专题五 DNA和蛋白质技术
专题五DNA和蛋白质技术
专题5 DNA和蛋白质技术【课题目标】本课题通过尝试对植物或动物组织中的DNA进行粗提取，了解DNA的物理化学性质，理解DNA粗提取以及DNA鉴定的原理。
【课题重点与难点】课题重点：DNA的粗提取和鉴定方法。
课题难点：DNA的粗提取和鉴定方法。
【知识要点】1.DNA的物理化学性质，尤其是DNA的溶解性；2. 2.二苯胺法鉴定DNA的方法和原理。
[学习导航]DNA和蛋白质技术，包括DNA的提取、蛋白质的提取、DNA片段的扩增等，是开展分子生物学研究的基本技术。
本专题将从基础入手，学习DNA的粗提取、PCR技术和血红蛋白的提纯。
学习这些技术，不仅能够帮助学生初步了解分子生物学的基本实验方法，而且能够巩固必修课中学习的有关DNA和蛋白质的理论知识。
本专题的3个课题相对独立，没有严格的先后顺序。
课题1的操作难度不高，学生比较容易获得结果。
课题2的操作难度也不高，但PCR技术的原理是难点，学生要充分利用教材的图文资料，并且在教师的引导下进行实验操作。
课题3的操作难度比较大，所以学生一定要在教师的精心指导下完成操作。
课题1 DNA的粗提取与鉴定[导学诱思]1．提取DNA的方法提取生物大分子的基本思路是。
对于DNA的粗提取而言，就是要利用、等在物理和化学性质方面的差异，提取DNA，去除其他成分。
1）DNA的溶解性DNA和蛋白质等其他成分在不同浓度的中溶解度不同，利用这一特点，选择适当的盐浓度就能使充分溶解，而使杂质沉淀，或者相反，以达到分离目的。
图5—1是DNA在NaCl溶液中的溶解度曲线，请根据曲线图，思考：①在什么浓度下，DNA的溶解度最小？DNA在NaCl溶液中的溶解度是如何变化的？②如何通过控制NaCl溶液的浓度使DNA在盐溶液中溶解或析出？此外，DNA不溶于溶液，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与蛋白质进一步的分离。
2）DNA对酶、高温和洗涤剂的耐受性蛋白酶能水解，但是对没有影响。
人教版高中生物选修一专题五《DNA和蛋白质技术》知识点归纳
专题五ＤＮＡ和蛋白质技术课题一ＤＮＡ的粗提取与鉴定一、提取DNA的溶解性原理包括哪些方面？1.DNA在不同浓度NaCl溶液中溶解度不同；DNA不溶于酒精。
①DNA在不同浓度NaCl溶液中溶解度有何特点？要使DNA溶解，需要使用什么浓度？要使DNA析出，又需要使用什么浓度？在0.14mol/L时溶解度最小；较高浓度可使DNA溶解；0.14mol/L可使DNA析出。
②在溶解细胞中的DNA时，人们通常选用2mol/LNaCl溶液；将DNA分子析出的方法是向溶有DNA的NaCl溶液中缓慢注入蒸馏水，以稀释NaCl溶液。
酒精是一种常用有机溶剂，但DNA却不能溶于酒精（特别是95％冷却酒精），但细胞中蛋白质可溶于酒精。
2.从理论上分析，预冷的乙醇溶液具有以下优点。
一是抑制核酸水解酶活性，防止DNA降解；二是降低分子运动，易于形成沉淀析出；三是低温有利于增加DNA分子柔韧性，减少断裂。
3.采用DNA不溶于酒精的原理，可以达到什么目的？将DNA和蛋白质进一步分离。
4.提取DNA还可以利用DNA对酶、高温和洗涤剂的耐受性原理。
利用该原理时，应选用怎样的酶和怎样的温度值？蛋白酶，因为酶具有专一性，蛋白酶只水解蛋白质而不会对DNA产生影响。
温度值为60～80℃，因为该温度值蛋白质变性沉淀，而DNA不会变性。
补充：DNA的变性是指DNA分子在高温下解螺旋，其温度在80℃以上，如在PCR技术中DNA变性温度在95℃。
