1、专题5 DNA和蛋白质技术 课题1 DNA的粗提取与鉴定 一、基础知识 1.提取DNA 的方法和原理:(1)提取生物大分子的基本思路:选用一定的物理或化学方法分离具有_ _的生物大分子。(2)提取DNA的方法:利用DNA与RNA、_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。必备知识自主学习 不同物 理或化学性质 蛋白质 2.DNA的溶解性:(1)DNA在NaCl溶液中的溶解度:据图分析可知,DNA在不同浓度的NaCl溶液 中的溶解度不同,其中在_NaCl 溶液中溶解度最低。(2)DNA在酒精溶液中的溶解性:DNA_酒精溶液,但是细胞中的某些蛋白质 _酒精溶液。0.14 m
2、ol/L 不溶于 溶于 3.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_,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_的高温,而DNA在_ 以上才会变性。(3)对洗涤剂的耐受性:洗涤剂能够瓦解_,但对DNA没有影响。4.DNA的鉴定:在_的条件下,DNA与_反应呈现蓝色。蛋白质 6080 80 细胞膜 沸水浴 二苯胺 二、实验设计 1.实验材料的选取:选用DNA含量_的生物组织。2.破碎细胞,获取含DNA的滤液:(1)动物细胞的破碎。选材及方法:选用动物细胞作为实验材料时,由于其无_,因此可直接采 用吸水涨破的方法。过程:以鸡血为例。在鸡血细胞液中加
3、入一定量的_,同时用_搅拌,细胞会吸水涨破,然 后用纱布过滤,过滤后收集滤液即可。相对较高 细胞壁 蒸馏水 玻璃棒(2)植物细胞的破碎。方法:需要先用_溶解细胞膜。过程:以提取洋葱的DNA为例。在切碎的洋葱中加入一定的_,进行充分地搅拌和_,过滤后收 集研磨液。洗涤剂 洗涤剂和食盐 研磨 3.去除滤液中的杂质:方案一利用DNA 在不同浓度的NaCl溶液中_不同,通过控制 NaCl溶液的_去除杂质方案二直接在滤液中加入_,反应1015 min,嫩肉粉中的 _能够分解蛋白质方案三将滤液放在_的恒温水浴箱中保温1015 min,注意严格控制温度范围溶解度 浓度 嫩肉粉 木瓜蛋白酶 6075 4.DN
4、A的析出:利用DNA不溶于_这一原理,可从DNA溶液中析出比 较纯净的DNA,此时DNA的形态为_。5.DNA的鉴定:将析出的DNA溶解于5 mL物质的量浓度为_中,再加入4 mL的_试剂,沸水浴加热5 min,冷却后观察溶液的颜色,同时设 计不含DNA的NaCl溶液作为对照。冷却的酒精溶液 白色丝状物 2 mol/L 的NaCl溶液 二苯胺 三、操作提示 1.以血液为实验材料时,每100 mL血液中需要加入3 g柠檬酸钠,目的是_ _。2.加入洗涤剂后,动作要轻缓、柔和,否则容易产生_,不利于后续步 骤的操作。加入酒精和用玻璃棒搅拌时,动作要轻缓,以免加剧_,导致DNA 分子不能形成絮状沉淀
5、。3.鉴定DNA 用的二苯胺试剂要_,否则会影响鉴定的效果。防止血 液凝固 大量的泡沫 DNA分子的断裂 现配现用【易错辨析】1.DNA和蛋白质等其他成分在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同,但它们都能溶 于酒精溶液。()分析:DNA不溶于酒精溶液,而某些蛋白质等杂质可以溶于酒精溶液。2.制备鸡血细胞液的过程中,加入柠檬酸钠的目的是加快DNA析出。()分析:柠檬酸钠是抗凝血物质,可防止凝血,有利于鸡血细胞液的制备。3.蛋白酶只能水解蛋白质,不能水解DNA。()4.在用95%的冷酒精析出DNA时,应用玻璃棒沿同一个方向轻轻搅拌。()5.在实验中两次加入蒸馏水,均是为了析出DNA。()分析:两次加
