专题5 DNA和蛋白质技术 专题复习
典型例题：
例1.回答有关蛋白质分离和纯化的问题
（1）要获得血清蛋白的粗制品，必须将含有柠檬酸钠的血液进行 处理，然后将 装入透析袋中除去 。
（2）要获得血红蛋白，应如何破碎红细胞？ 。
（3）下图为血清蛋白通过醋酸纤维薄膜的电泳图谱，你认为含量最多的蛋白质是 ，含负电荷最多的球蛋白是 ，相对分子质量最大的球蛋白是 。
（4）电泳是目前应用最为普遍的 蛋白质的方法。
【解析】本题考查蛋白质分离和纯化的基础知识。
【答案】（1）离心 上清液 小分子物质 （2）加蒸馏水使其胀破 （3）清蛋白 -球蛋白 γ-球蛋白 （4）（分离）纯化
例2.在遗传病及刑侦破案中常需要对样品DNA进行分析，PCR技术能快速扩增DNA片段，在几个小时内复制出上百万份的DNA拷贝，有效地解决了因为样品中DNA含量太低而难以对样品进行分析研究的问题。据图回答相关问题：
（1）在相应的横线上写出引物Ⅱ，并在复制这一步骤中将引物Ⅱ置于合适的位置。
（2）在相应的横线上写出循环一次后生成的DNA分子。
（3）若将作为原料的四种脱氧核苷酸用32P标记，请分析循环一次后生成的DNA分子的特点： ，循环n次后生成的DNA分子中不含放射性的单链占总单链的比例为 。
（4）PCR反应过程的前提条件是 ，PCR技术利用DNA的 原理解决了这个问题。
（5）在对样品DNA进行分析的过程中发现，DNA掺杂着一些组蛋白，要去除这些组蛋白可加入的物质是 。
【解析】（1）DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，只能从3’端延伸DNA链，所以引物就提供了3’端，子链延伸方向为5’→3’，引物I与b链部分碱基互补，引物Ⅱ则与a链部分碱基互补，且连接到a链的3’端，故引物Ⅱ的结构为5’—G—A—OH ，复制结果为：5’—G—G……T—C—3’
HO—A—G—5’
（2）经过一次循环后，产生的两个DNA分子分别含有引物I和引物Ⅱ。
（3）由于作为原料的四种脱氧核苷酸被32P标记，所以新合成的子链均含有放射性，一次循环后的两个DNA各有一条链含32P，若复制n次，共产生子链2 n×2，其中只有DNA母链不含32P，则其所占比例为2／（2n·2）=1／2n.
（4）DNA复制是以两条母链为模板，按照碱基互补配对原则进行的。因此，首先要解旋，使两条母链的碱基暴露出来，才能按照碱基互补配对的原则把相应的碱基一个个地连接起来。只有解旋后，再以母链为模板合成一小段引物，引物才起作用。
DNA分子在80℃～100℃的温度范围内变性，双链解开成单链，当温度慢慢降低时，又能重新结合形成双链。
（5）本题考查了DNA中杂质蛋白质的去除，利用酶的专一性，应加入蛋白酶。
【答案】（1）5’—G—A—OH
HO—A—G—5’
（3）每个DNA分子各有一条链含32P 1／2n
（4）DNA解旋 热变性
（5）蛋白酶
例3. 红细胞含有大量的血红蛋白，红细胞的机能主要是由血红蛋白完成，血红蛋白的主要功能是携带氧气或二氧化碳，我们可以选用猪、牛、羊或其他脊椎动物的血液进行实验，来提取和分离血红蛋白，请回答下列有关问题：
（1）血红蛋白提取和分离的程度可分为四步：______、______、______和______。
（2）实验前取新鲜的血液，要切记在采血容器中预先加入柠檬酸钠，取血回来，马上进行离心，收集血红蛋白溶液。
①加入柠檬酸钠的目的是_____。②该过程即样品处理，它包括____、_____、收集血红蛋白溶液。
（3）收集的血红蛋白溶液在透析袋中可以经过透析，这就是样品的粗分离。
①透析的目的是__________________。②透析的原理是________________________。
（4）然后通过凝胶色谱法将样品进一步纯化，最后经SDS－聚丙烯酰胺凝胶电泳进行纯度鉴定。
①样品纯化的目的是______________________________。
②血红蛋白有什么特点？_________。这一特点对进行蛋白质的分离有什么意义______。
【解析】（1）血红蛋白提取和分离的程度可分为样品处理；粗分离；纯化；纯度鉴定四步；（2）柠檬酸钠是一种抗凝剂，能够防止血液的凝固；（3）透析袋实际上是一种半透膜，允许小分子物质自由通过，大分子不能出去，从而除去溶液中的小分子物质；血红蛋白因含有血红素而呈现红色，使血红蛋白的分离过程非常直观，大大简化了实验操作。
【答案】（1）样品处理；粗分离；纯化；纯度鉴定（2）①防止血液凝固红细胞的洗涤，血红蛋白的释放（3）①去除分子质量较小的杂质②透析袋能使小分子自由进出，而大分子则保留在袋内（4）①通过凝胶色谱法将相对分子质量大的杂质蛋白除去②血红蛋白呈现红色，在凝胶色谱分离时，可以通过观察颜色来判断什么时候应该收集洗脱液②使血红蛋白的分离过程非常直观，大大简化了实验操作。