5.洗涤剂在提取DNA中有何作用？洗涤剂将细胞膜上的蛋白质，从而瓦解细胞膜。
6.当鉴定提取出的物质是否是DNA时，需要使用什么指示剂进行鉴定？在沸水浴条件下，DNA遇二苯胺呈现蓝色。
原理总结：通过利用不同浓度NaCl溶液溶解或析出DNA，可以从细胞中提取和提纯DNA；再利用酒精进一步将DNA与蛋白质分离开来，达到提纯的目的；最后利用二苯胺试剂鉴定提取的物质是否是DNA。
二、实验材料的选取不同生物的组织中DNA含量不同。
DNA粗提取与鉴定实验总结
DNA粗提取与鉴定实验总结袁开米222010317011032DNA粗提取与鉴定是高中生物选修一专题五——DNA与蛋白质技术中课题1中的内容，该实验内容在中学生物教学中具有重要意义。
虽然学生在必修课中学习了与DNA相关的知识，对DNA的结构与功能有了一定的了解，但就像“雾里看花，水中望月”，总隔着一层，因此，本实验对学生来说有着很大的价值，给他们一次直接从生物体内直接提取DNA的机会，对DNA有了一定的现实及情感体验！为了很好的锻炼与提升自己的实验教学技能，我们组的成员都十分重视本次实验教学。
在接到实验任务后，组长进行了合理而严密的分工，充分发动小组成员为本次实验教学做准备。
每个小组成员都进行资料查询与整理，制定出自己的实验设计方案，然后进行小组讨论敲定本次实验教学的最终教学方案及教学设计等。
令人欣慰的是在制定教学方案的过程中我还是发现了自己在很多地方的不足，比如，对DNA的相关知识仍然掌握得不到位，经过本次实验教学后对DNA的基础知识有了一个全方位的归纳与整理，同时也激发了我对DNA前沿知识的学习望，其次，之前我一直认为DNA的粗提取与鉴定这个实验太过简单，其实当自己亲自进行实验教学时发现并不是这么回事！因此，小事情中看大人物的自我体验又让我体验了一遍，也许这点体验在以后的生活中还会多次出现，但我相信，有了这一次小小的体验后，我的做事态度从此之后又是另一种状态，即便仅仅只有一小点变化！实验方案与教学设计敲定后，我们就开始准备预实验！若要说本次实验教学让人感触最深的我认为还是预实验。
说实话，或许是我对该实验比较感兴趣的缘故，我在预实验中充分体验到了实验的乐趣。
刚开始做预实验时，我做的实验材料是香蕉，他们其他人做的预实验材料为菜花，虽然我做了七八次以香蕉为实验材料的DNA粗提取与鉴定实验都没有观察到明显的实验现象，但无论从实验教训、实验态度，还是从经验积累方面来说，我对自己的表现还是感觉欣慰。
我用香蕉为实验材料的实验经验与教训为后面以菜花为材料的预实验积累了经验与教训，使我们在后续实验中进展得相对较顺利！在预实验中，虽然预实验失败后会感觉到有点郁闷，但我喜欢这种感觉，希望以后能够从事这一方面的事业！经过小组成员的不懈能力，我们的预实验顺利结束！一切实验教学准备好后，我们小组进入了实验教学阶段，实验教学阶段开展得很顺利，实验讲解很到位，教学氛围很好，实验过程中同学合作融洽，只是实验现象没有达到预期目标，DNA的鉴定没有观察到明显的现象。
专题5 DNA和蛋白质技术幻灯片课件
（3）DNA的鉴定：
DNA在沸水浴的条件下，遇_二__苯__胺___反应会 呈现__蓝__色____
7
二、DNA的粗提取与鉴定的实验设计 （一）实验材料的选取 原则上只要含DNA的生物材料都可以，但是选取 DNA含量相对较高的生物组织，成功率更大。 材料：新鲜的鸡血
注意：
本实验中，要往鸡血中加入抗凝剂（柠檬酸钠溶液）
答：用高盐浓度的溶液溶解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
10
讨论：方案二与方案三的原理有什么不同？