6、蒸馏水,第一次是为了使细胞吸水破裂释放出核物质(DNA),第二次 是为了降低NaCl溶液的浓度使DNA析出。6.在析出DNA时,要缓缓加入蒸馏水,直到出现絮状物为止。()分析:出现絮状物时表明开始析出DNA,应继续缓缓加入蒸馏水,直到白色的絮状 物不再增加为止。7.洗涤剂能瓦解细胞膜并增加DNA在NaCl溶液中的溶解度。()分析:洗涤剂可以溶解细胞的细胞膜,但不能增加DNA在NaCl溶液中的溶解度。关键能力合作学习 一、DNA与蛋白质在理化性质方面的差异 比较项目 DNA 蛋白质 在NaCl溶液 中的溶解性 2 mol/L 溶解 盐析 0.14 mol/L 析出 溶解 溶解规律 随NaCl溶液
7、 浓度的升高,溶 解度逐渐降低 在酒精溶液中的溶解性 析出 溶解 对高温的耐受性 80 以上才会变性 不能忍受6080 比较项目 DNA 蛋白质 对蛋白酶的耐受性 无影响 水解 鉴定方法 与二苯胺在 沸水浴条件 下反应呈蓝色 与双缩脲试剂 反应呈紫色 易错提醒:根据DNA的溶解性判断DNA的去向(1)DNA在2 mol/L的NaCl溶液中溶解,过滤后要保留滤液,不要舍弃滤液,否则提取不到DNA。(2)DNA在0.14 mol/L 的NaCl溶液中析出,过滤后要保留黏稠物,舍弃滤液,否则提取不到DNA。(3)DNA在酒精溶液中析出,用玻璃棒卷起丝状物即可,不用过滤。【选修对接必修】对接必修1:酶
8、的特性(1)蛋白酶能水解蛋白质,但是对DNA没有影响,说明酶具有_的特点。(2)大多数蛋白质不能忍受6080 的高温,原因是_ _。DNA在80 以上才会变性,说明_。对接必修1:观察细胞中的DNA和RNA分布(1)鸡血细胞的DNA主要分布在_内,另外还存在于_中,RNA大部分 存在于_中。(2)甲基绿使DNA呈现_,吡罗红使 RNA呈现_。专一性 高温能破坏蛋白质的空 间结构 DNA能耐高温 细胞核 线粒体 细胞质 绿色 红色【典题通关】DNA在NaCl溶液中的溶解度随着NaCl溶液浓度的变化而变化。回答下列问题。(1)在下列NaCl溶液中选出溶解度能使DNA析出最彻底的一种_和溶解度最高的
9、一种_(在画线处填选项)。A.0.14 mol/L B.2 mol/L C.0.15 mol/L D.0.3 mol/L(2)DNA不溶于酒精溶液,但细胞中的某些物质,却可以溶于酒精溶液,利用这一原理可以_,可以推测溶于酒精中的物质可能有_。(3)利用DNA遇_呈蓝色的特性,将该物质作为鉴定DNA的试剂,需要的反应条件是_。【解题关键】解答本题的关键:(1)明确DNA在NaCl溶液中的溶解度变化。(2)分析细胞中的物质成分。【解析】(1)DNA在0.14 mol/L NaCl溶液中的溶解度最低,超过或低于该浓度,DNA的溶解度逐渐变大。(2)细胞中除含DNA外,还含有蛋白质、脂质、糖类和其他大
