1、第36讲生物技术在其他方面的应用新高考复习目标1生命观念：通过理解植物有效成分提取的原理，形成结构与功能观。2科学思维：通过分析植物有效成分的性质，掌握玫瑰精油、橘皮精油和胡萝卜素等的提取过程。3科学探究：通过探究植物有效成分提取实验，学会对实验过程分析和实验方案的设计。4社会责任：关注人体健康，关注胡萝卜素缺乏引起的疾病等。授课提示：对应学生用书第262页 考点一 蛋白质的提取和分离1蛋白质的分离原理及方法(1)分离原理根据蛋白质各种特性的差异分离不同种类的蛋白质，如分子的形状和大小、所带电荷的性质和多少、溶解度、吸附性质和对其他分子的亲和力等。(2)凝胶色谱法概念：也称作分配色谱法，是根据
2、相对分子质量的大小分离蛋白质的有效方法。凝胶(3)缓冲溶液组成：通常由12种缓冲剂溶解于水中配制而成。作用：抵制外界的酸和碱对溶液pH的影响，维持pH基本不变。(4)电泳概念：指带电粒子在电场的作用下发生迁移的过程。原理：电泳利用了待分离样品中各种分子带电性质的差异以及分子本身的大小、形状的不同，使带电分子产生不同的迁移速度，从而实现样品中各种分子的分离。两种常用方法：琼脂糖凝胶电泳和聚丙烯酰胺凝胶电泳。2血红蛋白的提取与分离实验操作(1)血红蛋白的提取与分离实验流程样品处理：红细胞的洗涤血红蛋白的释放分离血红蛋白溶液粗分离：用透析法除去血红蛋白溶液中相对分子质量较小的杂质纯化：用凝胶色谱法分
3、离相对分子质量不同的蛋白质纯度鉴定：一般用SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳法来测定蛋白质纯度(2)凝胶色谱操作凝胶色谱柱的制作准备材料加工橡皮塞安装玻璃管。凝胶色谱柱的装填.材料：本实验使用的是交联葡聚糖凝胶。.方法：凝胶用蒸馏水充分溶胀后，配成凝胶悬浮液，一次性缓慢倒入色谱柱内。.注意事项a商品凝胶使用前需直接放在洗脱液中膨胀；b装填时可轻轻敲动色谱柱，使凝胶装填均匀；c不能有气泡存在，防止其搅乱洗脱液中蛋白质的洗脱次序，降低分离效果；d不能发生洗脱液流干，露出凝胶颗粒的现象。.检验：如果红色区带均匀一致地移动，说明色谱柱制作成功。样品的加入与洗脱调整缓冲液面：与凝胶面平齐滴加透析样品：用吸管将1
4、mL透析后的样品加到色谱柱的顶端样品渗入凝胶床：打开下端出口，使样品渗入凝胶床内洗脱：打开下端出口，用磷酸缓冲液洗脱收集：待红色的蛋白质接近色谱柱底端时，用试管收集流出液，每5 mL收集一管，连续收集1教材选修1 P70“侧栏思考题”：你能从凝胶色谱的分离原理分析为什么凝胶的装填要紧密、均匀吗？提示：如果凝胶装填得不够紧密、均匀，就会在色谱柱内形成无效的空隙，使本该进入凝胶内部的样品分子从这些空隙中通过，搅乱洗脱液的流动次序，影响分离的效果。2教材选修1 P70“练习5”：与其他真核细胞相比，红细胞有什么特点？这一特点对你进行蛋白质的分离有什么意义？提示：血红蛋白是有色蛋白，因此在凝胶色谱分离
5、时可以通过观察颜色来判断什么时候应该收集洗脱液。这使血红蛋白的分离过程非常直观，大大简化了实验操作。1利用凝胶色谱法分离蛋白质时，相对分子质量小的先洗脱出来。()2在电泳过程中，蛋白质分子的移动速度，与分子本身的大小和形状无关，而与所带电荷的差异有关。()3血红蛋白提取和分离时，红细胞的洗涤次数不能过少，否则无法除去血浆蛋白；要低速、短时离心，否则会使白细胞等一同沉淀，达不到分离的效果。()4凝胶用沸水浴法不但节约时间，而且可以除去凝胶中可能带有的微生物，排除胶粒内的空气。()5色谱柱成功的标志：红色区带均匀一致地移动。() 1.凝胶色谱法和电泳法分离蛋白质的原理比较(1)凝胶色谱法蛋白质项目