方案二是利用蛋白酶分解杂质蛋白，从而使提取的 DNA与蛋白质分开； 方案三利用的是DNA和蛋白质对高温耐受性的不同， 从而使蛋白质变性，与DNA分离
3
2、提取DNA分子的基本原理 （1）利用DNA的溶解性 DNA的溶解度
4
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 将 DNA与蛋白质进一步分离。
5
（2）利用DNA和蛋白质对酶、_温___度___和___洗__涤__剂_的耐受性不同 ①蛋白酶能水解蛋白质，但对_D_N__A____没有影响。 ②大多数蛋白质不能忍受__6_0_-_8_0_℃_____的高温，而 DNA在80℃以上才会变性。 ③洗涤剂能够瓦解__细__胞__膜____，但对_D__N_A____没 有影响。
（5） DNA的直径约为20×10-10 m，实验中出现 的丝状物的粗细是否表示1个DNA分子直径的大小？
答： DNA分子直径只有2 nm。丝状物是多个 DNA子聚在一起形成的
血红蛋白的提取和分离
影响蛋白质分子运动速度的因素
决定 电场
运动方向 作用力
电荷性质 √
电荷量
√
分子形状
分子大小
形成 阻力
√ √
决定 运动速率
√ √ √
(三)电泳
（2）分离方法：
琼脂糖凝胶电泳、聚丙烯酰胺凝胶电泳等。
（3）分离过程：
在一定pH下，使蛋白质基团带上正电或负电； 加入带负电荷多的SDS，形成“蛋白质－SDS复 合物”，使蛋白质迁移速率仅取决于分子大小。
2.凝胶： 大多数凝胶是由多糖类化合物 （如葡聚糖或琼脂糖）构成的多孔小 球体，内部有许多贯穿的通道。
当不同的蛋白质通过凝胶时
相对分子质量
容易进入
凝胶 的通道
相对分子质量
无法进入凝胶 内部的通道
只能在凝胶 移动
路程 移动速度
路程 移动速度
小蛋白质
大蛋白质
混合物 上柱
洗
大分子流动快
收集
脱
小分子流动慢
• A．根据蛋白质分子不能通过半透膜的特性， 可将样品中各种不同蛋白质分离
• B．根据蛋白质所带电荷性质的差异及分子大 小，可通过电泳分离蛋白质
• C．根据蛋白质相对分子质量的大小，可通过 凝胶色谱法分离蛋白质
• D．根据蛋白质的分子大小、密度不同，可通 过离心沉降法分离蛋白质
• 集中注意力 —— 专注精神的培养
2.凝胶电泳原理：
①许多重要的生物大分子，如多肽、核酸等都具有可 解离的基团，在一定的PH下，这些基团会带上正电 或负电。 ②在电场的作用下，这些带电分子会向着与其所带电 荷相反的电极移动。
③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。
高中生物选修专题课题
课标版·生物·选修1
5．PCR扩增的计算
自 主
理论上DNA扩增呈指数扩增。若只有一个DNA提供模板，
预
习 则复制n次后有2n个；若开始有N0个DNA，则复制n次后获得的
子代DNA数目为N0·2n个。
课 时
作
要
业
点
导
学
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专题五 课题2
与名师对话·系列丛书
课标版·生物·选修1
自 主
PCR需要适宜，但又不同于细胞内复制的条件。比如耐热
预
习 的DNA聚合酶，不需添加解旋酶，不需加生物能量ATP，但需
添加RNA或DNA引物，能够人为控制温度和复制周期等。
课 时
作
要
业
点
导
学
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与名师对话·系列丛书
课标版·生物·选修1
自
主 预
近十年来，PCR技术(多聚酶链式反应)成为分子生物学实