10、分子物质。(3)在沸水浴的条件下,DNA与二苯胺反应呈蓝色。答案:(1)A B(2)除去杂质 某些蛋白质、脂质、糖类和其他大分子物质(3)二苯胺 沸水中水浴加热 【方法规律】DNA的溶解性和鉴定方法(1)DNA在NaCl溶液中的溶解度,随着NaCl溶液浓度变化而改变。当NaCl溶液的物质的量浓度为2 mol/L时,DNA的溶解度较大,浓度为0.14 mol/L时,DNA的溶解度最低。利用这一原理,可以使溶解在氯化钠溶液中的DNA析出。(2)DNA不溶于酒精溶液,但是细胞中的某些物质则可以溶于酒精溶液。利用这一原理,可以进一步提取出含杂质较少的DNA。(3)DNA中含有脱氧核糖,能与二苯胺(沸水
11、浴)反应生成蓝色物质,因此,二苯胺可以作为鉴定DNA的试剂。【跟踪小练】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0.14 mol/L NaCl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【解题关键】解答本题的关键有以下三点:(1)DNA和蛋白质的溶解性差异。(2)DNA和蛋白质对温度的耐受性的差异。(3)DNA和蛋白质对酶的
12、耐受性的差异。【解析】选D。DNA不溶于酒精,而蛋白质等杂质溶于酒精,A项不正确。蛋白质比DNA对温度的耐受性更差,因此更容易变性,B项不正确。DNA在0.14 mol/L NaCl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项不正确。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项正确。【互动探究】在DNA的粗提取过程中,使用嫩肉粉分离DNA与蛋白质的原理是什么?提示:利用了酶的专一性,嫩肉粉中的木瓜蛋白酶只能催化蛋白质水解,不能催化DNA水解。2.关于DNA粗提取的实验材料的选择,也经过了多次实验
13、效果的比较,最终选择鸡血作为实验材料。请回答下列问题:(1)鸡血细胞中红细胞有_。家鸡属于鸟类,新陈代谢旺盛,因而血液中_细胞数目较多,可以提供丰富的_。(2)生活在牧区的人们,采集牛、羊和马血比较方便,若他们按实验要求完成实验步骤后,结果是_,这是因为这些动物和人一样,成熟的红细胞中_。但若改用动物肝脏作为实验材料,实验就能顺利进行,这是因为_。(3)若选用洋葱作为实验材料,需将洋葱切碎后,加入一定量的_,进行_。【解析】(1)选用鸡红细胞是因为鸟类红细胞中有细胞核,其代谢旺盛,红细胞数目多,DNA较易提取。(2)哺乳动物成熟的红细胞中无细胞核,提取不到DNA,而肝脏细胞中有细胞核,可以作为
14、提取DNA的材料。(3)植物细胞由于具有细胞壁,无法吸水破裂,因此必须进行研磨后,才能提取。答案:(1)细胞核 红 DNA(2)很难提取到DNA 无细胞核 肝细胞有细胞核(3)洗涤剂和食盐 搅拌和研磨 【互动探究】(1)生活在海边的人们能不能用鱼血作为提取DNA的材料?为什么?提示:能。鱼血细胞内有细胞核,其中含有DNA。(2)选用洋葱做实验时,为了使研磨更充分,能不能添加二氧化硅?解释原因。提示:可以。二氧化硅有助于研磨,对于破坏植物细胞有很好的辅助作用。二、DNA的粗提取与鉴定的实验操作 2.以菜花为实验材料进行DNA的粗提取:3.DNA的鉴定:(1)实验原理:DNA+二苯胺蓝色(2)实验
