2017高考生物總復(fù)習(xí) 第12單元 第44講 生物技術(shù)在其他方面的應(yīng)用學(xué)案

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1、 生物技術(shù)在其他方面的應(yīng)用(選用) [考綱點(diǎn)擊]　1.酶在食品制造和洗滌等方面的應(yīng)用　2.制備和應(yīng)用固定化酶　3.DNA的粗提取與鑒定　4.PCR技術(shù)的基本操作和應(yīng)用　5.蛋白質(zhì)的提取和分離 一、酶在果汁生產(chǎn)、洗滌等方面的應(yīng)用 1．果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用 (1)果膠 ①果膠的成分與存在：果膠是植物細(xì)胞壁以及胞間層的主要組成成分之一，它是由半乳糖醛酸聚合而成的一種高分子化合物，不溶于水。 ②果膠與果汁加工：果膠影響出汁率，使果汁渾濁。 (2)果膠酶 ①成分：果膠酶并不是特指某一種酶，而是分解果膠的一類酶的總稱。 ②作用：將果膠分解成可溶性的半乳糖醛酸，使出汁率提高，使渾

2、濁的果汁變得澄清。 果膠,　　　　　　果膠酶　　　　　　半乳糖醛酸 　　　　　　　　　 總稱 多聚半乳糖醛酸酶、果膠酯酶、果膠分解酶 (3)果膠酶的應(yīng)用 ①水果加工業(yè)：水果中的果膠經(jīng)果膠酶水解后，可降低果汁的黏度，有助于壓榨；在葡萄酒釀造中加入果膠酶能起到澄清作用，還可促使葡萄汁中的酒石酸發(fā)生沉淀；果膠酶可用于橘子脫囊衣，制造果粉和低糖果凍。 ②飼料工業(yè)：果膠酶與纖維素酶、半纖維素酶等配合，可降解植物細(xì)胞壁中的果膠和纖維素，促使淀粉、脂質(zhì)、維生素和蛋白質(zhì)等釋放出來，從而提高了飼料的營養(yǎng)價(jià)值；果膠酶可降低飼料的黏度，促進(jìn)飼料在動(dòng)物消化道內(nèi)的

3、消化吸收。 2．加酶洗衣粉在洗滌中的應(yīng)用 (1)加酶洗衣粉：指含酶制劑的洗衣粉。 (2)酶制劑的種類與洗滌原理 種類 洗滌原理 洗滌的污漬種類 蛋白酶 蛋白質(zhì)→小分子肽或氨基酸 血漬、奶漬及各種食品類的蛋白質(zhì)污垢 脂肪酶 脂肪→甘油和脂肪酸 食品的油漬、人體皮脂、口紅 淀粉酶 淀粉→麥芽糖、葡萄糖 來自面條等的污垢 纖維素酶 使纖維的結(jié)構(gòu)變得蓬松 棉紡品的表面浮毛 二、固定化酶和固定化細(xì)胞技術(shù) 1．概念：利用物理或化學(xué)方法將酶或細(xì)胞固定在一定空間內(nèi)的技術(shù)。 2．方法及適用對(duì)象 一般來講，酶更適合用化學(xué)結(jié)合法和物理吸附法固定化，而細(xì)胞多采用包埋法固

4、定化，這是因?yàn)閭€(gè)大的細(xì)胞難以被吸附或結(jié)合，而個(gè)小的酶則易從包埋材料中漏出。 三、DNA的粗提取與鑒定 1．原理：利用DNA與RNA、蛋白質(zhì)等在物理和化學(xué)性質(zhì)方面的差異，提取DNA，去除其他成分。 2．實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) (1)材料的選?。哼x用DNA含量相對(duì)較高的生物組織。 (2)細(xì)胞的破碎(以雞血為例) 雞血細(xì)胞玻璃棒攪拌收集濾液 (3)雜質(zhì)的去除方案 ①利用DNA在不同濃度的NaCl溶液中溶解度的不同，通過控制其溶液的濃度去除雜質(zhì)。 ②用木瓜蛋白酶去除蛋白質(zhì)。 ③用高溫(60～75 ℃)使蛋白質(zhì)變性。 (4)DNA的析出：將處理后的溶液過濾，加入與濾液體積相等的、冷卻的酒精溶液可

5、使DNA析出。 (5)DNA的鑒定：將析出的DNA溶于物質(zhì)的量濃度為2 mol/L的NaCl溶液中，加入二苯胺試劑，沸水浴加熱，溶液變藍(lán)。 四、多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)擴(kuò)增DNA片段 1．PCR原理 在80～100 ℃的溫度范圍內(nèi)，DNA發(fā)生變性，雙螺旋結(jié)構(gòu)解體，在溫度緩慢降低后，DNA發(fā)生復(fù)性，DNA單鏈與引物通過堿基互補(bǔ)配對(duì)結(jié)合，耐高溫的DNA聚合酶從引物的3′端開始延伸DNA鏈。 2．PCR的條件 緩沖溶液、DNA模板、兩種引物、四種脫氧核苷酸、耐熱的DNA聚合酶，同時(shí)要控制溫度。 五、血紅蛋白的提取和分離實(shí)驗(yàn) 1．常用的分離方法：凝膠色譜法、凝膠電泳法等。 2．基本原理 (1

6、)凝膠色譜法的原理：相對(duì)分子質(zhì)量大的分子通過多孔凝膠顆粒的間隙，路程短，流動(dòng)快；相對(duì)分子質(zhì)量小的分子穿過多孔凝膠顆粒內(nèi)部，路程長，流動(dòng)慢。 (2)凝膠電泳法的原理：不同蛋白質(zhì)的帶電性質(zhì)、電量、形狀和大小不同，在電場中受到的作用力大小、方向、阻力不同，導(dǎo)致不同蛋白質(zhì)在電場中的運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速率不同。 3．血紅蛋白的提取和分離程序 (1)樣品處理 紅細(xì)胞的洗滌→血紅蛋白的釋放→分離血紅蛋白溶液。 (2)粗分離——透析：除去樣品中相對(duì)分子質(zhì)量較小的雜質(zhì)。 (3)純化：一般采用凝膠色譜法對(duì)血紅蛋白進(jìn)行分離和純化。 (4)純度鑒定：一般用SDS—聚丙烯酰胺凝膠電泳法來測定蛋白質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)