习
验室里的一种常规手段，其原理是利用DNA半保留复制，在试
习
氢键断裂，形成单链DNA。
课
2．复性：在50℃左右条件下，系统温度降低，两种引物通
时 作
要
业
点 导
过碱基互补配对原则与两条单链DNA结合，形成局部双链。
学
DNA双链变性复性加热缓8慢0～冷1却00℃单链
第26页
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课标版·生物·选修1
3．延伸：在72℃左右条件下在Taq DNA聚合酶的作用下，
学
(2)子链的合成：①需要 引物 ；②合成方向总是从子链
的 5′端向3′端延伸 。
第6页
专题五 课题2
专题5DNA和蛋白质技术
②破碎细胞，释放核物质 A试剂
思考：A是什么试剂，作用是什么？ 蒸馏水，使细胞吸水胀破，释放核物质。
③溶解核内DNA，析出DNA
B
C
试
试
剂
剂
思考：B和C是什么试剂，作用是什么？
B是2mol/L的NaCl溶液，溶解核物质中的DNA。 C是蒸馏水，降低NaCl的浓度，从而降低DNA的溶 解度，使DNA析出。
0.14mol/L NaCl浓度
DNA在NaCl溶液中的溶解度曲线
一、基础知识
3.提取原理
（1）DNA的溶解性
思考：
溶解度
在什么浓度下，DNA的溶解度
最小？DNA在NaCl溶液溶液中
的溶解度是如何变化的？
0.14mol/L NaCl浓度 DNA在NaCl溶液中的溶解度曲线
一、基础知识
3.提取原理 （1）DNA的溶解性
一、基础知识
蛋白质 核酸(DNA和RNA) 脂质 糖类等
2.提取DNA的思路：利用DNA与__R_N_A__、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。
一、基础知识
3.提取原理 （1）DNA的溶解性 ①DNA在NaCl溶液中溶解性
溶解度
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。利用这一特点，选择 适当的盐浓度就能使DNA充分 溶解，而使杂质沉淀，或者 相反，以达到分离的目的。
鸡血 细胞 DNA 粗提 取的 过程 总结
鸡血 细胞 DNA 粗提 取的 过程 总结
菜花 细胞 DNA 粗提 取的 过程 总结
(研磨时加入洗涤剂和食盐)
及时训练
A
A
选修一生物技术实践：专题五 DNA和蛋白质技术听写11
You made my day!
我们，还在路上……
5. 二苯胺试剂要
，否则会影响鉴定的效果。
6. 盛放鸡血细胞液的容器，最好是 容器。鸡血细 胞破碎以后释放出的DNA，容易被玻璃容器吸附。
7.方法步骤: 鸡血细胞液
加
。（使血细胞吸水涨破）
步骤1
搅拌（使血细胞加速破裂）
1-2层纱布过滤（滤去细胞膜、核膜等） 取滤液
加 mol/L NaCl溶液
步骤2
含DNA黏稠物的NaCl溶液
步骤4
多层纱布过滤（纱布上）
含DNA的黏稠物
步骤5
2mol/L NaCl溶液 沿一个方向搅拌（溶解DNA）
含DNA的NaCl溶液
步骤6 2层纱布过滤
含DNA的滤液
步骤7
加入与 滤液体积相等的、冷却的的酒精（体积分数为95%） 沿一个方向轻缓搅拌
析出DNA丝状物。
•1、所有高尚教育的课程表里都不能没有各种形式的跳舞：用脚跳舞，用思想跳舞，用言语跳舞，不用说，还需用笔跳舞。 •2、一切真理要由学生自己获得，或由他们重新发现，至少由他们重建。 •3、教育始于母亲膝下，孩童耳听一言一语，均影响其性格的形成。 •4、好的教师是让学生发现真理，而不只是传授知识。 •5、数学教学要“淡化形式，注重实质.
