高中生物专题5DNA和蛋白质技术课题1DNA和蛋白质技术教案新人教版选修1.docx
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高中生物专题5DNA和蛋白质技术课题1DNA和蛋白质技术教案新人教版选修1
课题1 DNA的粗提取与鉴定
[学习目标] 1.尝试粗提取植物或动物组织中的DNA。
2.了解DNA的物理和化学性质。
3.理解DNA粗提取与DNA鉴定的原理。
知识点一 DNA粗提取与鉴定的基础知识
知识梳理
1.提取DNA的基本思路
（1）生物大分子的提取：
选用一定的物理或化学方法分离具有不同物理或化学性质的生物大分子。
（2）DNA的粗提：
利用DNA与RNA、蛋白质和脂质等在物理和化学性质方面的差异，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（如下图）
DNA在0.14mol/LNaCl溶液中的溶解度最小，DNA分子析出，其他杂质溶解；当NaCl溶液的浓度高于或低于此浓度时，DNA的溶解度都较高。
②DNA在酒精溶液中的溶解性
DNA不溶于酒精溶液，但是细胞中的某些蛋白质则溶于酒精。
利用这一原理，可以将DNA与蛋白质进一步地分离。
（2）DNA对酶、高温和洗涤剂的耐受性
①对酶的耐受性：
蛋白酶能水解蛋白质，但对DNA没有影响。
②对温度的耐受性：
大多数蛋白质不能忍受60～80_℃的高温，而DNA在80_℃以上才会变性。
③对洗涤剂的耐受性：
洗涤剂能够瓦解细胞膜，但对DNA没有影响。
3．DNA的鉴定
在沸水浴的条件下，DNA与二苯胺反应呈现蓝色。
1.高温能使DNA和蛋白质均发生变性，高温对两者的作用机理相同吗？
提示：
不同。
高温使蛋白质变性失活是由于高温破坏了蛋白质的空间结构，这种结构的破坏一般是不可逆转的；高温使DNA变性失活，是由于高温使DNA双链之间的氢键断裂，双链打开，降温后，双链结构还能恢复。
所以DNA变性失活后，还能恢复活性。
2．什么是蛋白质的盐溶和盐析？
提示：
一般在低盐浓度的情况下，蛋白质的溶解度随盐浓度的升高而增加，这种现象称为盐溶。
而在盐浓度升高到一定值后，蛋白质的溶解度又随盐浓度的升高而降低，结果蛋白质沉淀析出，这种现象称为盐析。
典题分析
题型一 DNA与蛋白质理化性质的比较
[例1] 下列有关“DNA的粗提取与鉴定”实验的叙述正确的是（ ）
A．利用DNA能溶于酒精溶液，而蛋白质不溶于酒精溶液，可将DNA与蛋白质分离
B．利用高温能使DNA变性，却对蛋白质没有任何影响的特性，可将DNA与蛋白质分离
C．利用DNA在0.14mol/LNaCl溶液中溶解度最大的特点，可将DNA与蛋白质分离
D．在DNA滤液中加入嫩肉粉，通过木瓜蛋白酶的作用，可将DNA与蛋白质分离
解题分析 DNA不溶于酒精，而某些蛋白质等杂质溶于酒精，A错误；蛋白质比DNA对温度的耐受性更差，因此更容易变性，B错误；DNA在0.14mol/LNaCl溶液中溶解度最小，而蛋白质在该浓度的NaCl溶液中溶解度较大，因此可将DNA与蛋白质分离，C错误；嫩肉粉中的木瓜蛋白酶只能催化蛋白质水解，而对DNA没有影响，因此，可将DNA与蛋白质分离，D正确。
答案 D
题后归纳
DNA与蛋白质在理化性质方面的比较
知识点二 DNA粗提取与鉴定的实验设计
知识梳理
1.实验材料的选取
选用DNA含量相对较高的生物组织，如鸡血。
2．破碎细胞，获取含DNA的滤液
（1）动物细胞的破碎（以鸡血为例）
在鸡血细胞液中加入一定量的蒸馏水，同时用玻璃棒搅拌，过滤后收集滤液即可。
（2）植物细胞的破碎（以洋葱为例）
先将洋葱切碎，然后加入一定量的洗涤剂和食盐，进行充分的搅拌和研磨，过滤后收集研磨液。
3．去除滤液中杂质
（1）方案一：
通过控制NaCl溶液的浓度去除杂质。