7、量，即對(duì)血紅蛋白進(jìn)行純度鑒定。 1．果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用 (1)果膠酶的組分：果膠酶是催化果膠分解的一類酶的總稱，包括多聚半乳糖醛酸酶、果膠分解酶和果膠酯酶等。 (2)酶活性的影響因素 ①影響酶活性的因素：溫度、pH和酶的抑制劑等。 ②影響酶促反應(yīng)速度的因素：酶的活性、底物的濃度和酶的用量等。 2．影響加酶洗衣粉的洗滌效果的因素 溫度、酸堿度和表面活性劑等。 3．酶的固定化 (1)酶的固定化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：主要解決了酶的回收利用問題。 (2)常用的方法：物理吸附法、化學(xué)結(jié)合法和包埋法等。 4．DNA的粗提取與鑒定 (1)DNA的溶解性：DNA在0.14 mol/L

8、NaCl溶液中的溶解度最??；DNA不溶于酒精溶液，而某些蛋白質(zhì)則溶于酒精溶液，據(jù)此也可使DNA和蛋白質(zhì)分離。 (2)DNA的耐受性：DNA對(duì)酶、高溫和洗滌劑都具有較好的耐受性。 (3)DNA的鑒定：DNA在沸水浴的條件下，遇二苯胺會(huì)被染成藍(lán)色。 5．PCR技術(shù) (1)PCR原理：PCR反應(yīng)需要在一定的緩沖溶液中進(jìn)行，需提供DNA模板、分別與兩條模板鏈相結(jié)合的兩種引物、四種脫氧核苷酸、耐熱的DNA聚合酶。 (2)PCR過程：通過控制溫度使DNA復(fù)制在體外反復(fù)進(jìn)行，每一個(gè)循環(huán)包括變性—復(fù)性—延伸。 6．血紅蛋白的提取和分離 (1)凝膠色譜法：根據(jù)相對(duì)分子質(zhì)量的大小分離蛋白質(zhì)的有效方法

9、。 (2)電泳法：利用待分離樣品中各種分子帶電性質(zhì)的差異以及分子本身的大小、形狀的不同，使帶電分子產(chǎn)生不同的遷移速度，從而實(shí)現(xiàn)樣品中各種分子的分離。 考法一　酶的研究與應(yīng)用及固定化酶與固定化細(xì)胞技術(shù) 1．果膠酶與纖維素酶的比較 組成 作用 果膠酶 多聚半乳糖醛酸酶、果膠分解酶、果膠酯酶等 催化果膠水解成為可溶性半乳糖醛酸 纖維 素酶 C1酶、Cx酶、葡萄糖苷酶 纖維素纖維二糖葡萄糖 2.探究影響果膠酶活性的因素(溫度或pH)的實(shí)驗(yàn) (1)實(shí)驗(yàn)原理：果膠酶的活性受溫度、pH和酶抑制劑的影響，在最適溫度或pH時(shí)，活性最高。果肉的出汁率、果汁的澄清度都與果膠酶

10、的活性大小成正比。 (2)實(shí)驗(yàn)流程 攪拌器攪拌制成蘋果泥　　　　果膠酶水溶液 ↓均分裝入　　　　　　　　↓等量 9(5)支試管　　　　　　　9(5)支試管 各取一支，分9組分別放入30 ℃、35 ℃、40 ℃、45 ℃、50 ℃、55 ℃、60 ℃、65 ℃、70 ℃的恒溫水浴中加熱(或各取一支，分5組調(diào)節(jié)蘋果泥和果膠酶的pH為5、6、7、8、9置于同一恒溫水浴中) ↓ 將果膠酶加入相同溫度 　　　　　　　　(或pH)的蘋果泥內(nèi) ↓ 恒溫保持10 min ↓ 過濾果汁，用量筒測量果汁的量，并記錄 3．加酶洗衣粉的洗滌效果的探究方法 (1)判斷加酶洗衣粉洗滌效果的

11、方法：可在洗滌后比較污物的殘留狀況，如已消失、顏色變淺、面積縮小等。 (2)加酶洗衣粉的洗滌效果的探究方法：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)遵循的原則是對(duì)照原則和單一變量原則，如在探究普通洗衣粉和加酶洗衣粉對(duì)衣物污漬的洗滌效果有何不同時(shí)，以洗衣粉的種類為自變量，其他條件完全一致；同時(shí)，普通洗衣粉處理污物與加酶洗衣粉處理污物形成對(duì)照。 (3)變量分析 實(shí)驗(yàn) 自變量 因變量 無關(guān)變量 探究普通洗衣粉和加酶洗衣粉的洗滌效果 洗衣粉種類(普通和加酶) 洗滌 效果 水的用量，污物的量，實(shí)驗(yàn)用布的質(zhì)地與大小，不同洗衣粉的用量，攪拌、洗滌時(shí)間等 探究不同種類加酶洗衣粉的洗滌效果 加酶洗衣粉中酶的種類 探

12、究不同溫度對(duì)加酶洗衣粉洗滌效果的影響 溫度 4.固定化酶與固定化細(xì)胞的比較 固定化酶 固定化細(xì)胞 固定酶的種類 一種 一系列 適用方法 化學(xué)結(jié)合法、物理吸附法 包埋法 特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 酶既可與反應(yīng)物結(jié)合，又可與產(chǎn)物分離，固定在載體上的酶可反復(fù)利用 成本低，操作容易 缺點(diǎn) 一種酶只能催化一種或一類化學(xué)反應(yīng) 可能導(dǎo)致反應(yīng)效率下降 實(shí)例 固定化葡萄糖異構(gòu)酶 固定化酵母細(xì)胞 5.制備固定化酵母細(xì)胞及用固定化酵母細(xì)胞發(fā)酵 視角1?　以基礎(chǔ)判斷或案例分析的形式，考查果膠酶在果汁生產(chǎn)中的作用 1. (表格信息類)(2016·安徽淮北模擬)某工

