2024高中生物專題5DNA和蛋白質技術課題1DNA和蛋白質技術教案新人教版選修1

PAGE9-課題1DNA的粗提取與鑒定[學習目標]1.嘗試粗提取植物或動物組織中的DNA。2.了解DNA的物理和化學性質。3.理解DNA粗提取與DNA鑒定的原理。學問點一DNA粗提取與鑒定的基礎學問學問梳理1.提取DNA的基本思路(1)生物大分子的提取：選用肯定的eq\o(□,\s\up3(01))物理或eq\o(□,\s\up3(02))化學方法分別具有不同物理或化學性質的生物大分子。(2)DNA的粗提：利用DNA與eq\o(□,\s\up3(03))RNA、eq\o(□,\s\up3(04))蛋白質和eq\o(□,\s\up3(05))脂質等在eq\o(□,\s\up3(06))物理和eq\o(□,\s\up3(07))化學性質方面的差異，提取DNA，去除其他成分。2．提取DNA的原理(1)DNA的溶解性①DNA在NaCl溶液中的溶解度(如下圖)DNA在eq\o(□,\s\up3(01))0.14mol/LNaCl溶液中的溶解度最小，DNA分子析出，其他雜質溶解；當NaCl溶液的濃度高于或低于此濃度時，DNA的溶解度都較高。②DNA在酒精溶液中的溶解性DNAeq\o(□,\s\up3(02))不溶于酒精溶液，但是細胞中的eq\o(□,\s\up3(03))某些蛋白質則溶于酒精。利用這一原理，可以將DNA與蛋白質進一步地分別。(2)DNA對酶、高溫柔洗滌劑的耐受性①對酶的耐受性：蛋白酶能水解eq\o(□,\s\up3(04))蛋白質，但對eq\o(□,\s\up3(05))DNA沒有影響。②對溫度的耐受性：大多數(shù)蛋白質不能忍受eq\o(□,\s\up3(06))60～80_℃的高溫，而DNA在eq\o(□,\s\up3(07))80_℃以上才會變性。③對洗滌劑的耐受性：洗滌劑能夠瓦解eq\o(□,\s\up3(08))細胞膜，但對eq\o(□,\s\up3(09))DNA沒有影響。3．DNA的鑒定在eq\o(□,\s\up3(01))沸水浴的條件下，DNA與eq\o(□,\s\up3(02))二苯胺反應呈現(xiàn)eq\o(□,\s\up3(03))藍色。1.高溫能使DNA和蛋白質均發(fā)生變性，高溫對兩者的作用機理相同嗎？提示：不同。高溫使蛋白質變性失活是由于高溫破壞了蛋白質的空間結構，這種結構的破壞一般是不行逆轉的；高溫使DNA變性失活，是由于高溫使DNA雙鏈之間的氫鍵斷裂，雙鏈打開，降溫后，雙鏈結構還能復原。所以DNA變性失活后，還能復原活性。2．什么是蛋白質的鹽溶和鹽析？提示：一般在低鹽濃度的狀況下，蛋白質的溶解度隨鹽濃度的上升而增加，這種現(xiàn)象稱為鹽溶。而在鹽濃度上升到肯定值后，蛋白質的溶解度又隨鹽濃度的上升而降低，結果蛋白質沉淀析出，這種現(xiàn)象稱為鹽析。典題分析題型一DNA與蛋白質理化性質的比較[例1]下列有關“DNA的粗提取與鑒定”試驗的敘述正確的是()A．利用DNA能溶于酒精溶液，而蛋白質不溶于酒精溶液，可將DNA與蛋白質分別B．利用高溫能使DNA變性，卻對蛋白質沒有任何影響的特性，可將DNA與蛋白質分別C．利用DNA在0.14mol/LNaCl溶液中溶解度最大的特點，可將DNA與蛋白質分別D．在DNA濾液中加入嫩肉粉，通過木瓜蛋白酶的作用，可將DNA與蛋白質分別解題分析DNA不溶于酒精，而某些蛋白質等雜質溶于酒精，A錯誤；蛋白質比DNA對溫度的耐受性更差，因此更簡單變性，B錯誤；DNA在0.14mol/LNaCl溶液中溶解度最小，而蛋白質在該濃度的NaCl溶液中溶解度較大，因此可將DNA與蛋白質分別，C錯誤；嫩肉粉中的木瓜蛋白酶只能催化蛋白質水解，而對DNA沒有影響，因此，可將DNA與蛋白質分別，D正確。答案D題后歸納DNA與蛋白質在理化性質方面的比較學問點二DNA粗提取與鑒定的試驗設計學問梳理1.試驗材料的選取選用eq\o(□,\s\up3(01))DNA含量相對較eq\o(□,\s\up3(02))高的生物組織，如雞血。2．