高中生物选修专题DNA以及蛋白质技术

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1、课题1 DNA的粗提取与鉴定 一 基础知识 DNA粗提取的基本思路 利用DNA与RNA 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 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不同物理或化 学性质的生物大分子 2 DNA的理化特性 1 DNA的溶解性 在NaCl溶液浓度在0 14 mol L时 DNA溶解度最小 低于 或高于 0 14 mol L时 DNA的溶解度随NaCl溶 液浓度的降低 或增加 而逐渐增大 DNA的不溶于酒精 某些蛋白质溶于酒精 2 DNA的其它特性 蛋白酶能水解蛋白质 但是对DNA没有影响 大多数蛋白质不能忍受60 80 的高

2、温 而DNA在 80 以上才会变性 洗涤剂可以瓦解细胞的细胞膜 但对DNA没有影响 3 DNA的鉴定原理 1 DNA 二苯胺试剂 沸水浴 溶液变蓝色 2 DNA可被甲基绿染成绿色 一 实验原理 二 实验设计 1 破碎细胞 释放核物质 动物细胞 加蒸馏水让细胞吸水胀破 过滤得滤液 植物细胞 加洗涤剂和食盐 充分研磨 蒸馏水对于鸡血细胞来说是低渗溶液 水分可大量进 入鸡血细胞 是细胞胀裂 从而释放DNA 搅拌可加速细胞破裂 讨论 为什么加入蒸馏水能使鸡血细胞破裂 二 实验材料的选取 选DNA含量较高的生物组织作为材料 成功可能性更大 材料 可选鱼卵 猪肝 鸡血 2 除去杂质 分离出DNA 用浓度为

3、2mol L的NaCl溶液溶解DNA 逐渐加水稀释 当降至0 14mol L时 溶解度最低 可以使DNA析出 向DNA的盐溶液 逐渐加酒精 可析出DNA 三 实验步骤 1 0 1g ml 0 1g ml的柠檬酸钠溶液的柠檬酸钠溶液 按 按1 21 2的比例与新鲜鸡血混合的比例与新鲜鸡血混合 搅拌均匀 将血液置于冰箱中搅拌均匀 将血液置于冰箱中2424小时小时 弃上部澄清液弃上部澄清液 鸡血加入柠檬酸钠溶液液 是为了防止血液凝固 三 实验步骤 2 2 取烧杯中的血细胞液约取烧杯中的血细胞液约5 5 10ml10ml加入到加入到100ml100ml烧杯中 烧杯中 向烧杯中加入向烧杯中加入20ml2

4、0ml蒸馏水 用玻棒沿一个方向快速蒸馏水 用玻棒沿一个方向快速 搅拌搅拌5 5分钟 加速血细胞在低渗溶液中的破裂分钟 加速血细胞在低渗溶液中的破裂 3 3 将将2mol L2mol L的氯化钠溶液的氯化钠溶液50ml50ml缓缓倒入烧杯中 用玻棒缓缓倒入烧杯中 用玻棒 沿一个方向搅拌 使沿一个方向搅拌 使DNADNA溶解于氯化钠溶液中 过滤溶解于氯化钠溶液中 过滤 取滤液取滤液 三 实验步骤 4 4 将鸡血细胞将鸡血细胞DNADNA提取液置于较大的烧杯中 沿烧杯内提取液置于较大的烧杯中 沿烧杯内 壁缓缓倒入蒸馏水 并不断搅拌 直到粘稠状壁缓缓倒入蒸馏水 并不断搅拌 直到粘稠状DNADNA不再不

5、再 析出为止 用玻棒搅拌 使析出的析出为止 用玻棒搅拌 使析出的DNADNA缠绕于玻棒末端缠绕于玻棒末端 5 5 将析出的将析出的DNADNA再溶解于再溶解于2mol L2mol L的氯化钠溶液中 的氯化钠溶液中 6 6 在在DNADNA的氯化钠溶液中倒入的氯化钠溶液中倒入95 95 的酒精的酒精50 ml50 ml 冷却过 冷却过 的酒精效果较好的酒精效果较好 使 使DNADNA再次析出 用玻棒搅拌 使再次析出 用玻棒搅拌 使 DNADNA再次缠绕于玻棒末端 再次缠绕于玻棒末端 2mol LNaCl2mol LNaCl溶液溶液 冷酒精冷酒精 三 实验步骤 7 DNA的鉴定 取两支试管 各加入