（2）方案二：
直接向滤液中加入嫩肉粉，反应10～15min，嫩肉粉中的木瓜蛋白酶能够分解蛋白质。
（3）方案三：
将滤液放在60～75_℃的恒温水浴箱中保温10～15min，注意严格控制温度范围，使蛋白质沉淀，而DNA分子还未变性，可以将DNA与蛋白质分离。
4．DNA的进一步提纯
利用DNA不溶于冷却的酒精这一原理，可从溶液中析出较纯净的DNA，此时DNA的状态为丝状。
5．以鸡血为例提取DNA的实验步骤
6.DNA的鉴定
7．操作提示
（1）哺乳动物成熟的红细胞不含细胞核，不能作为提取DNA的实验材料；若选取肝脏细胞或植物细胞，则必须充分研磨。
（2）盛放鸡血细胞液的容器最好是塑料器具，因为DNA容易被玻璃制品吸附，影响最终的DNA提取量。
（3）搅拌时动作要轻缓，并沿同一方向，防止破坏DNA分子。
（4）过滤含DNA的滤液时，不能用滤纸代替纱布，否则会因DNA吸附到滤纸上而损失大量DNA。
（5）酒精必须充分预冷后才能使用。
（6）二苯胺试剂要现配现用，否则二苯胺会变成浅蓝色，影响鉴定效果。
1.为什么常用鸡血作实验材料提取DNA?
提示：
鸡血细胞核中DNA含量丰富，材料易得；鸡血细胞极易吸水涨破，而植物细胞有细胞壁，材料形态为固体，操作繁琐，易出现误差。
2．在以植物细胞为材料提取DNA时，加入洗涤剂和食盐的作用分别是什么？
提示：
洗涤剂是一些离子去污剂，它能溶解细胞膜，有利于DNA的释放；食盐的主要成分是NaCl，适度的食盐溶液有利于DNA的溶解。
3．研磨细胞是否充分对实验结果非常重要，如果研磨不充分，对实验结果会产生怎样的影响？
提示：
研磨不充分会使细胞核内的DNA释放不完全，提取的DNA量少，影响实验效果，导致看不到丝状沉淀物，用二苯胺鉴定不显示蓝色。
4．研磨后，过滤收集的滤液中存在哪些杂质？
提示：
可能含有蛋白、多糖和RNA等杂质。
5．为什么反复地溶解与析出DNA，能够去除杂质？
提示：
用高盐浓度溶液溶解DNA，能除去在高盐中不能溶解的杂质；用低盐浓度使DNA析出，能除去溶解在低盐溶液中的杂质。
因此，通过反复溶解与析出DNA，就能够除去与DNA溶解度不同的多种杂质。
6．用冷却的95%的酒精提取DNA有什么好处？
提示：
①可抑制核酸水解酶的活性，防止DNA降解；②降低分子运动，使DNA易形成沉淀析出；③低温有利于增加DNA分子的柔韧性，减少断裂；④降低DNA分子的溶解度，使DNA分子析出。
典题分析
题型二 “DNA的粗提取与鉴定”实验中同种操作不同目的的辨析[例2] 下图为“DNA粗提取和鉴定”实验的相关操作。
（1）图中实验材料A可以是________等，研磨前加入的B应是__________。
（2）通过上述所示步骤得到滤液C后，再向滤液中加入2mol/L的NaCl溶液的目的是______________，再过滤得到滤液D，向滤液D中加入蒸馏水的目的是______。
（3）在“DNA的粗提取和鉴定”实验中，将含有一定杂质的DNA丝状物分别放入体积为2mL的四种溶液中，经搅拌后过滤，获得4种滤液，含DNA最少的是滤液________。
1
B液中
搅拌研磨后过滤
滤液E
2
2mol/L的NaCl溶液中
搅拌后过滤
滤液F
3
0.14mol/L的NaCl溶液中
搅拌后过滤
滤液G
4
冷却的95%的酒精溶液中
搅拌后过滤
滤液H
解题分析
（1）用洋葱、菜花等破碎细胞时，加入一定量的洗涤剂和食盐，洗涤剂可以溶解细胞膜，有利于DNA的释放，食盐主要成分是NaCl，有利于DNA的溶解。
（2）在含有DNA的滤液中，加入2mol/L的NaCl溶液，可以使DNA溶解而杂质析出；在滤液D中加入蒸馏水，当NaCl浓度为0.14mol/L时，DNA溶解度最小而析出。
（3）在滤液E、F中，只是除去了部分杂质，大部分DNA溶解，则含DNA较多，在滤液G中，因DNA析出，则含DNA较少，在滤液H中，因DNA不溶于体积分数为95%的冷酒精，则含DNA最少。