13、廠新制了蘋果泥50 L，準(zhǔn)備用于果汁生產(chǎn)，但不知道酶的最適用量。為了減少成本，進(jìn)行了如下的探究實(shí)驗(yàn)。取8支試管，編號(hào)1～8。分別加入30 mL蘋果泥，保溫一段時(shí)間，然后向各試管加入不同體積的果膠酶溶液，反應(yīng)一段時(shí)間，過濾并記錄果汁體積，得到下表。下列分析錯(cuò)誤的是(　　) 編號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 果膠酶溶液體積(mL) 1 2 3 4 5 6 7 8 果汁體積 20.6 21.2 21.8 22.4 23 23.4 23.4 23.4 A.8只試管均需要調(diào)節(jié)至相同且適宜的溫度和pH，且反應(yīng)時(shí)間充足 B．本實(shí)驗(yàn)測量指標(biāo)還可以是

14、蘋果泥反應(yīng)完全時(shí)所用的時(shí)間 C．在果汁生產(chǎn)中，一般還應(yīng)加入纖維素酶來充分瓦解細(xì)胞壁 D．為得到更準(zhǔn)確的最適用量，可以設(shè)置5～6 mL范圍內(nèi)做不同果膠酶用量梯度實(shí)驗(yàn)來探究 解析：選A。本實(shí)驗(yàn)探究果汁生產(chǎn)中的酶的最適用量，因此自變量為酶濃度，因變量為果汁體積，而無關(guān)變量有蘋果泥的用量、溫度和pH等，但要使反應(yīng)控制在一定的時(shí)間，而不是反應(yīng)時(shí)間充足，若反應(yīng)時(shí)間充足，則所有試管中的果汁體積應(yīng)該相同，不能得到最適酶用量，A錯(cuò)誤。本實(shí)驗(yàn)也可以用蘋果泥反應(yīng)完全時(shí)所需時(shí)間來表示，B正確；因?yàn)榧?xì)胞壁的主要成分為纖維素和果膠，因此還應(yīng)加入纖維素酶來充分破壞細(xì)胞壁，C正確；由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知果膠酶溶液體積為6 mL

15、以后果汁體積不再增加，說明酶的最適用量在6 mL左右，為得到更準(zhǔn)確的最適用量，可以設(shè)置5～6 mL范圍內(nèi)做不同果膠酶用量梯度實(shí)驗(yàn)來探究，D正確。 2．(基礎(chǔ)判斷類)適宜溫度下在果膠酶處理果泥生產(chǎn)果汁時(shí)，為了使果膠酶能夠充分地催化反應(yīng)，應(yīng)采取的措施是(　　) A．加大果泥用量　　　　 B．加大果膠酶用量 C．進(jìn)一步提高溫度 D．用玻璃棒進(jìn)行攪拌 解析：選D。用玻璃棒進(jìn)行攪拌可增大果膠酶與果泥的接觸面積，從而加速酶促反應(yīng)。 視角2?　以基礎(chǔ)判斷或曲線分析的形式，考查加酶洗衣粉及其洗滌效果的分析 3．(原理判斷類)(2015·高考江蘇卷)下列關(guān)于酶的敘述，正確的是(　　) A．發(fā)燒

16、時(shí)，食欲減退是因?yàn)橥僖旱矸勖甘チ嘶钚? B．口服多酶片中的胰蛋白酶可在小腸中發(fā)揮作用 C．用果膠酶澄清果汁時(shí)，溫度越低澄清速度越快 D．洗衣時(shí)，加少許白醋能增強(qiáng)加酶洗衣粉中酶的活性 解析：選B。A項(xiàng)，發(fā)燒時(shí)食欲減退是因?yàn)橄傅幕钚越档投皇鞘Щ?。B項(xiàng)，正常情況下人體內(nèi)胰蛋白酶發(fā)揮作用的場所是小腸，口服多酶片中的胰蛋白酶可在小腸中發(fā)揮作用。C項(xiàng)，酶的活性受溫度影響，低溫時(shí)果膠酶的活性降低，不利于果膠酶發(fā)揮作用。D項(xiàng)，加酶洗衣粉中含有堿性蛋白酶，加白醋會(huì)降低堿性蛋白酶的活性。 4．(實(shí)驗(yàn)裝置圖與曲線坐標(biāo)類)某化工廠生產(chǎn)的一種加酶洗衣粉，其包裝袋上印有如下說明。 成分：含堿性蛋白酶等。

17、 用法：洗滌前先將衣物浸于溫水效果更佳。 注意：切勿用于絲質(zhì)及羊毛衣料。 某研究性學(xué)習(xí)小組為探究該洗衣粉中酶催化作用的最適溫度，設(shè)計(jì)了如下裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并將結(jié)果用下列曲線圖A、B表示。 請(qǐng)回答以下問題： (1)由圖可知，使用該加酶洗衣粉的最適宜溫度為________。 (2)在0 ℃和75 ℃時(shí)，酶的催化效率基本都為零。但當(dāng)溫度再度回到45 ℃時(shí)，后者酶的催化能力已不能恢復(fù)，這是因?yàn)開_______________________________________________________________________。 (3)在實(shí)驗(yàn)過程中可以通過直接測定_______

18、___________________(指標(biāo))來表示該洗衣粉中酶的催化效率。 (4)目前使用的加酶洗衣粉都是一次性的，某洗滌公司為降低生產(chǎn)成本研制了一種能多次重復(fù)使用加酶洗衣粉的設(shè)備，他們將酶固定在不溶于水的尼龍載體上，洗滌完衣物后，經(jīng)過簡單處理，這些酶還可以多次重復(fù)利用，這種方法制成的酶叫_______________。 解析：(1)由圖可知，使用該加酶洗衣粉的最適宜溫度為45 ℃。 (2)當(dāng)溫度從75 ℃回到45 ℃時(shí)，酶的催化能力已不能恢復(fù)，這是因?yàn)楦邷貤l件下酶的結(jié)構(gòu)已遭到破壞(或酶的活性已喪失)。 (3)在實(shí)驗(yàn)過程中可通過直接測定膠片上的蛋白膜存在時(shí)間的長短(指標(biāo))來表示該洗衣