6、2ml0 015氯化钠溶 液 将DNA溶解于其中一支试管中 另一支做为对照组 然后 在两支试管内加等量的二苯胺试剂 水浴加热 10min左右 冷却 观察实验现象 例1 下列关于DNA的叙述正确的是 A 随着氯化钠溶液浓度增大 DNA在氯化钠溶液中的溶 解度也增大 B 随着氯化钠溶液浓度的减小 DNA在氯化钠溶液中的 溶解度也减小 C DNA不溶于酒精 也不溶于0 14mol L的氯化钠溶液 D DNA与二苯胺试剂在沸水中加热 溶液变蓝色 D 例2 鸡血中含大量红细胞 实验室常用鸡血提取DNA 根据DNA提取实验 完成下列各题 1 为了防止鸡血凝血需加入的试剂是 2 将鸡血离心 取下层 除去上清

7、的目的是 3 向DNA的氯化钠溶液缓缓加蒸馏水 直至析出DNA不再 增加 此时氯化钠溶液的浓度约为 柠檬酸钠 去杂质 0 14mol L 4 若没鸡血 能否用牛羊血代替 为什么 5 若用菜花进行提取 需加入 并充分研磨 洗涤剂和食盐 课题2 多聚酶链式反应扩增DNA片段 PCR 一 基础知识 一 PCR原理 PCR是一种在体外快速扩增特定基因或DNA片段 的技术 它能以极少量的DNA为模板 在几小时内 复制出上百万份的DNA拷贝 1 PCR的反应条件 一定的缓冲溶液 维持pH DNA模板 分别与两条模板链相结合的两种引物 四种脱氧核苷酸 耐热的DNA聚合酶 控制温度 因此 DNA复制方向 只能

8、从子链的5 端到3 端延 伸 2 DNA复制的方向 DNA聚合酶不能从头开始合成DNA 只能将 核苷酸连接到DNA片段的3 端 引物 能与母链的一段碱基序列互补配对的一小段 单链DNA片段或RNA 且需要引物 20 30个核苷酸 PCR技术通过控制温度来控制双链的解旋与结合 DNA在80 100 时双螺旋结构将解体 双链分开 当温度降低后双链又能重新结合成双螺旋结构 因此 PCR过程无需解旋酶 但需耐高温的DNA聚合酶 3 DNA的热变性原理 二 PCR的反应过程 1 变性 2 复性 3 延伸 循环 升高温度到900C以上 DNA解聚为单链 温度降到500C左右 两种引物与两条单链DNA结合

9、升温度升到700C左右 在DNA聚合酶的作用下用溶液中的脱氧核苷酸 根据碱基互补配对原则合成新DNA链 一 实验操作步骤 准备好PCR反应体系的配方 用微量移液器按配方在往微量 离心管中加入各组分 盖严盖子 用手指轻轻弹击管壁混合反应液 离心10S 将离心管放入PCR仪上 设置 好循环程序进行反应 二 实验操作 二 操作提示 PCR技术高度灵敏 为了避免外源DNA等因素的污 染而造成干扰实验 PCR操作时要注意做到 隔离操作区 所用微量离心管 枪头 缓冲液 以及蒸馏水等在使用必须进行高压蒸汽灭菌 所用试剂在 20 保存 使用时 放在冰块上 慢慢融化 分装试剂 简化操作程序 使用一次性枪头 三

10、三 结果分析与评价结果分析与评价 DNA DNA含量的测定含量的测定 1 测定的原理 可以通过计算DNA含量来评价扩增的效果 DNA在260nm的紫外线波段有一强烈的吸收峰 峰值的大小与DNA的含量有关 2 过程 稀释 2uLPCR反应液 加入98uL蒸馏水 即将样 品进行50倍稀释 对照调零以蒸馏水作为空白对照 在波长260nm处 将紫外分光光度计的读数调节至零 取DNA稀释液100uL至比色杯中 测定260nm处 的光吸收值 比色 计算 DNA含量 g mL 50 x 260nm的读数 x 稀释倍数 50 1 g mL的DNA在厚度为1cm比色杯中的吸光值为0 02 课题3 血红蛋白的提取

11、和分离 课题3 血红蛋白的提取和分离 基础知识 一 凝胶色谱法 根据被分离物质的蛋白质相对分子质量的大小 来进行分离 1 概念 思路 利用不同蛋白质分子的特性 形状 大小 带电情况等 差异 分离不同种类的蛋白质 课题3 血红蛋白的提取和分离 基础知识 一 凝胶色谱法 2 原理 2 当相对分子量不同的蛋白质通过凝胶时 相对分 子量较小的蛋白质容易进入凝胶内部的通道 路程较长 移动速度较慢 而相对分子量较大的蛋白质无法进入 凝胶内部的通道 只能在凝胶外部移动 路程较短 移 动速度较快 1 凝胶是由多糖类化合物 如葡聚糖 构成的 多孔小球体 内部有许多贯穿的通道 课题3 血红蛋白的提取和分离 基础知