6、 相对分子质量大相对分子质量小凝胶内部不能进入能进入运动方式垂直向下垂直向下和无规则扩散运动经过路程较短较长洗脱次序先流出后流出(2)电泳法原理在一定pH下，蛋白质分子的某些基团解离后带上正电或负电。在电场的作用下，带电分子会向着与其所带电荷相反的电极移动。由于待分离样品中各种分子带电性质的差异以及分子本身的大小、形状的不同，使带电分子产生不同的迁移速度，从而实现样品中各种分子的分离。2两种分离蛋白质的电泳方法比较电泳方法琼脂糖凝胶电泳SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳原理由于琼脂糖本身不带电荷，各种分子在电场中的迁移速度取决于其所带电荷性质及分子的大小、形状在凝胶中加入SDS，使蛋白质解聚成单条肽链，
7、SDS与各种蛋白质形成蛋白质SDS复合物，使其迁移率完全取决于分子的大小特点琼脂糖凝胶电泳操作简单，电泳速度快、样品不需要事先处理电泳后区带易染色，样品极易洗脱，便于定量测定测定蛋白质的相对分子质量常用SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳，这是因为在一定浓度范围内，聚丙烯酰胺热稳定性强，可以用检测仪直接测定某同学对“血红蛋白的提取和分离”实验进行改进和研究，实验步骤如图1所示。请回答下列问题：设计意图：考查科学思维与科学探究图1(1)血红蛋白由4条肽链组成，包括_，血红蛋白因含有_而呈红色，这有利于对提取过程的监测。(2)洗涤红细胞的目的是_。将样品稀释后转移至离心管中，离心后选取_(填“上层”或“下层”
8、)暗红色的红细胞液体并将其转入烧杯中，加入5倍体积的_进行洗涤。(3)待红细胞破裂释放血红蛋白后，将得到的混合溶液充分搅拌并离心，结果如图2所示。血红蛋白分布在图2的_(填序号)层，用滤纸过滤，可得到含血红蛋白的滤液。(4)将滤液装入透析袋中，可除去_的杂质。提示：(1)2条肽链和2条肽链血红素(2)去除杂蛋白，以利于血红蛋白的分离和纯化下层生理盐水(3)(4)分子量较小命题点11下列关于物质提取、纯化原理的叙述，不正确的是()A采用凝胶色谱法分离蛋白质的原理是不同蛋白质分子的相对分子质量不同，在色谱柱中的移动速度不同B电泳是指带电粒子在电场的作用下发生迁移的过程C不能选用猪、牛、羊或其他哺乳
9、动物的血液进行实验来提取和分离血红蛋白D将血红蛋白溶液进行透析，其目的是去除相对分子质量较小的杂质解析：凝胶色谱法分离蛋白质的原理是不同蛋白质分子的相对分子质量不同，在色谱柱中的移动速度不同，A正确；电泳是指带电粒子在电场的作用下发生迁移的过程，B正确；由于哺乳动物的成熟红细胞内无细胞核和众多的细胞器，所以常常选用猪、牛、羊等哺乳动物的血液进行实验来提取和分离血红蛋白，C错误；透析的原理是小分子能够通过半透膜，因此，利用透析法可以去除样品中相对分子量较小的杂质，D正确。答案：C2如图表示血红蛋白提取和分离的部分实验装置，请回答下列问题：(1)血红蛋白是人和其他脊椎动物红细胞的主要组成成分，其在