19、粉中酶的催化效率。 (4)將酶固定在不溶于水的尼龍載體上，洗滌完衣物后，這些酶經(jīng)過簡單處理，還可以多次重復(fù)利用，這種酶是固定化酶。 答案：(1)45 ℃ (2)高溫條件下酶的結(jié)構(gòu)已遭到破壞(或酶的活性已喪失) (3)膠片上的蛋白膜存在時(shí)間的長短(或其他合理答案) (4)固定化酶 視角3?　以基礎(chǔ)判斷或案例分析的形式，考查固定化酶和固定化細(xì)胞 5．(實(shí)驗(yàn)流程類)(2015·高考江蘇卷)下圖為制備人工種子部分流程示意圖，下列敘述正確的是(　　) 　 A．胚狀體是外植體在培養(yǎng)基上脫分化形成的一團(tuán)愈傷組織 B．該過程以海藻酸鈉作為營養(yǎng)成分，以CaCl2溶液作為凝固劑 C．可在海藻

20、酸鈉溶液中添加蔗糖，為胚狀體提供碳源 D．包埋胚狀體的凝膠珠能夠隔絕空氣，有利于人工種子的儲(chǔ)藏 解析：選C。A項(xiàng)，胚狀體是由愈傷組織經(jīng)再分化形成的，具有生根發(fā)芽的能力。B項(xiàng)海藻酸鈉作為包埋的材料，不提供營養(yǎng)成分，CaCl2能使膠體聚沉，使海藻酸鈉形成凝膠珠。C項(xiàng)，植物組織培養(yǎng)中常用蔗糖作為碳源。D項(xiàng)，人工種子需要進(jìn)行細(xì)胞呼吸，不可以儲(chǔ)藏在無氧環(huán)境中，凝膠珠不能完全隔絕空氣。 6．(概念圖流程類)(2015·高考山東卷)乳糖酶能夠催化乳糖水解為葡萄糖和半乳糖，具有重要應(yīng)用價(jià)值。乳糖酶的制備及固定化步驟如下： (1)篩選產(chǎn)乳糖酶的微生物L(fēng)時(shí)，宜用________作為培養(yǎng)基中的唯一碳源。

21、培養(yǎng)基中瓊脂的作用是__________。從功能上講，這種培養(yǎng)基屬于____________。 (2)培養(yǎng)微生物L(fēng)前，宜采用________方法對(duì)接種環(huán)進(jìn)行滅菌。 (3)純化后的乳糖酶可用電泳法檢測其分子量大小。在相同條件下，帶電荷相同的蛋白質(zhì)電泳速度越快，說明其分子量越________。 (4)乳糖酶宜采用化學(xué)結(jié)合法(共價(jià)鍵結(jié)合法)進(jìn)行固定化，可通過檢測固定化乳糖酶的________確定其應(yīng)用價(jià)值。除化學(xué)結(jié)合法外，酶的固定化方法還包括________、________、離子吸附法及交聯(lián)法等。 解析：(1)若要篩選產(chǎn)乳糖酶的微生物，需要利用以乳糖為唯一碳源的培養(yǎng)基，不能利用乳糖的微生物

22、在此培養(yǎng)基上不能存活，從而起到篩選作用。 (2)對(duì)接種環(huán)滅菌常用的方法是灼燒滅菌。 (3)相同條件下，電泳速度與分子量有關(guān)，分子量越大，電泳速度越慢，分子量越小，電泳速度越快。 (4)固定化乳糖酶的應(yīng)用價(jià)值主要與其活性有關(guān)。酶的固定化方法除化學(xué)結(jié)合法外，還包括包埋法和物理吸附法等。 答案：(1)乳糖　凝固劑　選擇培養(yǎng)基　(2)灼燒　(3)小　(4)(酶)活性或(酶)活力　包埋法　物理吸附法(注：兩空可顛倒) 考法二　DNA和蛋白質(zhì)技術(shù) 1．DNA的粗提取與鑒定原理、方法和目的 基本原理 方法 目的 DNA在不同濃度的NaCl溶液中的溶解度不同，在0.14 mol·L－1

23、的NaCl溶液中的溶解度最低，如圖： 溶于NaCl溶液中并稀釋　 ①NaCl溶液濃度為 2 mol·L－1時(shí)，DNA溶解，而部分蛋白質(zhì)發(fā)生鹽析生成沉淀，通過過濾可除去部分蛋白質(zhì)及不溶于NaCl溶液的雜質(zhì) ②當(dāng)NaCl溶液稀釋至0.14 mol·L－1時(shí)，DNA析出，過濾可除去溶于NaCl中的部分蛋白質(zhì)和其他雜質(zhì) DNA不被蛋白酶所水解 加入嫩肉粉　 嫩肉粉中含木瓜蛋白酶，水解蛋白質(zhì) DNA不溶于酒精溶液 加入冷卻酒精(95%) DNA析出，除去溶于酒精的蛋白質(zhì) DNA可被二苯胺染成藍(lán)色 加入二苯胺，并沸水浴 鑒定DNA 2．“血紅蛋白的提取和分離實(shí)驗(yàn)”成功關(guān)鍵點(diǎn)

24、 (1)紅細(xì)胞的洗滌：洗滌次數(shù)不能過少，否則無法除去血漿蛋白；要低速、短時(shí)離心，否則會(huì)使白細(xì)胞等一同沉淀，達(dá)不到分離的效果。 (2)凝膠的預(yù)處理：用沸水浴法不但節(jié)約時(shí)間，而且除去凝膠中可能帶有的微生物，排除膠粒內(nèi)的空氣。 (3)色譜柱的裝填：裝填時(shí)盡量緊密，減小顆粒間隙；無氣泡；洗脫液不能斷流。 (4)色譜柱成功的標(biāo)志：紅色區(qū)帶均勻一致地移動(dòng)。 3．細(xì)胞內(nèi)DNA復(fù)制與體外DNA擴(kuò)增(PCR)的比較 細(xì)胞內(nèi)DNA復(fù)制 體外DNA擴(kuò)增(PCR) 解旋 在解旋酶作用下邊解旋邊復(fù)制 80～100 ℃高溫解旋，雙鏈完全分開 酶 DNA解旋酶、DNA聚合酶 Taq DNA聚合