12、识 二 缓冲液 1 1 概念概念 在一定的范围内 凡是能够抵制外加少量强 酸或强碱的影响使原来溶液PH值基本保持不变的混 合溶液 能够抵制外界的酸和碱对溶液PH值的影响 维持PH基本不变 2 2 作用作用 课题3 血红蛋白的提取和分离 实验操作 蛋白质的提取和分离步骤 1 样品处理 2 粗分离 3 纯化 4 纯度鉴定 课题3 血红蛋白的提取和分离 实验操作 1 样品处理 1 红细胞的洗涤 目的 去除杂蛋白 b低速短时间离心 操作 a采集血样 d盐水洗涤 c吸取血浆 上层透明的黄色血浆 重复b c d步骤三次 用五倍体积的质量分数为 0 9 的NaCl溶液洗涤 加抗凝剂 柠檬酸钠 课题3 血红蛋

13、白的提取和分离 实验操作 1 样品处理 2 血红蛋白的释放 加蒸馏水到原血液体积 再加40 体积的甲苯 置于磁力搅拌器上充分搅拌10分钟 加速细胞破裂 细胞破裂释放出血红蛋白 3 3 分离血红蛋白溶液 分离血红蛋白溶液 课题3 血红蛋白的提取和分离 实验操作 1 样品处理 3 3 分离血红蛋白溶液 分离血红蛋白溶液 过程 过程 离心 以2000r min 10 min 过滤 用滤纸 除去脂溶性沉淀层 分离 用分液漏斗 分出下层的红色透明液体 课题3 血红蛋白的提取和分离 实验操作 2 粗分离 透析 过程 过程 透析目的 透析目的 除去样品中分子量较小的杂质 原理 原理 利用透析袋的半透性 某些

14、杂质分子比血红蛋白分子小 可透过透析袋 课题3 血红蛋白的提取和分离 实验操作 3 纯化 1 1 凝胶色谱柱的凝胶色谱柱的制作制作 玻璃管 底塞的制作 顶塞的制作 组装 安装其他附属结构 原理原理用凝胶色谱法将分子量较大的杂质蛋白质除去 步骤步骤 课题3 血红蛋白的提取和分离 实验操作 3 纯化 步骤步骤 2 凝胶色谱柱的装填 凝胶的选择凝胶的选择 凝胶的前处理凝胶的前处理 凝胶色谱柱的装填方法凝胶色谱柱的装填方法 注意 a凝胶装填时尽量紧密 以降低凝胶颗粒之间的空隙 b装填凝胶柱时不得有气泡存在 课题3 血红蛋白的提取和分离 实验操作 3 纯化 步骤步骤 2 凝胶色谱柱的装填 凝胶的选择 凝

15、胶的前处理 凝胶色谱柱的装填方法 注意 a凝胶装填时尽量紧密 以降低凝胶颗粒之间的空隙 b装填凝胶柱时不得有气泡存在 洗涤平衡 注意 注意 a液面不要低于凝胶表面 b不能发生洗脱液流干 露出凝胶颗粒的现象 3 样品的加入和洗脱 1 调液面 2 加样 3 再调液面 4 洗脱 5 收集 缓冲液 凝胶 课题3 血红蛋白的提取和分离 实验操作 3 纯化 步骤步骤 3 样品加入与洗脱 注意 a不要触及并破坏凝胶面 b贴壁加样 c使吸管管口沿管壁环绕移动 课题3 血红蛋白的提取和分离 实验操作 4 纯度鉴定 SDS 聚丙烯酰胺凝胶电泳 2 2 试剂的配制 试剂的配制 鉴定血红蛋白纯度 1 1 目的 目的

16、3 3 电泳方法步骤电泳方法步骤略 课题3 血红蛋白的提取和分离 基础知识 三 电泳 1 1 概念概念 带电粒子在电场作用下发生迁移的过程 2 2 类型类型 琼脂糖凝胶电泳 聚丙稀酰胺凝胶电泳 课题3 血红蛋白的提取和分离 SDS 聚丙稀酰胺凝胶电泳法 SDS 十二烷基硫酸钠 作用 能使蛋白质变性 解聚 消除净电荷对迁移率的影响 使电泳迁移率 完全取决于分子的大小 蛋白质在聚丙烯酰胺凝胶中的迁移率取决 于它所带净电荷的多少以及分子的大小等因素 洗涤剂能溶解细胞膜 使膜瓦解 利于释放DNA 食盐主要成分是NaCl 有利于DNA的溶解 细胞内的DNA释放不完全 提取的DNA量变少 导致看 不到丝状沉淀物 用二苯胺鉴定不显示蓝色 植物细胞加洗涤剂和食盐 充分搅拌研磨 过滤得滤液 讨论 如果研磨不充分 会对实验结果产生怎样的影响 讨论 如果研磨不充分 会对实验结果产生怎样的影响 1 以血液为实验材料时 每100ml血液中需要 加入3g柠檬酸钠 防止 血液凝固 2 加入洗涤剂后 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 加入酒精和玻璃棒搅拌 时 动作要轻缓 以免 加剧