10、红细胞中的作用体现了蛋白质具有_功能。(2)甲装置中，B是血红蛋白溶液，则A是_；乙装置中，C溶液的作用是_。(3)甲装置用于_，目的是_。用乙装置分离蛋白质的方法叫_，是根据_分离蛋白质的有效方法。(4)最后经SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳进行_。解析：(1)血红蛋白能携带氧气，体现了蛋白质具有运输功能。(2)甲装置中，B是血红蛋白溶液，则A是磷酸盐缓冲液；乙装置中，C溶液的作用是洗脱血红蛋白。(3)甲装置用于透析(粗分离)，目的是去除样品中相对分子质量较小的杂质。用乙装置分离蛋白质的方法叫凝胶色谱法，是根据相对分子质量的大小分离蛋白质的有效方法。(4)经SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳进行纯度鉴定。答案
11、：(1)运输(2)磷酸盐缓冲液洗脱血红蛋白(3)透析(粗分离)去除样品中相对分子质量较小的杂质凝胶色谱法相对分子质量的大小(4)纯度鉴定(1)从电荷方面分析适合电泳法分离的各种分子应具备的条件是什么？提示：各种分子应带有不同种类和不同量的电荷。(2)SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳分离蛋白质是否依据蛋白质所带电荷的差异？为什么？提示：否。因为SDS能与蛋白质结合，它所带负电荷的量远大于蛋白质分子原有的电荷量，因而掩盖了不同蛋白质间的电荷差异，使电泳迁移率完全由蛋白质分子的大小决定。命题点23已知某样品中存在甲、乙、丙、丁、戊五种蛋白质分子，其分子大小、电荷的性质和数量情况如图所示。下列叙述正确的是()
12、A若将样品以2 000 r/min的速度离心10 min，若分子丁存在于沉淀中，则分子甲也存在于沉淀中B若用凝胶色谱柱分离样品中的蛋白质，则分子甲的移动速度最快C将样品装入透析袋中透析12 h，若分子乙保留在袋内，则分子丙也保留在袋内D若用SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳分离样品中的蛋白质分子，则分子甲和分子戊形成的电泳带相距最远解析：据图可知，丁的相对分子质量大于甲，将样品以2 000 r/min的速度离心10 min，若丁存在于沉淀中，甲不一定存在于沉淀中，A项错误；用凝胶色谱柱分离样品中的蛋白质，分子较小的可进入较多的凝胶颗粒内，移动距离较长，甲的移动速度最慢，B项错误；丙的相对分子质量大于乙，
13、将样品装入透析袋中透析12 h，透析袋只允许小分子通过，若分子乙保留在袋内，则分子丙也保留在袋内，C项正确；用SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳分离样品中的蛋白质分子，蛋白质分子的移动距离与分子大小、电荷的性质和数量有关，甲与戊形成的电泳带相距不一定最远，D项错误。答案：C 考点二 从生物材料中提取某些特定的成分1玫瑰精油的提取2橘皮精油的提取3胡萝卜素的提取教材选修1 P75“文字信息”：描述提取出的玫瑰精油或橘皮精油的特点。提示：可从颜色、气味等方面来评价所提取的精油的纯度和质量。从玫瑰花提取的芳香油是浅黄色至黄色的液体，并带有甜韵的玫瑰香；从橘皮提取的橘皮精油无色透明，具有诱人的橘香味。本课题只是
