1、专题5 DNA和蛋白质技术 课题1 DNA的粗提取与鉴定 学习目标:1.了解 DNA 的物理、化学性质。(重点)2.理解 DNA粗提取以及 DNA 鉴定的原理。(重点)3.尝试对植物或动物组织中的 DNA 进行粗提取。(难点)自 主 预 习 探 新 知 1提取 DNA 的思路及原理(1)基本思路 提取生物大分子的基本思路是选用一定的_方法分离具有不同_的生物大分子。对于 DNA 的粗提取而言,就是要利用 DNA 与 RNA、蛋白质和脂质等在_方面的差异,提取 DNA,去除其他成分。物理或化学物理或化学性质物理或化学性质(2)实验原理 分离原理:DNA 和蛋白质等其他成分在不同浓度的_溶液中溶解
2、度不同,利用这一特点,选择适当的_就能使_充分溶解,而使_沉淀,或者相反,以达到分离的目的。NaCl 盐浓度DNA 杂质提纯原理:_不溶于酒精溶液,但是细胞中的某些蛋白质则可溶于酒精。_能水解蛋白质,但对 DNA 没有影响。大多数蛋白质不能忍受 6080 的高温,而 DNA 在_以上才会变性。_能够瓦解细胞膜,但对 DNA 没有影响。DNA 蛋白酶80 洗涤剂鉴定原理:DNA二苯胺沸水浴_。蓝色2实验设计(1)方法步骤 实验材料的选取:选用_含量相对较高的生物组织。破碎细胞,获取含 DNA 的滤液: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_,同时用_搅拌,过滤后收集滤液即可。植物细
3、胞的破碎以洋葱为例:先将洋葱切碎,然后加入一定的_,进行充分地搅拌和_,过滤后收集研磨液。DNA 蒸馏水玻璃棒洗涤剂和食盐研磨去除滤液中的杂质:方案一方案二方案三 利用 DNA 在不同浓度的_溶液中溶解度的不同,通过控制NaCl 溶液的浓度去除杂质直接在滤液中加入_,反应 1015 min,嫩肉粉中的_能够分解蛋白质将滤液放在_的恒温水浴箱中保温1015 min,注意严格控制温度范围 NaCl 嫩肉粉木瓜蛋白酶6075 DNA 的进一步提纯:利用 DNA 不溶于_这一原理,可从溶液中析出较纯净的 DNA,此时 DNA 的状态为_丝状物。DNA 的鉴定:将呈白色丝状物的 DNA 溶解于 5 mL
4、 物质的量浓度为_溶液中,再加入 4 mL 的_试剂,沸水中加热 5 min,冷却后观察溶液的颜色,注意要同时设置对照实验。酒精溶液白色2 mol/L的NaCl二苯胺(2)操作提示 以血液为实验材料时,每 100 mL 血液中需要加入 3 g_,防止血液凝固。加入洗涤剂后,动作要_,否则容易产生大量的_,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_,导致 DNA 分子不能形成_。柠檬酸钠轻缓、柔和泡沫加剧DNA分子的断裂絮状沉淀鉴定 DNA 用的染色剂_试剂要_,否则会影响鉴定的效果。二苯胺现配现用1判断对错(1)用蒸馏水将 NaCl 溶液浓度调至 0.14 mol/L,
5、滤去析出物。()(2)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。()(3)用菜花替代鸡血作为实验材料,其实验操作步骤相同。()(4)调节 NaCl 溶液浓度或加入木瓜蛋白酶,可去除部分杂质。()提示:(1)用蒸馏水将 NaCl 溶液浓度调至 0.14 mol/L 后,过滤并收集析出物。(2)利用二苯胺试剂鉴定 DNA 时,需沸水浴加热几分钟,才呈蓝色。(3)用菜花为实验材料,需加入洗涤剂和食盐,并对材料进行研磨。(4)2在 DNA 粗提取与鉴定实验中,除去杂质时将滤液放在 6075 的恒温水浴箱中保温 1015 min 的目的是()A使 DNA 变性 B使蛋白质
