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1、专题3 生物技术在其他方面的应用考纲纲考情三年11考 高考指数:1.酶活力测测定的一般原理和方法2.制备备和应应用固定化酶3.蛋白质质的分离4.PCR技术术的原理【知识识梳理】一、酶活力的测测定1.酶的活性:(1)概念:酶催化一定_的能力。(2)表示方法反应应速度:单单位时间时间 内、单单位体积积中反应应物的_或产产物的_。2.影响酶活性的因素:_等。3.探究温度和pH对对酶活性影响的思路:(1)探究最适pH:在一恒定温度下,通过设过设 置_来确定。(2)探究最适温度:在一恒定的pH下,通过设过设 置_来确定。化学反应应减少量增加量温度、pH和酶的抑制剂剂pH梯度温度梯度二、酵母细细胞的固定化
2、1.固定化酶:(1)原理:将酶固定在_上,使酶既易催化,又利于_,可以重复利用。(2)高果糖浆浆的生产产反应应原理:葡萄糖 果糖颗颗粒状的载载体回收葡萄糖异构 2.固定化细细胞技术术:(1)方法:_、化学结结合法、_。(2)操作流程:配制CaCl2溶液配制海藻酸钠钠溶液海藻酸钠钠溶液活化包埋法物理吸附法三、多聚酶链链式反应扩应扩 增DNA片段1.PCR原理:DNA_,即:复制解体降温2.PCR反应过应过 程:变变性 90 复性50引物延伸72DNA聚合酶3.PCR反应应特点:_只能特异地复制处处于_之间间的DNA序列,使这这段固定长长度的序列呈_扩扩增。DNA聚合酶两个引物指数四、血红红蛋白的
3、提取和分离血红蛋白的释放粗分离透析相对分子质量较小凝胶色谱法SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳【盲点判断】1.(2009江苏苏高考T3D)利用固定化酵母细细胞进进行发发酵,糖类类的作用只是作为为反应应底物。 ( )2.在制备备固定化酵母细细胞过过程中必须进须进 行无菌操作。 ( )3.(2013广东东高考T28)PCR扩扩增与体内DNA复制不同,前者通过过高温解开双链链,后者通过过解旋酶解开双链链。 ( )4.(2013北京高考T5D)PCR呈指数扩扩增DNA片段是因为为上一轮轮反应产应产 物可作为为下一轮轮反应应模板。 ( )5.电电泳过过程中,蛋白质质分子的移动动速度与分子本身的大小和形状无关,而
4、与所带电带电 荷的差异有关。 ( )6.凝胶色谱谱法分离蛋白质过质过 程中,相对对分子质质量较较大的蛋白质质较较相对对分子质质量小的蛋白质质先洗脱出来。 ( )【盲点判断点拨】1.利用固定化酵母细胞进行发酵时,糖类的作用不只是作为反应底物,同时也是酵母细胞进行呼吸作用的能源物质。2.固定化酵母细胞必须固定活细胞,其活性的维持需要适宜的环境因素(如温度、pH等),还需要尽量减少其他微生物的竞争,以最大限度地保证固定化细胞的使用寿命。3.PCR是体外DNA复制,利用高温解旋代替解旋酶的作用,利用耐高温的TaqDNA聚合酶代替普通DNA聚合酶的作用。4.PCR扩增DNA片段时上一轮反应的产物可以继续
5、作为下一轮反应的模板,使得两条引物之间的DNA序列呈指数增长。5.电泳分离蛋白质利用了不同蛋白质分子在形状、大小、带电性质等方面的差异导致的不同蛋白质在迁移方向、速度上的不同达到分离的目的。6.相对分子质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。【网络概览】名称原 理图图 示包埋法将酶或细细胞均匀地包埋在不溶于 水的多孔性载载体中化学结结 合法利用共价键键、离子键键将酶分子或 细细胞相互结结合,或将其结结合到载载 体上 物理吸 附法通过过物理吸附作用,将酶或细细胞固 定在纤维纤维 素、琼琼脂糖、多孔玻璃 等载载体上考点一 固定化技术术 1.固定化酶与固定