25、酶 引物 RNA DNA、RNA 溫度 體內(nèi)溫和條件 高溫 能量 需要 不需要 循環(huán)次數(shù) 生物體自身控制 30多次 相同點(diǎn) 提供DNA復(fù)制的模板；4種脫氧核苷酸為原料；子鏈延伸的方向都是從5′端到3′端；都需要酶催化 4.分離DNA、分離蛋白質(zhì)與PCR技術(shù)的比較 分離DNA PCR技術(shù) 分離蛋白質(zhì) 實(shí)驗(yàn) 原理 DNA在不同濃度NaCl溶液中溶解度不同，且不溶于酒精 利用DNA熱變性原理體外擴(kuò)增DNA 依據(jù)相對(duì)分子質(zhì)量的大小不同來分離蛋白質(zhì) 實(shí)驗(yàn) 過程 選取材料→破碎細(xì)胞釋放DNA→除雜→DNA析出與鑒定 變性→復(fù)性→延伸 樣品處理→凝

26、膠色譜操作　 實(shí)驗(yàn) 結(jié)果 獲得較純凈的DNA 獲得大量DNA 相對(duì)分子質(zhì)量不同的蛋白質(zhì)得以分離 實(shí)驗(yàn) 意義 為DNA研究打下基礎(chǔ) 解決了DNA研究中材料不足的問題 為蛋白質(zhì)的研究和利用提供了原材料 視角1?　以基礎(chǔ)判斷或案例分析的形式，考查DNA粗提取的與鑒定過程 1．(實(shí)驗(yàn)裝置圖類)(2015·高考江蘇卷改編)圖1、2 分別為“DNA的粗提取與鑒定”實(shí)驗(yàn)中部分操作步驟示意圖，下列敘述錯(cuò)誤的是(　　) 圖1 圖2 A．圖1、2 中加入蒸餾水稀釋的目的相同 B．圖1 中完成過濾之后保留濾液 C．圖2 中完成過濾之后棄去濾液 D．在圖1 雞血細(xì)胞液中加入

27、少許嫩肉粉有助于去除雜質(zhì) 解析：選A。A項(xiàng)，圖1中加入蒸餾水的目的是使雞血細(xì)胞吸水漲破，圖2中加入蒸餾水的目的是調(diào)節(jié)鹽溶液的濃度，使DNA析出。B項(xiàng)，圖1中含有DNA的核物質(zhì)位于濾液中，因此完成過濾后應(yīng)保留濾液。C項(xiàng)，圖2中析出的DNA在紗布上，因此完成過濾后應(yīng)棄去濾液。D項(xiàng)，嫩肉粉中含有木瓜蛋白酶，能催化雜質(zhì)蛋白分解。 2．(實(shí)驗(yàn)探究類)某生物興趣小組開展DNA粗提取的相關(guān)探究活動(dòng)，具體步驟如下： 材料處理：稱取新鮮的花菜、辣椒和蒜黃各2份，每份10 g。剪碎后分成兩組，一組置于20 ℃、另一組置于－20 ℃條件下保存24 h。 DNA粗提?。? 第一步：將上述材料分別放入研缽中，各

28、加入15 mL研磨液，充分研磨。用兩層紗布過濾，取濾液備用。 第二步：先向6只小燒杯中分別注入10 mL濾液，再加入20 mL體積分?jǐn)?shù)為95%的冷酒精溶液，然后用玻璃棒緩緩地向一個(gè)方向攪拌，使絮狀物纏繞在玻璃棒上。 第三步：取6支試管，分別加入等量的2 mol/L NaCl溶液溶解上述絮狀物。 DNA檢測：在上述試管中各加入4 mL二苯胺試劑，混合均勻后，置于沸水中加熱5 min，待試管冷卻后比較溶液的顏色深淺，結(jié)果如表。 材料保存溫度 花菜 辣椒 蒜黃 20 ℃ ＋＋ ＋ ＋＋＋ －20 ℃ ＋＋＋ ＋＋ ＋＋＋＋ (注：“＋”越多表示藍(lán)色越深) 分析上述實(shí)

29、驗(yàn)過程，回答下列問題： (1)該探究性實(shí)驗(yàn)課題名稱是________________________________________________________________________ ________________________。 (2)第二步中“緩緩地”攪拌，這是為了減少________________________________________________________________________。 (3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出結(jié)論并分析。 ①結(jié)論1：與20 ℃相比，相同實(shí)驗(yàn)材料在－20 ℃條件下保存，DNA的提取量較多。 結(jié)論2：___

30、_____________________________________________________________________。 ②針對(duì)結(jié)論1，請(qǐng)?zhí)岢龊侠淼慕忉專篲_______________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)氯仿密度大于水，能使蛋白質(zhì)變性沉淀，與水和DNA均不相溶，且對(duì)DNA影響極小。為了進(jìn)一步提高DNA純度， 依

31、據(jù)氯仿的特性，在DNA粗提取第三步的基礎(chǔ)上繼續(xù)操作的步驟是：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________， 然后用體積分?jǐn)?shù)為95%的冷酒精溶液使DNA析出。 解析：(1)該實(shí)驗(yàn)中把不同的材料在不同條件(溫度)下處理，目的是探究不同材料和不同保存溫度對(duì)DNA提取量的影響。(2)“緩緩地”攪拌是為了減少DNA斷裂。(3)分析表格可得出結(jié)論：①相同材料

32、在－20 ℃條件下保存，DNA的提取量較多。原因可能是低溫抑制了DNA酶的活性，DNA降解速度慢。②等質(zhì)量的不同實(shí)驗(yàn)材料，在相同保存溫度下，從蒜黃中提取的DNA最多。(4)依據(jù)氯仿的特性，可在第三步得到的溶液中加入氯仿，使蛋白質(zhì)變性。 答案：(1)探究不同材料和不同保存溫度對(duì)DNA提取量的影響 (2)DNA斷裂 (3)①等質(zhì)量的不同實(shí)驗(yàn)材料，在相同的保存溫度下，從蒜黃中提取的DNA量最多?、诘蜏匾种屏讼嚓P(guān)酶的活性，DNA降解速度慢 (4)將第三步獲得的溶液與等量的氯仿充分混合，靜置一段時(shí)間，吸取上清液 視角2?　以基礎(chǔ)判斷或案例分析的形式，考查血紅蛋白的提取和分離 3．(實(shí)驗(yàn)裝置圖