破裂細胞，獲得含DNA的濾液(1)動物細胞的破裂(以雞血為例)在雞血細胞液中加入肯定量的eq\o(□,\s\up3(01))蒸餾水，同時用eq\o(□,\s\up3(02))玻璃棒攪拌，eq\o(□,\s\up3(03))過濾后收集eq\o(□,\s\up3(04))濾液即可。(2)植物細胞的破裂(以洋蔥為例)先將洋蔥切碎，然后加入肯定量的eq\o(□,\s\up3(05))洗滌劑和食鹽，進行eq\o(□,\s\up3(06))充分的攪拌和研磨，過濾后收集研磨液。3．去除濾液中雜質(1)方案一：通過限制eq\o(□,\s\up3(01))NaCl溶液的濃度去除eq\o(□,\s\up3(02))雜質。(2)方案二：干脆向濾液中加入eq\o(□,\s\up3(03))嫩肉粉，反應10～15min，eq\o(□,\s\up3(04))嫩肉粉中的eq\o(□,\s\up3(05))木瓜蛋白酶能夠分解蛋白質。(3)方案三：將濾液放在eq\o(□,\s\up3(06))60～75_℃的恒溫水浴箱中保溫10～15min，留意嚴格限制溫度范圍，使eq\o(□,\s\up3(07))蛋白質沉淀，而eq\o(□,\s\up3(08))DNA分子還未變性，可以將DNA與蛋白質分別。4．DNA的進一步提純利用DNA不溶于冷卻的eq\o(□,\s\up3(01))酒精這一原理，可從溶液中析出較純凈的DNA，此時DNA的狀態(tài)為eq\o(□,\s\up3(02))絲狀。5．以雞血為例提取DNA的試驗步驟6.DNA的鑒定7．操作提示(1)哺乳動物成熟的紅細胞不含細胞核，不能作為提取DNA的試驗材料；若選取肝臟細胞或植物細胞，則必需充分研磨。(2)盛放雞血細胞液的容器最好是塑料器具，因為DNA簡單被玻璃制品吸附，影響最終的DNA提取量。(3)攪拌時動作要輕緩，并沿同一方向，防止破壞DNA分子。(4)過濾含DNA的濾液時，不能用濾紙代替紗布，否則會因DNA吸附到濾紙上而損失大量DNA。(5)酒精必需充分預冷后才能運用。(6)二苯胺試劑要現(xiàn)配現(xiàn)用，否則二苯胺會變成淺藍色，影響鑒定效果。1.為什么常用雞血作試驗材料提取DNA?提示：雞血細胞核中DNA含量豐富，材料易得；雞血細胞極易吸水漲破，而植物細胞有細胞壁，材料形態(tài)為固體，操作繁瑣，易出現(xiàn)誤差。2．在以植物細胞為材料提取DNA時，加入洗滌劑和食鹽的作用分別是什么？提示：洗滌劑是一些離子去污劑，它能溶解細胞膜，有利于DNA的釋放；食鹽的主要成分是NaCl，適度的食鹽溶液有利于DNA的溶解。3．研磨細胞是否充分對試驗結果特別重要，假如研磨不充分，對試驗結果會產生怎樣的影響？提示：研磨不充分會使細胞核內的DNA釋放不完全，提取的DNA量少，影響試驗效果，導致看不到絲狀沉淀物，用二苯胺鑒定不顯示藍色。4．研磨后，過濾收集的濾液中存在哪些雜質？提示：可能含有蛋白、多糖和RNA等雜質。5．為什么反復地溶解與析出DNA，能夠去除雜質？提示：用高鹽濃度溶液溶解DNA，能除去在高鹽中不能溶解的雜質；用低鹽濃度使DNA析出，能除去溶解在低鹽溶液中的雜質。因此，通過反復溶解與析出DNA，就能夠除去與DNA溶解度不同的多種雜質。6．用冷卻的95%的酒精提取DNA有什么好處？提示：①可抑制核酸水解酶的活性，防止DNA降解；②降低分子運動，使DNA易形成沉淀析出；③低溫有利于增加DNA分子的柔韌性，削減斷裂；④降低DNA分子的溶解度，使DNA分子析出。典題分析題型二“DNA的粗提取與鑒定”試驗中同種操作不同目的的辨析[例2]下圖為“DNA粗提取和鑒定”試驗的相關操作。(1)圖中試驗材料A可以是________等，研磨前加入的B應是__________。(2)通過上述所示步驟得到濾液C后，再向濾液中加入2mol/L的NaCl溶液的目的是______________，再過濾得到濾液D，向濾液D中加入蒸餾水的目的是______。(3)在“DNA的粗提取和鑒定”試驗中，將含有肯定雜質的DNA絲狀物分別放入體積為2mL的四種溶液中，經攪拌后過濾，獲得4種濾液，含DNA最少的是濾液________。