6、化细细胞技术术的比较较:2.直接使用酶、固定化酶、固定化细细胞的比较较:直接使用酶固定化酶固定化细细胞 酶的种数一种或几种一种一系列酶 制作方法化学结结合固定 化、物理吸附 固定化包埋法固定化是否需要 营营养物质质否否是反应应底物各种物质质(大 分子、小分 子)各种物质质(大 分子、小分子)小分子物质质直接使用酶固定化酶固定化细细胞 缺点对环对环 境条 件非常敏感, 易失活 难难回收,成 本高,影响产产 品质质量不利于催化一 系列的酶促反 应应反应应物不易与酶 接触,尤其是大 分子物质质,反应应 效率下降优优点催化效率高 、耗能低、 低污污染既能与反应应 物接触,又能与 产产物分离 可以反复利
7、 用成本低、操作容 易实实例果胶酶固定化葡萄糖 异构酶固定化酵母细细胞【高考警示】固定化酵母细胞制备的三个注意事项(1)配制海藻酸钠溶液:要用酒精灯加热,边加热边搅拌,同时注意要用小火或间断加热。(2)海藻酸钠溶液与酵母细胞混合:要将溶化好的海藻酸钠溶液先冷却至室温,然后再加入已活化的酵母细胞,防止高温烫伤甚至杀死酵母细胞。(3)固定化酵母细胞:要以恒定的速度缓慢地将注射器中的溶液滴加到配制好的CaCl2溶液中,不能注入溶液中,防止形成的凝胶珠形状不规则。【通关题组题组 】1.(固定化技术术方法的比较较)下列说说法不正确的是 ( )A.固定化酶和固定化细细胞的方法包括包埋法、化学结结合法和物理
8、吸附法B.固定化酶更适合采用化学结结合法和物理吸附法C.由于细细胞个体大,而酶分子很小,因此细细胞多采用物理吸附法固定D.反应应物是大分子物质应质应 采用固定化酶【解题指南】解答本题的主要思路为: 【解析】选C。在酶和细胞的固定化技术中,通常有包埋法、化学结合法和物理吸附法,其中由于酶分子小,又多带电荷,易从多孔性物质中漏出,因此多使用化学结合法与物理吸附法;而细胞个体大,难以被多孔性物质吸附或结合,因而多采用包埋法。【互动动探究】A项项中从操作角度来考虑虑,你认为认为 固定化酶技术术与固定化细细胞技术术哪一种方法对对酶活性的影响更小?为为什么?提示:固定化细胞技术。一般采用包埋法固定化,将细
9、胞均匀地包埋在不溶于水的多孔性载体中,这样酶受外界影响较小。2.(固定化细细胞的制备备流程)(2014苏苏州模拟拟)酵母细细胞固定化的实验实验 中,下列实验实验 操作与实验实验 目的不相符的是( )A.干酵母加入蒸馏馏水搅搅拌均匀后,放置一段时间时间 ,使酵母细细胞活化B.采用小火或间间断加热热的方法,防止海藻酸钠发钠发 生焦糊C.将活化的酵母细细胞加入海藻酸钠钠溶液,轻轻搅轻轻搅 拌,以免产产生气泡D.用注射器滴加溶液时时要接近CaCl2溶液的液面,防止凝胶珠出现现“尾巴”【解题指南】解题关键:明确固定化酵母细胞的制备流程及相关注意事项。【解析】选D。干酵母的活化需要一段时间,加入蒸馏水后,
10、要放置一段时间使其活化,A项正确;海藻酸钠溶解的过程中容易发生焦糊,要边加热边搅拌,且要小火或间断加热,B项正确;海藻酸钠溶液中不能产生气泡,以防止形成的凝胶珠形状不规则,并避免导致固定的酵母细胞较少,C项正确;实验中,为了防止凝胶珠出现“尾巴”,注射器应离CaCl2溶液的液面远一些,D项错误。【互动动探究】A项项中描述的干酵母会形成芽孢进孢进 入休眠状态态,该过该过 程是否属于酵母菌的孢孢子生殖过过程?请请分析原因。提示:不属于。休眠状态的芽孢是酵母菌的变形体,数量与原酵母菌相等,不属于生物体的增殖过程。【解题金手指】海藻酸钠溶液浓度高低对固定化酵母细胞的影响(1)海藻酸钠溶液浓度过高时:混
11、合后的酵母菌与海藻酸钠溶液不易混合均匀,需加大搅拌程度,但因此会形成较多气泡影响品质;同时,海藻酸钠溶液浓度过高会导致向CaCl2溶液中滴入时不易形成滴状下落,将很难形成凝胶珠。(2)海藻酸钠溶液浓度过低时:使得体系黏度下降,同时羧酸钠基团较少,使得形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数量偏少。【加固训练训练 】1.图图中所示的酶固定化技术术中属于包埋法的一组组是 ( )A. B. C. D.【解析】选D。为物理吸附法,为化学结合法,为包埋法,包埋于网格中,包埋于微胶囊中。2.(2014连连云港模拟拟)下列有关制备备固定化酵母细细胞的说说法,错误错误 的是 ( )A.可根据凝胶珠的颜颜色和形状检测检