33、類)下圖是用除去DNA的濾液進(jìn)行血紅蛋白的提取和分離實(shí)驗(yàn)的裝置，下列有關(guān)敘述不正確的是(　　) A．用圖甲裝置對(duì)濾液進(jìn)行處理，其目的是去除相對(duì)分子質(zhì)量較大的雜質(zhì) B．圖乙裝置的試管中收集到的液體中最先得到的是相對(duì)分子質(zhì)量較大的蛋白質(zhì) C．用圖乙裝置分離血紅蛋白時(shí)，待紅色的蛋白質(zhì)接近色譜柱底端時(shí)，用試管收集流出液，每管收集5 mL，連續(xù)收集 D．圖丙裝置中電泳法分離提純血紅蛋白的原理是血紅蛋白帶有一定量的電荷，在電場的作用下向一極移動(dòng) 解析：選A。用圖甲裝置對(duì)濾液進(jìn)行處理，其目的是除去相對(duì)分子質(zhì)量較小的蛋白質(zhì)。 4．(概念流程圖和實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖類)(2016·江西重點(diǎn)盟校聯(lián)考)血紅蛋

34、白是人和其他脊椎動(dòng)物紅細(xì)胞的主要組成成分，負(fù)責(zé)血液中O2和部分CO2的運(yùn)輸。請(qǐng)根據(jù)血紅蛋白的提取和分離流程圖(如圖1)回答問題： 　　　圖1　　　　　　　　　圖2 (1)將實(shí)驗(yàn)流程圖補(bǔ)充完整：A為_____________，B為_____________。 (2)血紅蛋白的提取方法可以采用____________，洗滌紅細(xì)胞的目的是去除__________，洗滌干凈的標(biāo)志是_____________。 (3)已知某樣品中存在甲、乙、丙、丁、戊五種蛋白質(zhì)分子，其分子大小、所帶電荷的性質(zhì)和數(shù)量情況如圖2所示。 ①將樣品裝入透析袋中透析12 h，若分子乙保留在袋內(nèi)，則分子______

35、___也保留在袋內(nèi)。 ②若用凝膠色譜柱分離樣品中的蛋白質(zhì)，則分子________移動(dòng)速度最快。 ③若將樣品以2 000 r/min的速度離心10 min，分子戊存在于沉淀中，則分子__________可能不存在于沉淀中。 解析：(1)參照課本流程圖即可。(2)用凝膠色譜法分離各種大分子物質(zhì)時(shí)，大分子物質(zhì)先洗脫出來，然后是小分子物質(zhì)。大分子物質(zhì)由于直徑較大，不易進(jìn)入凝膠顆粒的微孔，而只能分布于顆粒之間，所以向下移動(dòng)的速度較快。小分子物質(zhì)除了可在凝膠顆粒間隙中擴(kuò)散外，還可以進(jìn)入凝膠顆粒的微孔中，即進(jìn)入另一凝膠顆粒，在向下移動(dòng)的過程中，從一個(gè)凝膠內(nèi)擴(kuò)散到顆粒間隙后再進(jìn)入另一凝膠顆粒，如此不斷地

36、進(jìn)入和擴(kuò)散，小分子物質(zhì)的下移速度落后于大分子物質(zhì)，從而落后于大分子物質(zhì)洗脫出來。血紅蛋白的提取方法可以采用凝膠色譜法，洗滌紅細(xì)胞的目的是去除雜蛋白，洗滌干凈的標(biāo)志是上清液不再呈現(xiàn)黃色。(3)保留在袋內(nèi)的是分子量大的分子，分子丙和丁的分子量更大。用凝膠色譜法分離各種大分子物質(zhì)時(shí)，大分子物質(zhì)先洗脫出來，所以丙移動(dòng)最快。分子戊存在于沉淀中，則分子甲可能不存在于沉淀中。因?yàn)榧追肿恿啃。瑧?yīng)分布在稍上的區(qū)域中。 答案：(1)血紅蛋白的釋放　樣品的加入和洗脫 (2)凝膠色譜法　雜蛋白　上清液不再呈現(xiàn)黃色 (3)①丙和丁?、诒、奂? 易錯(cuò)點(diǎn)1　酶的應(yīng)用易錯(cuò)點(diǎn) [點(diǎn)撥]　(1)在蘋果泥和果膠酶混合

37、之前，一定要保證底物和酶達(dá)到所要求的溫度或pH條件，以避免混合后條件的變化，確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性。 (2)同等條件下的酶促反應(yīng)速率的快慢可以表示酶活性的高低，但酶活性與酶促反應(yīng)速率仍然是兩個(gè)完全不同的概念，其影響因素也不完全相同，如酶的濃度、反應(yīng)物的濃度可以影響酶促反應(yīng)速率，但不能影響酶的活性。 易錯(cuò)點(diǎn)2　固定化實(shí)驗(yàn)中的易錯(cuò)點(diǎn) [點(diǎn)撥]　(1)海藻酸鈉溶液的濃度對(duì)包埋酵母細(xì)胞數(shù)量的影響 ①海藻酸鈉溶液濃度過高，將很難形成凝膠珠； ②濃度過低，形成的凝膠珠所包埋的酵母細(xì)胞的數(shù)量少。 (2)海藻酸鈉溶液配制注意事項(xiàng) ①海藻酸鈉溶化時(shí)要用小火或間斷加熱，避免海藻酸鈉發(fā)生焦糊； ②將溶