14、对两种精油进行了初步的提取，其中仍然含有大量的杂质。1提炼玫瑰精油的玫瑰花应在花开的初期采取，因为此阶段的花含玫瑰精油最高。()2油水混合物中加入无水硫酸钠，有利于分离油层。()3用柑橘皮作为材料提取橘皮精油时不适合用水中蒸馏的方法。()4萃取的效率主要取决于萃取时的温度和时间。()5新鲜的胡萝卜含水量高，干燥时可采用高温以节省时间。()6提取的胡萝卜素可通过纸层析法进行鉴定，在鉴定过程中不需要对照。() 1.植物有效成分的三种提取方法的比较提取方法水蒸气蒸馏法压榨法萃取法实验原理利用水蒸气将挥发性较强的植物芳香油携带出来通过机械加压，压榨出果皮中的芳香油使芳香油溶解在有机溶剂中，蒸发溶剂获得
15、芳香油方法步骤水蒸气蒸馏分离油层除水过滤石灰水浸泡、漂洗压榨、过滤、静置再次过滤粉碎、干燥萃取、过滤浓缩适用范围适用于提取玫瑰油、薄荷油等挥发性较强的芳香油适用于柑橘、柠檬等易焦糊原料的提取适用范围广，要求原料的颗粒要尽可能细小，能充分浸泡在有机溶剂中优点简单易行，便于分离生产成本低，易保持原料原有的结构和功能出油率高，易分离局限性水中蒸馏会导致原料焦糊和有效成分水解等问题分离较为困难，出油率相对较低使用的有机溶剂处理不当会影响芳香油的质量2.影响胡萝卜素萃取的因素及解决措施影响因素解决措施萃取剂的性质用水不溶性有机溶剂原料的颗粒大小、紧密程度粉碎材料的含水量干燥萃取温度探索最佳萃取温度，严格
16、控制温度萃取时间适当延长萃取时间3.纸层析法鉴定胡萝卜素的注意事项(1)层析时注意选择干净的滤纸，为了防止操作时对滤纸的污染，应尽量避免用手直接接触滤纸，可以戴手套进行操作。(2)点样时应注意点样斑点不能太大(直径2 mm)，如果用吹风机吹干，温度不宜过高，否则斑点会变黄。(3)将点好样的滤纸卷成筒状，卷纸时注意滤纸两边不能相互接触，以免因毛细现象导致溶剂沿滤纸两边的移动加快，溶剂前沿不齐，影响实验结果。(4)层析液不可没及样品原点，以免色素溶解于层析液中，使鉴定失败。(5)层析后判断是否提取到胡萝卜素，可通过与标准样品中的胡萝卜素作对比，予以确认。如图表示提取植物有效成分的水蒸气蒸馏装置，据
17、图分析：设计意图：考查科学思维(1)图中a、b哪一个是进水口，哪一个为出水口？加热时为何常向液体中加入几片碎石或瓷片？提示：图中a为出水口，b为进水口，这与蒸气流方向相反；加热时向液体中加入几片碎石或瓷片的目的是防止液体暴沸。(2)玫瑰精油为什么适合用水中蒸馏法进行提取？提示：因为玫瑰精油的化学性质稳定，难溶于水，易溶于有机溶剂，能随水蒸气一同蒸馏，且不会导致原料焦糊和有效成分水解等，所以适合用水中蒸馏法进行提取。(3)为何常采用水浴加热？在烧瓶口安装冷凝回流装置的目的是什么？提示：采用水浴加热的原因：有机溶剂都是易燃物，直接使用明火加热容易引起燃烧、爆炸。在烧瓶口安装冷凝回流装置的目的是防止
18、加热时有机溶剂挥发。命题点11在玫瑰精油和橘皮精油提取过程中，正确的是()A玫瑰精油和橘皮精油都可用蒸馏、压榨和萃取的方法提取B分离出的玫瑰精油油层还会含有一定的水分，可加入无水Na2SO4吸水C新鲜的橘皮中含有大量的果蜡、果胶等，为了提高出油率，需用CaCO3水溶液浸泡D用于提炼玫瑰精油的玫瑰花应避免在花开的盛期采收，因为此时花朵含油量较低解析：橘皮易焦糊适宜用压榨法提取，不能用蒸馏法提取，这是因为橘皮精油的有效成分在用水蒸气蒸馏时会发生部分水解，使用水中蒸馏又会产生原料焦糊的问题，A错误； 分离出的玫瑰精油油层还会含有一定的水分，可加入无水Na2SO4吸水，放置过夜，再过滤除去固体Na2S