15、装置:如图。(3)实验步骤。实验步骤 1号试管 2号试管 2 mol/L NaCl溶液 5 mL 5 mL DNA丝状物 不加 加入 加入二苯胺试剂 4 mL 4 mL 沸水浴 5 min 5 min 实验结果 不变蓝 变蓝 4.结果分析:(1)观察提取的DNA颜色:如果不是白色丝状物,说明DNA中的杂质较多。(2)二苯胺法鉴定:二苯胺鉴定出现蓝色说明实验基本成功,如果不呈现蓝色,可能所提取的DNA含量低,或是实验操作中出现错误,需要重新提取。易错提醒:影响DNA粗提取与鉴定实验成功的两个关键(1)提取DNA时所用的容器最好选用塑料容器,因为DNA 容易附着在玻璃容器上,用玻璃容器会减少DNA
16、的提取量。(2)过滤含DNA 的滤液时,不能用滤纸代替纱布,否则会因DNA被吸附到滤纸上而损失大量DNA。5.与DNA的提取与鉴定有关试剂的用途及原理:试剂 浓度 用途 原理 NaCl 溶液 2 mol/L 溶解DNA DNA在NaCl溶液中的溶解度随溶液浓度的变化而改变,溶解度在 2 mol/L时较大、0.14 mol/L时最小 0.14 mol/L 析出DNA 酒精 95%(体 积分数)除杂质以 提纯DNA DNA不溶于酒精,但是细胞中的某些蛋白质则溶于酒精 二苯 胺 鉴定剂 DNA遇二苯胺(沸水浴)会变成蓝色 柠檬 酸钠 0.1 g/mL 抗凝剂 除去血液中的钙离子,防止血液凝固【典题通
17、关】如图是利用鸡血进行DNA粗提取的基本操作,回答下列问题。(1)若乙为鸡血细胞液,则甲为_,该操作的实验目的是_。(2)若乙为含DNA的浓NaCl溶液,则甲为_,该操作的实验目的是去除_(填“不溶”或“可溶”)性杂质。(3)若该操作玻璃棒上能卷起白色丝状物,则甲为_。【解题关键】解答本题应注意:(1)明确烧杯中的液体成分;(2)分析DNA在NaCl溶液中的溶解度。【解析】(1)向鸡血细胞液中加蒸馏水,其目的是使鸡血细胞吸水涨破释放出DNA。(2)向含DNA的浓NaCl溶液中加入蒸馏水,DNA溶解度降低会析出,从而去除可溶性杂质。(3)DNA和杂质分子在95%的冷酒精溶液中溶解度存在差异,DN
18、A不溶于酒精溶液,但细胞中的某些蛋白质溶于酒精溶液,故可去除溶于酒精溶液的杂质,向烧杯内溶解有DNA的NaCl溶液中加入95%的冷酒精溶液,可用玻璃棒卷起白色丝状物(DNA)。答案:(1)蒸馏水 使鸡血细胞吸水涨破释放出DNA(2)蒸馏水 可溶(3)95%的冷酒精溶液【误区警示】(1)第(2)小题误认为加蒸馏水溶解DNA,从而错误认为加蒸馏水的目的是去除不溶性杂质。(2)第(3)小题误认为加蒸馏水析出DNA,其实是用95%的冷酒精溶液进一步纯化DNA。【跟踪小练】1.在利用鸡血进行“DNA的粗提取与鉴定”的实验中,下列叙述正确的是()A.用蒸馏水将NaCl溶液浓度调至0.14 mol/L,滤去
19、析出物 B.调节NaCl溶液浓度或加入木瓜蛋白酶,都可以去除部分杂质 C.将丝状物溶解在2 mol/L NaCl溶液中,加入二苯胺试剂即呈蓝色 D.由于DNA对高温耐受性较差,故需向DNA滤液中加入冷酒精【解析】选B。DNA在浓度为0.14 mol/L NaCl溶液中的溶解度最低,因此用蒸馏水将NaCl溶液浓度调至0.14 mol/L,DNA析出,应该去除滤液,A错误;根据DNA和蛋白质的溶解度以及对酶的耐受性不同,调节NaCl溶液浓度或加入木瓜蛋白酶,都可以去除部分杂质,B正确;将丝状物溶解在2 mol/L NaCl溶液中,加入二苯胺试剂后要经过沸水浴才能呈现蓝色,C错误;由于DNA不溶于酒