含DNA的滤液
步骤7
加入与 沿一个方向轻缓搅拌
析出
。
（体积分数为95%）
1. 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。
2. 洗涤剂能够瓦解 细胞膜 ，但对 DNA 没有影响。
3.在 沸水浴 的条件下，DNA与二苯胺反应呈现蓝 色， 因此_二__苯__胺__可以作为鉴定DNA的试剂。
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DNA
溶解
析出
蛋白 质
部分发生 盐析沉淀
溶解
NaCl溶液从2 mol/L降低 过程中,溶解度逐渐增大
2.具体步骤 ①选取实验材料：选取富含 DNA 的组织，如鸡血细胞、花菜等。 ②破碎细胞，释放 DNA：在鸡血细胞中加入一定量 清水 璃棒搅拌，使细胞 吸水涨破 ，过滤取滤液。 ③去除滤液中的杂质：高浓度的 NaCl溶液 溶解细胞核内的 DNA；加 蒸馏水降低 NaCl 溶液的浓度，使 DNA 析出、过滤；将 DNA 丝状 物再溶解、过滤。 ，并用玻
等质量的不同实验材料，在相同的保存温度下，从蒜黄提取的 结论 2：_____________________________________________ 。 DNA 量最多
低温抑制了相关酶的活性， ②针对结论 1，请提出合理的解释：_______________________
DNA降解速度慢 ______________________________________________________
1．某生物兴趣小组开展 DNA 粗提取的相关探究活动，具体步 骤如下： 材料处理： 称取新鲜的花菜、 辣椒和蒜黄各 2 份， 每份 10 g。 剪碎后分成两组，一组置于 20 ℃、另一组置于－20 ℃条件 下保存 24 h。 DNA 粗提取： 第一步：将上述材料分别放入研钵中，各加入 15 mL 研磨 液，充分研磨。用两层纱布过滤，取滤液备用。 第二步：先向 6 只小烧杯中分别注入 10 mL 滤液，再加入 20 mL 体积分数为 95%的冷酒精溶液，然后用玻璃棒缓缓 地向一个方向搅拌，使絮状物缠绕在玻璃棒上。
基本原理:是根据
相对分子质量的大小 分离蛋白质的有效方法。
聚丙烯酰胺凝胶电泳法 来测定蛋白质的相对分子质量 纯度鉴定：SDS_________________________ 原理：利用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。
2.血红蛋白的提取与分离实验的易错点：①红细胞的洗 涤：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。②色谱柱的装填：装填时尽量紧密，减小颗 粒间隙；无气泡；洗脱液不能断流。③色谱柱成功的标 志：红色区带均匀一致地移动。
(注：“＋”越多表示蓝色越深)
分析上述实验过程，回答下列问题：
探究不同材料和不同保存温度对 (1)该探究性实验课题名称是___________________________ 。
DNA提取量的影响
DNA 断裂 。 (2)第二步中“缓缓地”搅拌，这是为了减少_______________
(3)根据实验结果，得出结论并分析。 ①结论 1：与 20 ℃相比，相同实验材料在－20 ℃条件下保存， DNA 的提取量较多。
④DNA 的析出：向滤液中加入体积分数为 95%的 冷酒精 溶液进行提纯,此时 DNA 的状态为 白色丝状物 3.DNA 的鉴定：DNA＋ 二苯胺 ― ― ― --→蓝色 。 。
沸水浴
3.DNA 粗提取与鉴定实验的易错点 ①本实验不能用哺乳动物成熟红细胞作实验材料， 原因 是哺乳动物成熟红细胞无细胞核。 可选用鸡血细胞作材 料。 ②实验中两次使用蒸馏水， 第一次的目的是使成熟的鸡 血细胞涨破放出 DNA，第二次的目的是稀释 NaCl 溶 液，使 DNA 从溶液中析出。
第三步：取 6 支试管，分别加入等量的 2 mol/L 的 NaCl 溶液溶 解上述絮状物。 DNA 检测： 在上述试管中各加入 4 mL 二苯胺试剂， 混合均匀后， 置于沸水中加热 5 min，待试管ห้องสมุดไป่ตู้却后比较溶液的颜色深浅，结 果如下表。 材料保存 温度 20 ℃ －20 ℃ 花菜 ＋＋ ＋＋＋ 辣椒 ＋ ＋＋ 蒜黄 ＋＋＋ ＋＋＋＋
课题一
DNA的粗提取和鉴定
溶液中
1.提取原理：DNA 和蛋白质等其他成分在不同浓度的 NaCl 度 最小 ） ；DNA 不溶于
2 mol/L NaCl溶液
溶解度不同（在 NaCl 溶液浓度为 0.14 mol/L 时， DNA 的溶解
酒精
，细胞中某些蛋白质则溶于酒精。
溶解规律
0.14 mol/L NaCl溶液
课题3
血红蛋白的提取和分离
红细胞的洗涤(低速短时间、离心去除杂蛋白) 样品处理 血红蛋白的释放 (蒸馏水涨破、甲苯溶解细胞膜、搅拌) ___________________________ 分离血红蛋白溶液 （高速长时间、离心分四层、 过滤、分液） 粗分离 透析(除去小分子杂质)
1.提取分离过程
凝胶色谱法/分 配色谱法 纯化： ___________对血红蛋白分离和纯化