6、变性 C使 DNA 和蛋白质变性D分解蛋白质 B 大多数蛋白质不能忍受 6080 的高温,而 DNA 在 80 以上才会变性。在 6075 的恒温水浴箱中保温 1015 min,目的是使蛋白质变性,然后分离得到 DNA。合 作 探 究 攻 重 难 DNA粗提取的原理和鉴定方法 合作交流 1如何通过控制 NaCl 溶液的浓度使 DNA 在盐溶液中溶解或析出?提示:用物质的量浓度高于或低于 0.14 mol/L 的 NaCl 溶液可溶解 DNA,用物质的量浓度为 0.14 mol/L 的 NaCl 溶液可析出 DNA。2DNA 和蛋白质在酒精中的溶解性有何特点?根据该特点如何将 DNA 与蛋白质进
7、一步分离?提示:DNA 不溶于酒精溶液,某些蛋白质能溶于酒精溶液。向溶解有 DNA 和蛋白质的溶液中加入冷却的酒精溶液,溶液中会出现白色丝状物即 DNA。归纳总结 1DNA 与蛋白质在 NaCl 溶液中的溶解度 项目溶解规律2 mol/L 的 NaCl 溶液0.14 mol/L 的 NaCl 溶液 DNA溶解析出 蛋白质部分发生 盐析沉淀溶解 总结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;选择适当的盐溶液就能使 DNA 充分溶解,而使杂质沉淀,或者相反,以达到分离目的 2.利用耐受性提取 DNA 项目DNA蛋白质 蛋白酶没影响水解 高温80 以上才会变性6080 会变
8、性 洗涤剂没影响瓦解细胞膜 特别提醒:高温和盐溶液对 DNA 和蛋白质的影响不同(1)盐析过程中 DNA 的空间结构不变,没有变性,只是溶解度在不同盐浓度下溶解度不同,因此改变盐浓度,可重新使 DNA 溶解。(2)高温使 DNA 和蛋白质变性时破坏的键不同。DNA 变性时,氢键被破坏;降温时 DNA 能复性,是可逆过程。而蛋白质变性时往往是二硫键被破坏,因此蛋白质变性是不可逆的。典题通关 下列关于“DNA 的粗提取与鉴定”实验的叙述中,正确的是()A用鸡血作为材料,原因是鸡血红细胞有细胞核,其他动物红细胞没有细胞核 B用不同浓度的 NaCl 溶液进行 DNA 粗提取,原因是 DNA 在其中溶解
9、度不同 C用酒精进行提纯,原因是 DNA 溶于酒精,蛋白质不溶于酒精 D用二苯胺试剂进行鉴定,原因是 DNA 溶液中加入二苯胺试剂即呈蓝色 B 只有哺乳动物的成熟红细胞没有细胞核,A 选项错误;DNA不溶于酒精,蛋白质溶于酒精,所以可用冷却的酒精来对 DNA 进行提纯,C 选项错误;DNA 溶液中加入二苯胺试剂后要在沸水浴的情况下才能出现蓝色,D 选项错误。(1)哺乳动物的成熟红细胞为什么适合用于制备细胞膜?(2)将 NaCl 溶液控制在 0.14 mol/L、将滤液溶解于冷却的酒精中,以上两种处理方法的目的是什么?提示:(1)因为哺乳动物的成熟红细胞中无细胞核和其他细胞器,只有细胞膜一种生物
10、膜,所以适合用于制备细胞膜。(2)析出 DNA。1在混合物中提取 DNA 分子的基本思路是()A根据各种大分子的理化性质的差异 B根据各种大分子的理化性质的共性 C根据各种大分子在细胞内的功能 D根据各种大分子的结构和在细胞内的位置 A 提取 DNA 分子是将 DNA 与其他物质分开,因此利用的是大分子的理化性质的差异。2在“DNA 的粗提取与鉴定”实验中,实验原理是利用 DNA在不同浓度的 NaCl 溶液中的溶解度不同来提取的,DNA 的溶解度与图示曲线的对应点相符合的是()Aa 点浓度最适合析出 DNA Bb 点浓度最适合析出 DNA Cc 点浓度最适合析出 DNA Dd 点浓度最适合析出