12、测 凝胶珠的质质量B.要将酵母细细胞活化处处理C.制成的凝胶珠上不能出现现小孔D.配制的海藻酸钠浓钠浓 度是本实验实验 的关键键【解析】选C。制备固定化酵母细胞时,细胞悬浮在海藻酸钠溶液中,滴进CaCl2溶液中,形成凝胶珠,细胞被包埋在凝胶的小孔中,制成固定化细胞,故C错误。考点二 PCR技术术和分离蛋白质质 1.细细胞内DNA复制与PCR技术术的比较较:项项 目DNA复制PCR扩扩增 不 同 点场场所细细胞内细细胞外 能量ATP提供能量不需ATP提供能量 酶解旋酶、DNA聚合酶 耐高温的TaqDNA聚合酶 是否有 转录转录伴有转录转录 、 产产生引物无转录转录 、需加入两种引 物特点边边解旋
13、边边复制, 半保留复制体外迅速扩扩增项项 目DNA复制PCR扩扩增 不 同 点循环环 次数受生物体自身控制30多次缓缓冲液不需要需要人为为控制设备设备无需要严严格控制温度 变变化的温控设备设备 相 同 点原料四种脱氧核苷酸 复制原理严严格遵循碱基互补补配对对原则则 模板DNA 引物都需要与模板相结结合的引物2.PCR过过程:(1)变变性:当温度上升到90以上时时,双链链DNA解聚为单链为单链 。(2)复性:温度下降到50左右,两种引物通过过碱基互补补配对对与两条单链单链 DNA结结合。(3)延伸:温度上升到72左右,溶液中的四种脱氧核苷酸(A、T、C、G)在DNA聚合酶的作用下,根据碱基互补补
14、配对对原则则合成新的DNA链链。3.PCR技术术和分离蛋白质质的比较较:PCR技术术分离蛋白质质 实验实验 原理利用DNA热变热变 性原理体外 扩扩增DNA依据相对对分子质质量的大小 不同来分离蛋白质质 实验实验 过过程变变性复性延伸样样品处处理和粗分离凝胶 色谱谱操作 实验实验 结结果获获得大量DNA相对对分子质质量不同的蛋白 质质得以分离 实验实验 意义义解决了DNA研究中材料 不足的问题问题为为蛋白质质的研究和利用提 供了原材料【高考警示】PCR技术操作的四个注意事项(1)要进行灭菌操作:为避免外源DNA等因素的污染,PCR实验中使用的微量离心管、枪头、缓冲液以及蒸馏水等在使用前必须进行
15、高压灭菌。(2)移液器枪头每用一次必须更换:在微量离心管中添加反应成分时,每吸取一种试剂后,移液器上的枪头必须更换。(3)要确保反应液集中在离心管底部:所有的成分都加入后,盖严离心管口的盖子,用手指轻轻弹击管的侧壁,混匀后离心处理。(4)要确保反应成分用量的准确性和程序设置的正当性:用量不当、漏加成分、PCR程序设置不当等,均有可能导致DNA片段扩增的失败。【通关题组题组 】1.(PCR与DNA复制的比较较)(2014苏苏州模拟拟)PCR过过程与细细胞内的DNA复制过过程相比,主要有两点不同,它们们是 ( )PCR过过程需要的引物是人工合成的单链单链 DNA或RNAPCR过过程不需要DNA聚合酶PCR过过程中DNA的解旋不依靠解旋酶,而是通过对过对 反应应温度的控制来实现实现 的PCR过过程中,DNA不需要解旋,直接以双链链DNA为为模板进进行复制A. B. C. D.【解题指南】解答本题的关键:(1)明确PCR过程不需要解旋酶。(2)掌握PCR过程需要人为添加单链DNA或RNA作为引物。【解析】选C。PCR过程与细胞内的DNA复制过程相比较,主要有两点不同:(1)PCR过程需要的引物是人工合成的单链DNA或RNA,长度通常为2030个核苷酸。(2)PCR过程中,DNA解旋不依靠解旋酶,而是通过对反应温度的控制来实现的。2.(血红红蛋白提取的流程及