19、O4就可以得到玫瑰油了，B正确；新鲜的橘皮中含有大量的果蜡、果胶等，为了提高出油率，需用Ca(OH)2 溶液浸泡，能够破坏细胞结构，分解果胶，防止橘皮压榨时滑脱，提高出油率，C错误；用于提炼玫瑰精油的玫瑰花应在花开的盛期采收，因为此时花朵含油量较高，D错误。答案：B2(2019高考海南卷，节选)玫瑰精油可用玫瑰花瓣为原料，采用水蒸气蒸馏法提取。水蒸气蒸馏法的原理是_。在进行蒸馏时，冷凝管的进水口比出水口_(填“高”或“低”)。蒸馏收集到的乳浊液是玫瑰精油和水的混合物，要得到玫瑰精油，需要向乳浊液中加入NaCl，其目的是_；得到的油层还需要加入无水Na2SO4，其目的是_。解析：水蒸气蒸馏法是利
20、用水蒸气将挥发性较强的植物芳香油携带出来，形成油水混合物，冷却后，混合物又会重新分离出油层和水层。在进行蒸馏时，为了使冷凝效果更好，进水口比出水口低。蒸馏收集到的乳浊液是玫瑰精油和水的混合物，要得到玫瑰精油，需要向乳浊液中加入NaCl，可以促进油和水的分离；得到的油层还需要加入无水Na2SO4，可以吸去芳香油中残留的水分。答案：利用水蒸气将挥发性较强的植物芳香油携带出来，形成油水混合物，冷却后，混合物又会重新分离出油层和水层低促进油和水的分离吸去芳香油中残留的水分命题点23下列对胡萝卜素的提取过程的分析，正确的是()A把新鲜的胡萝卜切成米粒大小的颗粒，置于烘箱中烘干时，温度越高、干燥时间越长，
21、烘干效果越好B萃取过程中在瓶口安装冷凝回流装置，是为了防止加热时有机溶剂的挥发C在萃取后，没有必要进行过滤D将滤液用蒸馏装置进行蒸馏，要收集蒸发出去的液体，蒸发出去的是胡萝卜素，留下的是有机溶剂解析：把新鲜的胡萝卜切成米粒大小的颗粒，置于烘箱中烘干时，温度太高、干燥时间太长，会导致胡萝卜素分解，A错误；萃取过程中在瓶口安装冷凝回流装置，是为了防止加热时有机溶剂的挥发，B正确；在萃取后，过滤的目的是除去固体残渣，C错误；将滤液用蒸馏装置进行蒸馏，要收集蒸发出去的液体，蒸发出去的是有机溶液，留下的是胡萝卜素，D错误。答案：B4如图甲为提取胡萝卜素的装置图，图乙为胡萝卜素粗品鉴定结果示意图，回答有关
22、问题：(1)在石油醚、醋酸乙酯、乙醚、苯和四氯化碳这五种有机溶剂中，最适宜用于萃取胡萝卜素的是_，这是因为_。(2)图甲中装置1的名称是_，其作用是_。(3)萃取过程应该避免明火加热，采用_加热，其原因是_。(4)在图乙的A、B、C、D四点中，属于标准样品样点的是_，属于提取样品样点的是_。点样的要求是_。解析：(1)选择萃取剂时要注意以下特点：较高的沸点、能够充分溶解萃取物、不与水混溶等。(2)装置中的冷凝管具有防止加热时有机溶剂挥发的作用。(3)萃取剂易燃，如果直接用明火加热，容易引起燃烧、爆炸，故宜用水浴加热。(4)因为A和D只有一个色素点，应是标准样品的样点，B和C是提取样品的样点。点样时要快速细致，并保持滤纸干燥。答案：(1)石油醚石油醚的沸点最高，在加热萃取时不易挥发(2)冷凝管防止加热时有机溶剂的挥发(3)水浴有机溶剂都是易燃物，直接使用明火加热，容易引起燃烧、爆炸(4)A和DB和C快速细致，圆点细小，并保持滤纸干燥