11、 DNA B 用高浓度的 NaCl 溶液溶解 DNA,能除去在高盐溶液中不能溶解的杂质,用低浓度的 NaCl 溶液使 DNA 析出,能除去溶解在低盐溶液中的杂质,因此,反复溶解、析出 DNA,能除去与 DNA溶解度不同的杂质。从题图可以看出,DNA 在浓度为 0.14 mol/L 的NaCl 溶液中的溶解度最小,因此最适合析出 DNA。DNA粗提取和鉴定的实验设计 合作交流 1可否选用哺乳动物成熟红细胞作实验材料,为什么?提示:不可以,因为哺乳动物成熟红细胞无细胞核。2提取 DNA 时,要加入洗涤剂和食盐并充分研磨,作用分别是什么?提示:洗涤剂是一些离子去污剂,能溶解细胞膜,有利于 DNA的释
12、放;食盐的主要成分是 NaCl,有利于 DNA 的溶解。研磨不充分会使细胞核内的 DNA 释放不完全,提取的 DNA 量少,影响实验结果。3为什么反复地溶解与析出 DNA?提示:用高盐浓度的 NaCl 溶液溶解 DNA,能除去在高盐中不能溶解的杂质;用低盐浓度的 NaCl 溶液使 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。归纳总结 1DNA 的粗提取与鉴定的实验过程 步骤操作方法原理 一、制备鸡血细胞液取 0.3 g/mL 的柠檬酸钠溶液 10 mL,与 100 mL 新鲜的鸡血混匀,然后静置一天或离心机离心约 2
13、3 min,除去上清液防止血液凝固,使血细胞与血浆分离 二、提取细胞核物质取 20 mL 蒸馏水与 510 mL 的鸡血细胞液混合并充分搅拌,然后用 34 层纱布过滤,取滤液于烧杯中 使细胞过度吸水而破裂三、溶解DNA取 2 mol/L 的 NaCl 溶液 40 mL 与上述滤液混合后,用玻璃棒沿一个方向搅拌 1 min,然后过滤 DNA在高浓度NaCl 溶液中溶解度较大 四、析出DNA 并过滤沿烧杯内壁慢慢加入蒸馏水并轻轻搅拌,至白色丝状黏稠物不再增加时停止加水,然后用多层纱布过滤 在一定范围内 DNA 的溶解度随 NaCl溶液浓度的降低而降低 五、DNA的再溶解用镊子夹取纱布上的黏稠物放入
14、 20 mL 浓度为2 mol/L 的 NaCl 溶液中,搅拌至完全溶解,然后用两层纱布过滤,取其滤液放入小烧杯中 DNA在高浓度NaCl 溶液中溶解度较大 六、提取较纯净的DNA取体积分数为 95%的冷却酒精溶液 50 mL,与滤液混合搅拌,待出现丝状物时用玻璃棒将其卷起 DNA不溶于酒精,出现沉淀 七、DNA的鉴定取两支 20 mL 的试管,各加入物质的量浓度为 2 mol/L 的 NaCl 溶液 5 mL,将丝状物放入其中一支试管中,用玻璃棒搅拌,使丝状物溶解。然后,向两支试管中各加入 4 mL 的二苯胺试剂,混合均匀后,将试管置于沸水中加热 5 min,等试管冷却后,观察并且比较两支试
15、管中溶液颜色的变化 DNA 遇二苯胺(沸水浴)会被染成蓝色 2.实验操作分析(1)实验中有 2 次加入蒸馏水,第一次加入的目的是使鸡血细胞吸水涨破,第二次加入的目的是稀释 NaCl 溶液至 0.14 mol/L,从而析出 DNA。(2)实验中有 3 次加入 NaCl,作用均为溶解 DNA。(3)实验中有 4 次过滤:第一次过滤第二次过滤第三次过滤第四次过滤 滤液中含 DNA 的核物质DNA溶于 0.14 mol/L NaCl溶液的杂质DNA纱布上细胞膜、核膜等残片不溶于 2 mol/L NaCl溶液的杂质DNA不溶于 2 mol/L NaCl溶液的杂质 过滤前加 入的物质蒸馏水NaCl 溶液蒸