20、精,蛋白质溶于酒精,因此需向DNA滤液中加入冷酒精以进一步纯化DNA,D错误。【补偿训练】(2020菏泽高二检测)某同学用菜花进行DNA 粗提取和鉴定实验,下列操作错误的是()A.加入洗涤剂后用力进行快速、充分的研磨 B.用蛋白酶纯化过滤后的研磨液中的DNA C.加入酒精溶液后用玻璃棒轻缓搅拌 D.加二苯胺试剂摇匀后沸水浴加热 【解析】选A。加入洗涤剂后研磨动作要轻缓、柔和,否则容易产生大量的泡沫,不利于后续步骤的操作,A错误;利用蛋白酶分解杂质蛋白质,从而使DNA与蛋白质分开,起到纯化的作用,B正确;加入酒精溶液,静置23 min后,溶液中出现的白色丝状物就是粗提取的DNA,用玻璃棒沿一个方
21、向轻缓搅拌,防止断裂,C正确;用二苯胺鉴定DNA需要沸水浴加热,D正确。2.回答下列有关“DNA的粗提取与鉴定”实验的问题。下图为该实验过程中的一些重要操作示意图。(1)正确的操作顺序是_。(请用字母和箭头表示)(2)上图C、E步骤都加入蒸馏水,但其目的不同,分别是_和_。(3)上图A步骤中所用酒精必须是经过_的才能使用,该步骤的目的是_。(4)为鉴定A中所得到的丝状物的主要成分为DNA,可滴加_试剂后沸水浴,如果出现_则证明该丝状物的主要成分为DNA。【解题关键】解答本题需要从以下两点理解实验操作步骤:(1)烧杯内含有什么物质。(2)添加的物质是什么。【解析】(1)(2)图A为往含DNA的浓
22、NaCl溶液中加入95%酒精溶液,目的是提取较纯净的DNA。图B为单层纱布过滤,目的是获得含DNA的滤液。图C为往鸡血细胞液中添加蒸馏水,目的是破碎细胞,释放核物质。图D为往2 mol/L NaCl溶液中加入DNA丝状物,目的是溶解DNA。图E为往DNA浓NaCl溶液中加入蒸馏水,目的是降低NaCl溶液的浓度,析出DNA。根据DNA粗提取的实验流程:破碎细胞(释放DNA)过滤溶解核内DNA过滤析出DNA过滤DNA再溶解提取含杂质较少的DNA。可以判断正确的操作顺序为:CBEDA。(3)图A为往含DNA的浓NaCl溶液中加入95%酒精溶液,目的是提取较纯净的DNA。因为DNA在冷却的酒精溶液中溶
23、解度更低,因此需要将酒精溶液充分预冷后使用。(4)鉴定DNA可以利用二苯胺试剂,DNA与该试剂在沸水浴的条件下变蓝色。答案:(1)CBEDA(2)加速细胞的破裂 降低NaCl溶液的浓度,使DNA析出(3)充分预冷 提取含杂质较少(或较纯净)的DNA(4)二苯胺 蓝色 【知识总结】DNA粗提取与鉴定实验中四个关键操作的目的(1)两次加入蒸馏水:次数实验步骤目的第一次第(1)步使鸡血细胞吸水涨破第二次第(5)步稀释NaCl溶液,使DNA 逐渐析出(2)三次加NaCl溶液:次数 实验步骤 目的 第一次 第(3)步 溶解DNA,析出蛋白质等杂质 第二次 第(7)步 使DNA再溶解,为了获得含杂质较少的
24、DNA 第三次 DNA 鉴定 溶解DNA,以便DNA与二苯胺反应(3)三次过滤:次数纱布层数目的第一次单层除去细胞破碎后的细胞膜、核膜、糖类、蛋白质等,获得含核物质的滤液第二次两层除去不溶于2 mol/L NaCl溶液中的 蛋白质等杂质,获得含DNA的滤液第三次多层除去溶于0.14 mol/L NaCl溶液中的 杂质,获得含DNA的丝状物(4)六次搅拌:次数 实验操作 目 的 第一次 搅拌加蒸馏水的鸡血细胞液 加速细胞破裂 第二次 搅拌含DNA的高浓度盐溶液 加速DNA的溶解 第三次 搅拌加蒸馏水的NaCl溶液 析出DNA 第四次 搅拌含DNA的高浓度盐溶液 加速DNA的溶解 第五次 搅拌含DNA 的酒精溶液 提取含杂质 较少的DNA 第六次 搅拌含DNA 白色 丝状物的盐溶液 加速DNA的溶解