答案
（1）洋葱（或菜花等） 洗涤剂和食盐
（2）使DNA充分溶解 使DNA的溶解度下降而沉淀析出 （3）H
题后归纳
“DNA粗提与鉴定”实验中同种操作的不同目的
课堂小结
当堂检测——查漏补缺 巩固提升
1.向溶有DNA的物质的量浓度为2mol/L的NaCl溶液中不断加入蒸馏水，在这个过程中DNA和杂质蛋白质的溶解度变化情况分别是（ ）
A．减小；减小
B．增大；增大
C．先减小后增大；先增大后减小
D．减小；增大
答案 C
解析 在向溶有DNA的2mol/LNaCl溶液中不断加入蒸馏水时，DNA的溶解度先减小后增大，而蛋白质在高浓度盐溶液中会沉淀，随盐浓度降低，蛋白质的溶解度升高，到一定值后，又会随盐浓度降低溶解度降低。
2．在DNA的粗提取过程中，初步析出DNA和提取较纯净的DNA所用的试剂的浓度及其名称分别是（ ）
①0.1g/mL的柠檬酸钠溶液
②物质的量浓度为2mol/L的NaCl溶液
③物质的量浓度为0.14mol/L的NaCl溶液
④体积分数为95%的酒精溶液
A．①③B．③④C．②④D．②③
答案 B
解析 物质的量浓度为0.14mol/L的NaCl溶液能使DNA的溶解度降低，初步析出DNA；冷却的体积分数为95%的酒精能获得较纯净的DNA。
3．下列有关“细胞中DNA的粗提取”实验的叙述，正确的是（ ）
A．在研磨过程中加入洗涤剂的作用是为了瓦解细胞壁
B．实验过程中两次加入蒸馏水的作用相同
C．将滤液放在60～75℃下保温的作用主要是除去滤液中的蛋白质
D．在滤液中加入冷却的等体积体积分数为95%酒精的原理是DNA可溶于酒精
答案 C
解析 在研磨中加入洗涤剂的作用是为了瓦解细胞膜，A错误；实验中两次加入蒸馏水，第一次的目的是使成熟的鸡血细胞吸水涨破释放出DNA，第二次的目的是稀释NaCl溶液，使DNA从NaCl溶液中沉淀析出，可见，实验过程中两次加入蒸馏水的作用不同，B错误；将滤液放在60～75℃下保温，其原理是利用DNA和蛋白质对高温的耐受性不同，从而使蛋白质变性，与DNA分离，以除去滤液中的杂质，C正确；在滤液中加入冷却的等体积体积分数为95%酒精的原理是DNA不溶于酒精，但细胞中的某些蛋白质可溶于酒精，利用这一原理，可将DNA与蛋白质进一步地分离，D错误。
4．若从植物细胞中提取DNA，发现实验效果不好，如看不到丝状沉淀物、用二苯胺鉴定时不显示颜色反应等。
其可能的原因是（ ）
①植物细胞中DNA含量低 ②研磨不充分 ③除杂质时损耗过多 ④冷酒精的量过大
A．①②B．③④
C．①④D．②③
答案 D
解析 植物细胞中DNA含量不会低到检测不出的程度；研磨不充分会使细胞核内的DNA释放不完全，提取的DNA量变少；0.14mol/L的NaCl析出DNA，再次溶解时，溶解不充分等多种操作都会使DNA损失；若用于沉淀DNA的酒精量过少，也会导致DNA的沉淀量少，从而影响实验效果，而冷酒精的量过多，不会导致DNA提取量减少。
5．如图为DNA的粗提取与鉴定的部分实验步骤。
（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2mol/LNaCl溶液的目的是_________。
（4）图C所示加入蒸馏水的目的是_____。
（5）鉴定实验所得丝状物的主要成分是DNA，可用________________试剂进行检验，在沸水浴条件下，可以看到颜色反应为________。
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溶液中
（4）使DNA的溶解度下降而析出
（5）二苯胺 蓝色
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