16、馏水NaCl 溶液 过滤目的去除细胞膜、核膜等杂质去除不溶于2 mol/L NaCl 溶液的杂质去除溶于0.14 mol/L NaCl 溶液的杂质去除不溶于2 mol/L NaCl 溶液的杂质 特别提醒:DNA 的粗提取与鉴定中的注意事项(1)过滤含 DNA 的黏稠物时不能用滤纸代替纱布,否则会因 DNA被吸附到滤纸上,而导致 DNA 大量损失。(2)用玻璃棒搅拌时,动作要缓慢且沿同一方向进行,目的是防止 DNA 被破坏。(3)盛放鸡血细胞液的容器最好是塑料器具,因为 DNA 易被玻璃制品吸附,影响最终的 DNA 提取量。最后提取 DNA 用于鉴定时,可用玻璃棒将 DNA 卷出。(4)二苯胺试
17、剂要现配现用,否则二苯胺会变成浅蓝色,影响鉴定效果。(5)鉴定 DNA 还可使用甲基绿染液,甲基绿染液可将 DNA 染成绿色。典题通关 如图所示为 DNA 的粗提取与鉴定实验的实验步骤,请据图回答下列问题。(1)请写出的实验步骤名称 _;_;_;_。(2)A、B 两支试管中,_试管中含有 DNA,_试管起对照作用。解析 在解答本题时,一定要先将图中的每一步操作都看清楚,然后根据图中的有关文字提示判断每一步实验操作的名称。答案(1)提取细胞核物质 析出 DNA 的黏稠物 用冷却的酒精析出 DNA DNA 的鉴定(2)B A (1)步骤是如何操作的?为什么能将 DNA 析出?(2)步骤的实验原理是
18、什么?提示:(1)在滤液中加入 2 mol/L 的 NaCl 溶液,然后再加入蒸馏水,直到黏稠物不再增加为止。能将 DNA 析出的原因是,DNA 在NaCl 溶液中的溶解度随着 NaCl 溶液浓度的改变而改变,在 0.14 mol/L 时溶解度最低。(2)步骤是根据 DNA 和某些蛋白质在酒精中的溶解度不同而进行操作的,DNA 不溶于酒精,但某些蛋白质能溶于酒精,据此可以溶解一些杂质,析出含杂质较少的 DNA。1与析出 DNA 黏稠物有关的叙述,不正确的是()A操作时缓缓滴加蒸馏水,降低 DNA 的溶解度 B在操作时,用玻璃棒轻缓搅拌,以保证 DNA 分子的完整性 C加蒸馏水可同时降低 DNA
19、 和蛋白质的溶解度,两者均可析出 D当丝状黏稠物不再增加时,此时 NaCl 溶液的浓度相当于 0.14 mol/L C 向含有 DNA 的溶液中加入蒸馏水后,NaCl 溶液的浓度会变小,当 NaCl 溶液的浓度为 0.14 mol/L 时,DNA 的溶解度最小而析出。2在 DNA 的粗提取实验过程中,对 DNA 提取量影响较小的是()A使鸡血细胞在蒸馏水中充分破裂,释放出 DNA 等核物质 B搅拌时要用玻璃棒沿一个方向轻缓搅动 C在析出 DNA 黏稠物时,要缓缓加入蒸馏水,直至黏稠物不再增多 D要用冷酒精沉淀 DNA,甚至可将混合液再放入冰箱中冷却 B A 项的做法是为了充分释放出核中的 DN
20、A 分子,使进入滤液中的 DNA 尽量的多;C 项是让 DNA 充分沉淀,保证 DNA 沉淀析出的量;D 项的道理同 C 项;而 B 项的操作并不能使 DNA 增多或减少。课堂小结知 识 网 络 构 建核 心 语 句 归 纳 1.DNA 在 0.14 mol/L NaCl 溶液中溶解度最低。2.DNA 不溶于酒精,但是细胞中的某些蛋白质溶于酒精,可利用酒精将 DNA 和蛋白质分开。3.DNA 对蛋白酶、高温和洗涤剂有耐受性。4.在加热条件下,DNA 遇二苯胺会被染成蓝色。5.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。6.实验中加
