)為25=32個。(4)新合成的DNA鏈帶有引物，而最初的模板DNA的兩條鏈不帶有引物。(5)PCR技術(shù)可以對DNA分子進行擴增，所以可用于遺傳疾病的診斷、刑偵破案、古生物學(xué)研究、基因克隆和DNA序列分析等方面。答案：(1)磷酸基團3′端(2)耐高溫的TaqDNA聚合酶選擇培養(yǎng)基(3)高溫變性、低溫復(fù)性和中溫延伸32(4)(5)遺傳疾病的診斷、刑偵破案、古生物學(xué)研究、基因克隆和DNA序列分析(要求3項以上)。8.生物技術(shù)的廣泛應(yīng)用，不僅給社會帶來了較大的經(jīng)濟效益，受到社會的廣泛重視，更使人們的生活變得豐富多彩。請回答下列有關(guān)問題：(1)1995年，美國科學(xué)家穆里斯因發(fā)明了PCR技術(shù)而獲得了諾貝爾化學(xué)獎。PCR和生物體內(nèi)DNA復(fù)制都必需的條件包括DNA聚合酶、模板DNA、能量、游離脫氧核苷酸和_________；在生物體內(nèi)復(fù)制必需，而在PCR技術(shù)中不需要的成分是______________。(2)在香料工業(yè)提取的“液體黃金”玫瑰精油中，要求不含有任何添加劑或化學(xué)原料，其提取方法主要是_________；玫瑰精油的提取需大量原料，通常采用_________技術(shù)實現(xiàn)玫瑰的快速繁殖。(3)在制備固定化酵母細胞過程中，溶化好的海藻酸鈉溶液要冷卻至室溫，才能加入已活化的酵母菌，原因是____________。如果在CaCl2溶液中形成的凝膠珠顏色過淺，說明______________________。(4)為獲得一種能高效降解農(nóng)藥的細菌(目的菌)，往培養(yǎng)基中加入某種化合物，將初步篩選得到的目的菌轉(zhuǎn)移至固體培養(yǎng)基，常采用的接種方法是________；實驗結(jié)束后，使用過的培養(yǎng)基應(yīng)該進行處理后才能倒掉，這樣做是為了______________。【解析】(1)PCR技術(shù)需要引物，是因為DNA聚合酶不能直接在一條DNA單鏈上復(fù)制，一定要先讓一小段寡核苷酸(即引物)與模板DNA互補配對，然后聚合酶才能從引物的一端繼續(xù)復(fù)制下去。PCR與生物體內(nèi)DNA復(fù)制的一個主要區(qū)別是PCR技術(shù)不需要DNA解旋酶。(2)蒸餾法的優(yōu)點在于不含有任何添加劑或化學(xué)原料；植物組織培養(yǎng)技術(shù)是一種快速繁殖植物的技術(shù)。(3)若固定化酵母細胞數(shù)目過少，會導(dǎo)致凝膠珠顏色過淺。(4)在固體培養(yǎng)基上最常用的接種方法是平板劃線法；實驗結(jié)束后為防止實驗材料造成環(huán)境污染，需將培養(yǎng)基處理后才能倒掉。答案：(1)引物DNA解旋酶(2)蒸餾法植物組織培養(yǎng)(3)防止高溫殺死酵母菌固定化酵母細胞數(shù)目較少(4)平板劃線法防止造成環(huán)境污染9.PCR技術(shù)是把某一DNA片段在體外酶的作用下，合成許許多多相同片段的一種方法，利用它能快速而特異地擴增任何要求的目的基因或DNA分子片段；電泳技術(shù)是在外電場作用下，利用分子攜帶的靜電荷不同，把待測分子的混合物放在一定的介質(zhì)(如瓊脂糖凝膠)中進行分離和分析的實驗技術(shù)，利用它可分離氨基酸、多肽、蛋白質(zhì)、核苷酸、核酸等物質(zhì)和做親子法學(xué)鑒定。如圖是電泳裝置及相應(yīng)電泳結(jié)果。請回答：(1)葉綠體色素提取所采用的紙層析法與電泳相比，前者使用的介質(zhì)是_____________。電泳過程中分子的遷移速率除與本身所帶的凈電荷的多少有關(guān)外，你認為還受什么因素的影響？______________________