38、化后的海藻酸鈉先冷卻至室溫，再與酵母細(xì)胞混合，避免高溫殺死酵母細(xì)胞； ③固定化酵母細(xì)胞時(shí)，應(yīng)將海藻酸鈉酵母細(xì)胞的混合液用注射器緩慢滴加到CaCl2溶液中，而不是注射，以免影響凝膠珠的形成。 ?微觀清障 (1)酶的活性不能等同于酶促反應(yīng)速度。(　　) (2)加酶洗衣粉一定比普通洗衣粉洗滌效果好。(　　) (3)“探究加酶洗衣粉和普通洗衣粉的洗滌效果”可先用熱水溶解洗衣粉，再將水溫調(diào)節(jié)到最適溫度。(　　) (4)相同pH時(shí)加酶洗衣粉洗滌效果好于普通洗衣粉。(　　) (5)從酶的固定方式看，吸附法比化學(xué)結(jié)合法對(duì)酶活性影響小。(　　) (6)利用固定化酵母細(xì)胞進(jìn)行發(fā)酵，糖類的作用只是作

39、為反應(yīng)底物。(　　) 答案：(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)× 1．(2015·高考海南卷)生產(chǎn)果汁時(shí)，用果膠酶處理果泥可提高果汁的出汁量?；卮鹣铝杏嘘P(guān)問題： (1)某同學(xué)用三種來源的果膠酶進(jìn)行三組實(shí)驗(yàn)，各組實(shí)驗(yàn)除酶的來源不同外，其他條件都相同，測定各組的出汁量，據(jù)此計(jì)算各組果膠酶活性的平均值并進(jìn)行比較。這一實(shí)驗(yàn)的目的是________________________________________________________________________。 (2)現(xiàn)有一種新分離出來的果膠酶，為探究其最適溫度，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)：取試管16支。分別加

40、入等量的果泥、果膠酶、緩沖液，混勻，平均分為4組，分別置于0 ℃、5 ℃、10 ℃、40 ℃下保溫相同時(shí)間，然后，測定各試管中的出汁量并計(jì)算各組出汁量平均值。該實(shí)驗(yàn)溫度設(shè)置的不足之處有________________和________________。 (3)某同學(xué)取5組試管(A～E)分別加入等量的同種果泥，在A、B、C、D 4個(gè)實(shí)驗(yàn)組的試管中分別加入等量的緩沖液和不同量的同種果膠酶，然后，補(bǔ)充蒸餾水使4組試管內(nèi)液體體積相同；E組加入蒸餾水使試管中液體體積與實(shí)驗(yàn)組相同。將5組試管置于適宜溫度下保溫一定時(shí)間后，測定各組的出汁量。通過A～D組實(shí)驗(yàn)可比較不同實(shí)驗(yàn)組出汁量的差異。本實(shí)驗(yàn)中，若要檢測加

41、入酶的量等于0而其他條件均與實(shí)驗(yàn)組相同時(shí)的出汁量，E組設(shè)計(jì)________(填“能”或“不能”)達(dá)到目的，其原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 [導(dǎo)學(xué)號(hào)29520665]　解析：(1)利用不同來源的果膠酶處理果泥，檢測各組出汁量，據(jù)此可以比較不同來源的果膠酶的活性大小。(2)探究果膠酶的最適溫度時(shí)，一般在20～70 ℃范圍內(nèi)，每隔

42、5 ℃進(jìn)行梯度設(shè)計(jì)。顯然題中溫度設(shè)置過低，溫度梯度設(shè)置不均。(3)本實(shí)驗(yàn)的目的是檢測不同量的同種果膠酶下的出汁量的差異，為保證單一變量，A～E組都應(yīng)加入等量緩沖溶液。 答案：(1)比較不同來源果膠酶的活性　(2)溫度范圍設(shè)置不合理　溫度梯度設(shè)置不合理　(3)不能　未加入緩沖液 2. (2016·山東聊城一中高三調(diào)研)圖1表示制備固定化酵母細(xì)胞的有關(guān)操作和利用固定化酵母細(xì)胞進(jìn)行酒精發(fā)酵的示意圖，圖2是“DNA粗提取與鑒定”相關(guān)實(shí)驗(yàn)步驟。請(qǐng)回答下列問題： 圖1 圖2 (1)圖1中，X溶液為____________，其作用是使________________________。

43、發(fā)酵過程中用攪拌器攪拌的目的是使________________________________________________________________________ ____________。 (2)在用海藻酸鈉包埋酵母菌形成凝膠珠的過程中，加熱溶解海藻酸鈉時(shí)需注意用________加熱，然后將溶化好的海藻酸鈉溶液________后，再加入酵母菌充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆颉? (3)圖2中，a表示釋放核物質(zhì)后進(jìn)行過濾的過程，過濾后取________(填“濾液”或“析出物”)進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)；b表示的相關(guān)操作過程中，加入2 mol/L NaCl溶液的作用是______________

44、__；c表示在濾液中加入冷卻的95%的酒精，其目的是________________________________________________________________________ ________________。 [導(dǎo)學(xué)號(hào)29520666]　解析：(1)在制備凝膠珠時(shí)需要用CaCl2溶液，海藻酸鈉遇到鈣離子可迅速發(fā)生離子交換，生成凝膠珠，利用這種性質(zhì)，將海藻酸鈉溶液滴入含有鈣離子的水溶液中可產(chǎn)生海藻酸鈣膠球。(2)為了防止海藻酸鈉焦糊，加熱溶解海藻酸鈉時(shí)需注意用小火(或間斷)加熱，然后將溶化好的海藻酸鈉溶液冷卻后，再加入酵母菌充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，防止酵母菌在高溫下死亡?

45、3)在提取DNA的過程中，首先用清水使血細(xì)胞吸水漲破釋放核物質(zhì)，由于DNA可以溶解于清水中，因此進(jìn)行過濾后應(yīng)取濾液進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)。DNA在2 mol/L NaCl溶液中溶解度最高，DNA不溶于冷卻的95%的酒精。 答案：(1)CaCl2溶液　海藻酸鈉形成凝膠珠　培養(yǎng)液與酵母菌充分接觸 (2)小火(或間斷)　冷卻(至室溫) (3)濾液　溶解DNA分子　提取雜質(zhì)更少的DNA(或去除脂溶性雜質(zhì)) 3．(2016·河北冀州中學(xué)高三仿真)在遺傳病及刑偵破案中常需要對(duì)樣品DNA進(jìn)行分析，PCR技術(shù)能快速擴(kuò)增DNA片段，在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)復(fù)制出上百萬份的DNA拷貝，有效地解決了因?yàn)闃悠分蠨NA含量太低而難