21、入柠檬酸钠的作用:作为抗凝剂,防止血液凝固。当 堂 达 标 提 素 养 1在“DNA 的粗提取与鉴定”实验过程中,有两次 DNA 沉淀析出,其依据的原理是()DNA 在物质的量浓度为 0.14 mol/L 的 NaCl 溶液中溶解度最低DNA 在冷却的体积分数为 95%的酒精中能沉淀析出 A两次都是 B两次都是 C第一次是,第二次是 D第一次是,第二次是 C 本题考查 DNA 粗提取的原理,DNA 的第一次析出是利用DNA 的溶解度在 0.14 mol/L NaCl 溶液中最小而析出沉淀的。第二次析出是利用 DNA 不溶于冷却的体积分数为 95%的酒精,而蛋白质等杂质可溶解于冷却的体积分数为
22、95%的酒精这一原理,达到对第一次析出的 DNA 进一步分离提纯的目的。2向溶有 DNA 的 2 mol/L 的氯化钠溶液中不断加入蒸馏水,在这个过程中 DNA 和杂质蛋白等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,增大D减小,增大 C 加入蒸馏水后,DNA 溶解度随着氯化钠溶液的浓度降低而减小,至 0.14 mol/L 时达到最小,继续加入蒸馏水,DNA 溶解度增大。蛋白质等杂质的溶解度随着氯化钠溶液的浓度降低而增大。3将粗提取的 DNA 丝状物分别加入 0.14 mol/L NaCl 溶液、2 mol/L NaCl 溶液、体积分数为 95%的酒精溶液中,然后用放有
23、纱布的漏斗过滤,分别得到滤液 P、Q、R 以及存留在纱布上的黏稠物 p、q、r,其中由于含 DNA 少可以丢弃的是()AP、Q、RBp、q、r CP、q、RDp、Q、r C DNA 在 0.14 mol/L NaCl 溶液中溶解度最小,过滤后 DNA在黏稠物 p 中,可以丢弃 P;DNA 在 2 mol/L NaCl 溶液中溶解过滤后,DNA 在滤液中,可以丢弃 q;DNA 不溶于体积分数为 95%的酒精溶液,所以过滤后 DNA 在黏稠物 r 中,可以丢弃 R。4“DNA 的粗提取和物理性状观察”实验装置如图所示,分析回答:(1)实验材料选用鸡血细胞液,而不用鸡全血,主要原因是鸡血细胞液中含有
24、较高含量的_。(2)在 图 中 A 所 示 的 实 验 步 骤 中 加 蒸 馏 水 的 目 的 是_,通过图 B 所示的步骤取得滤液,再在滤液中加入 2 mol/L NaCl 溶液的目的是_。图中 C 所示实验步骤中加蒸馏水的目的是_。解析 根据 DNA 的粗提取与鉴定的原理:血细胞在蒸馏水中易吸水而导致细胞膜和核膜的破裂。利用此特性可得到含有核 DNA的溶液。鸡的全血包括血浆和血细胞,血浆中无 DNA,全血中除去血浆后即是浓缩的血细胞液,DNA 的含量相对提高了。分析该实验的步骤可知,只有向血细胞液中加蒸馏水时血细胞才吸水破裂,得到 DNA,为了使 DNA 呈溶解状态,应将物质的量浓度为 2 mol/L 的NaCl 溶液加入滤液中。在实验中进行 A 图的操作时,必须充分搅拌不少于 5 min;B 图过滤时采用 34 层纱布;当 NaCl 溶液加入血细胞滤液中后,必须充分晃动烧杯,使二者混合均匀。答案(1)DNA(2)加速细胞膜和核膜破裂 使滤液中的DNA 溶于浓盐溶液 使 DNA 析出点击右图进入 课 时 分 层 作 业 Thank you for watching!