1B液中攪拌研磨后過濾濾液E22mol/L的NaCl溶液中攪拌后過濾濾液F30.14mol/L的NaCl溶液中攪拌后過濾濾液G4冷卻的95%的酒精溶液中攪拌后過濾濾液H解題分析(1)用洋蔥、菜花等破裂細胞時，加入肯定量的洗滌劑和食鹽，洗滌劑可以溶解細胞膜，有利于DNA的釋放，食鹽主要成分是NaCl，有利于DNA的溶解。(2)在含有DNA的濾液中，加入2mol/L的NaCl溶液，可以使DNA溶解而雜質析出；在濾液D中加入蒸餾水，當NaCl濃度為0.14mol/L時，DNA溶解度最小而析出。(3)在濾液E、F中，只是除去了部分雜質，大部分DNA溶解，則含DNA較多，在濾液G中，因DNA析出，則含DNA較少，在濾液H中，因DNA不溶于體積分數(shù)為95%的冷酒精，則含DNA最少。答案(1)洋蔥(或菜花等)洗滌劑和食鹽(2)使DNA充分溶解使DNA的溶解度下降而沉淀析出(3)H題后歸納“DNA粗提與鑒定”試驗中同種操作的不同目的課堂小結當堂檢測——查漏補缺鞏固提升1.向溶有DNA的物質的量濃度為2mol/L的NaCl溶液中不斷加入蒸餾水，在這個過程中DNA和雜質蛋白質的溶解度改變狀況分別是()A．減?。粶p小B．增大；增大C．先減小后增大；先增大后減小D．減??；增大答案C解析在向溶有DNA的2mol/LNaCl溶液中不斷加入蒸餾水時，DNA的溶解度先減小后增大，而蛋白質在高濃度鹽溶液中會沉淀，隨鹽濃度降低，蛋白質的溶解度上升，到肯定值后，又會隨鹽濃度降低溶解度降低。2．在DNA的粗提取過程中，初步析出DNA和提取較純凈的DNA所用的試劑的濃度及其名稱分別是()①0.1g/mL的檸檬酸鈉溶液②物質的量濃度為2mol/L的NaCl溶液③物質的量濃度為0.14mol/L的NaCl溶液④體積分數(shù)為95%的酒精溶液A．①③B．③④C．②④D．②③答案B解析物質的量濃度為0.14mol/L的NaCl溶液能使DNA的溶解度降低，初步析出DNA；冷卻的體積分數(shù)為95%的酒精能獲得較純凈的DNA。3．下列有關“細胞中DNA的粗提取”試驗的敘述，正確的是()A．在研磨過程中加入洗滌劑的作用是為了瓦解細胞壁B．試驗過程中兩次加入蒸餾水的作用相同C．將濾液放在60～75℃D．在濾液中加入冷卻的等體積體積分數(shù)為95%酒精的原理是DNA可溶于酒精答案C解析在研磨中加入洗滌劑的作用是為了瓦解細胞膜，A錯誤；試驗中兩次加入蒸餾水，第一次的目的是使成熟的雞血細胞吸水漲破釋放出DNA，其次次的目的是稀釋NaCl溶液，使DNA從NaCl溶液中沉淀析出，可見，試驗過程中兩次加入蒸餾水的作用不同，B錯誤；將濾液放在60～75℃下保溫，其原理是利用DNA和蛋白質對高溫的耐受性不同，從而使蛋白質變性，與DNA分別，以除去濾液中的雜質，C正確；在濾液中加入冷卻的等體積體積分數(shù)為95%酒精的原理是DNA不溶于酒精，但細胞中的某些蛋白質可溶于酒精，利用這一原理，可將DNA與蛋白質進一步地分別，D錯誤。4．若從植物細胞中提取DNA，發(fā)覺試驗效果不好，如看不到絲狀沉淀物、用二苯胺鑒定時不顯示顏色反應等。其可能的緣由是()①植物細胞中DNA含量低②研磨不充分③除雜質時損耗過多④冷酒精的量過大A．①② B．③④C．①④ D．②③答案D解析植物細胞中DNA含量不會低到檢測不出的程度；研磨不充分會使細胞核內的DNA釋放不完全，提取的DNA量變少；0.14mol/L的NaCl析出DNA，再次溶解時，溶解不充分等多種操作都會使DNA損失；若用于沉淀DNA的酒精量過少，也會導致DNA的沉淀量少，從而影響試驗效果，而冷酒精的量過多，不會導致DNA提取量削減。5．如圖為DNA的粗提取與鑒定的部分試驗步驟。(1)本試驗材料選用雞血細胞液，而不是雞全血，主要緣由是雞血細胞液中________含量較高。(2)圖A所示加入蒸餾水的目的是____________________________。(3)通過圖B所示步驟取得濾液后，再向濾液中加入2mol/LNaCl溶液的目的是_________。(4)圖C所示加入蒸餾水的目的是_____。(5)鑒定試驗所得絲狀物的主要成分是DNA，可用________________試劑進行檢驗，在沸水浴條件下，可以看到顏色反應為________。答案(1)DNA(2