46、以對(duì)樣品進(jìn)行分析研究的問題。據(jù)圖回答相關(guān)問題： (1)在相應(yīng)的橫線上寫出引物Ⅱ，并在復(fù)性這一步驟中將引物Ⅱ置于合適的位置。 (2)在相應(yīng)的橫線上寫出循環(huán)一次后生成的DNA分子。 (3)若將作為原料的四種脫氧核苷酸用32P標(biāo)記，請(qǐng)分析循環(huán)一次后生成的DNA分子的特點(diǎn)：________________________，循環(huán)n次后生成的DNA分子中不含放射性的單鏈占總單鏈的比例為________。 (4)PCR反應(yīng)過程的前提條件是________，PCR技術(shù)利用DNA的________原理解決了這個(gè)問題。 (5)在對(duì)樣品DNA進(jìn)行分析的過程中發(fā)現(xiàn)，DNA摻雜著一些組蛋白，要去除這些組蛋

47、白可加入的物質(zhì)是________。 [導(dǎo)學(xué)號(hào)29520667]　解析：(1)DNA聚合酶不能從頭開始合成DNA，只能從3′端延伸DNA鏈，所以引物就提供了3′端，子鏈延伸方向?yàn)?′→3′，引物Ⅰ與b鏈部分堿基互補(bǔ)，引物Ⅱ則與a鏈部分堿基互補(bǔ)，且連接到a鏈的3′端，故引物Ⅱ的結(jié)構(gòu)為5′—G—A—OH。(2)經(jīng)過一次循環(huán)后，產(chǎn)生的兩個(gè)DNA分子分別含有引物Ⅰ和引物Ⅱ。(3)由于作為原料的四種脫氧核苷酸被32P標(biāo)記，所以新合成的子鏈均含有放射性，一次循環(huán)后的兩個(gè)DNA各有一條鏈含32P，若復(fù)制n次，共產(chǎn)生子鏈2n×2條；其中只有2條DNA母鏈不含32P，則其所占比例為2/(2n×2)＝1/2n。(

48、4)DNA復(fù)制是以兩條母鏈為模板，按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則進(jìn)行的。因此，首先要解旋，使兩條母鏈堿基暴露出來，才能按照堿基互補(bǔ)配對(duì)的原則把相應(yīng)的核苷酸一個(gè)個(gè)地連接起來。DNA分子在80 ～100 ℃的溫度范圍內(nèi)變性，雙鏈解開成單鏈，當(dāng)溫度慢慢降低時(shí)，又能重新結(jié)合形成雙鏈。(5)本題考查了DNA中雜質(zhì)蛋白質(zhì)的去除，利用酶的專一性，應(yīng)加入蛋白酶。 答案：(1)5′—G—A—OH HO—A—G—5′ 5′—G—G……T—C—3′ (2)3′—C—C……A—G—5′　5′—G—G……T—C—3′ 5′—G—G……T—C—3′　3′—C—C……A—G—5′ (3)每個(gè)DNA分子各有一條鏈含32P

49、　1/2n (4)DNA解旋　熱變性 (5)蛋白酶 4．隨著人類基因組計(jì)劃的進(jìn)展和多種生物基因組測序工作的完成，人類跨入了后基因組和蛋白質(zhì)組時(shí)代。對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行研究時(shí)，首先要獲得純度較高的蛋白質(zhì)。下圖是某生物興趣小組在“蛋白質(zhì)的提取和分離”實(shí)驗(yàn)中，準(zhǔn)備從豬的血液中初步提取血紅蛋白，設(shè)計(jì)的“血紅蛋白提取、分離”流程圖： →→→ 請(qǐng)回答下列有關(guān)問題： (1)樣品處理中紅細(xì)胞的洗滌要用________反復(fù)沖洗、離心。向紅細(xì)胞懸液中加入一定量的低濃度pH 7.0的緩沖液并充分?jǐn)嚢?，可以破碎紅細(xì)胞，破碎細(xì)胞的原理是：____________________。 (2)血紅蛋白粗分離階段，透析的

50、目的是________________________，若要盡快達(dá)到理想的透析效果，可以________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________(寫出一種方法)。 (3)電泳利用了待分離樣品中各種分子的____________________________等的差異，而產(chǎn)生不同遷移速度，實(shí)現(xiàn)各種分子的分離。 (4)一同學(xué)通過血紅蛋白醋酸纖維薄膜電泳，觀察

51、到正常人和鐮刀型細(xì)胞貧血癥患者的血紅蛋白電泳結(jié)果如圖所示。由圖可知攜帶者有________種血紅蛋白，從分子遺傳學(xué)的角度作出的解釋是________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 [導(dǎo)學(xué)號(hào)29520668]　解析：(1)洗滌紅細(xì)胞所用的溶液是生理鹽水，根據(jù)滲透作用原理，將紅細(xì)胞置于低滲溶液中，紅細(xì)胞會(huì)吸水漲破，釋放出血紅蛋白。(2)血紅蛋白粗分離階段，透析的目的是

52、除去樣品中的小分子雜質(zhì)；可通過增加緩沖液的量或及時(shí)更換緩沖液等方法縮短透析時(shí)間，能盡快達(dá)到理想的透析效果。(3)由于各種分子帶電性質(zhì)以及分子大小、形狀等的差異，在電泳過程中會(huì)產(chǎn)生不同的遷移速度，從而實(shí)現(xiàn)各種分子的分離。(4)根據(jù)圖示可知，鐮刀型細(xì)胞貧血癥的攜帶者含有兩種血紅蛋白，原因是攜帶者具有(控制血紅蛋白的)一對(duì)等位基因，分別控制合成兩種不同的蛋白質(zhì)。 答案：(1)生理鹽水　滲透原理(當(dāng)外界溶液濃度低于動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)液濃度時(shí)，細(xì)胞吸水漲破) (2)除去小分子雜質(zhì)　增加緩沖液的量或及時(shí)更換緩沖液 (3)帶電性質(zhì)以及分子大小、形狀 (4)兩　攜帶者具有(控制血紅蛋白的)一對(duì)等位基因，可以控制合成兩種不同的蛋白質(zhì) 15