模拟试题：
1.如图为一种核酸分析方法，请据图分析回答有关问题。
（1）被分析的材料应属于一条 链。如果它存在另一条互补链，该互补链的碱基序列是 。
（2）如果选择性断开的位置是碱基G，那么随机出现的被标记片段应有 种，在电泳带上被分离的显示位置应有 处，在泳动方向的最前端的片段是 序列段，与图示泳动位置相比，在同样电泳条件下该片段应位于①的 （填“上方”或“下方”）。
（3）应用上述原理分析了某种未知序列核酸的一条单链，结果如图所示，此结果说明，该核酸的此单链含 个核苷酸，其A：T：G：C= ，同时也可推断其碱基序列是： 。
2.近十年来，PCR技术（多聚酶链式反应）成为分子生物学实验室里的一种常规手段，其原理是利用DNA半保留复制，在试管中进行DNA的人工复制（如图），在很短的时间内，将DNA扩增几百万倍甚至几十亿倍，使实验所需要的遗传物质不再受限于活的生物体。
(1)PCR技术能把某一DNA片段进行扩增，依据的原理是：
（2）加热使DNA双链打开，这一步是打开 键，称为 ，在细胞中是在
的作用下使此键断裂。
（3）当温度降低时，引物与模板 端结合，在DNA聚合酶的作用下，引物沿模板延伸，最终合成2个DNA分子，此过程中加入四种脱氧核苷三磷酸的目的是 ，遵循的原则是 。
（4） PCR技术的必要条件，除了模板、原料、ATP、酶以外，至少还需要三个条件. 即：液体环境、适宜的 和 。
（5）PCR一般要经历三十多次循环，每次循环可分为 、 、 三个步骤。
3．有4瓶失去标签的无色透明液体。已知各装有：大肠杆菌超标的自来水，丙种球蛋白溶液（一种抗体），溶解着DNA分子的2mol/L的氯化钠溶液，葡萄糖溶液。
⑴请根据提供的第一步鉴定方法，简要写出用相应物质进行鉴定的其余步骤和结果。
第一步：各取4种液体少许分别倒入4个试管中，缓慢加入蒸馏水并用玻璃棒搅拌，则
。
第二步：
……
⑵除上述鉴定DNA的方法外，还可以用哪些方法进行鉴定？
4.以下是有关DNA粗提取实验的阅读材料：
A.核酸极不稳定，在较为剧烈的化学、物理因素和酶的作用下很容易降解。在制备DNA时要加入DNA酶的抑制剂柠檬酸钠，以除去Mg，防止DNA酶的激活。
B.核酸中的DNA和RNA在生物体内均以核蛋白的形式存在，DNA核蛋白在1mol/LNaCl溶液中溶解度很大，但在0.14mol/LNaCl溶液中的溶解度很低；而RNA核蛋白溶于0.14mol/LNaCl溶液。
C.用苯酚处理，可使蛋白质变性，且留在苯酚层内；在DNA溶液中加入2.5倍体积，浓度为95%的酒精，可将DNA分离出来。此时DNA十分黏稠，可用玻璃棒搅成团取出。
D.DNA在强酸环境下，水解产生脱氧核糖等小分子物质，它与二苯胺酸性溶液反应，能生成蓝色化合物。
E.实验材料与器械：柠檬酸钠溶液、石英0.14mol/LNaCl溶液、1mol/LNaCl溶液、蒸馏水、苯酚、95%酒精、二苯胺试剂、浓硫酸、花椰菜、研钵、烧杯、漏斗、玻璃棒、量筒、石棉网、酒精灯、吸管、试管等。
F.实验步骤：研磨的匀浆 过滤得滤液 滤液稀释6倍 离心处理地沉淀物
沉淀物再溶解 加苯酚精置后去上清液 提取出DNA DNA鉴定
请阅读以上材料回答下列问题：
⑴研磨时，取10g花椰菜，加适量的石英砂和 、
⑵将滤液稀释6倍，其目的是
⑶取沉淀物，置于2ml1mol/LNaCl溶液中，使DNA核蛋白再次溶解，在加2ml苯酚充分震荡后静止，待其分层后弃其上层的苯酚。该步骤的目的是除去 。
⑷如何将剩余溶液中的DNA提取出来？
⑸如何证明提取物确实是DNA分子
5.下图表示血红蛋白提取和分离实验的部分装置或操作方法，请回答下列问题：
（1）如图甲，表示 过程，该操作目的是去除样品中 的杂质。
现有一定量的血红蛋白溶液，进行上述操作时若要尽快达到理想的实验效果，可以
（写出一种方法）。
（2）如图乙，往色谱柱中加样的正确操作顺序是 （用序号表示）。在进行④操
作前，应该等样品 ，且要 （填“打开”或“关闭”）下端出口。
6.下图为“DNA粗提取和鉴定”实验的相关操作。
（1）图中实验材料A可以是 等，研磨前加入的B应是 。
（2）通过上述所示步骤得到滤液Ｃ后，再向滤液中加入2moL/L的NaCl溶液的目的
是 ，再过滤得到滤液D，向滤液D中加入蒸馏水的目的是 。
（3）在“DNA的粗提取和鉴定”实验中，将含有一定杂质的DNA丝状物分别放入体积为2mL的四种溶液中，经搅拌后过滤，获得4种滤液，含DNA最少的是滤液 。
1
Ｂ液中
搅拌研磨后过滤
滤液E
2
2mol／L的NaCl溶液
搅拌后过滤
滤液F
3
O．014mol／L的NaCl溶液中
搅拌后过滤
滤液G
4
冷却的95％的酒精溶液中
搅拌后过滤
滤液H
（4）ＤＮＡ鉴定的原理是 。
7.测定蛋白质的相对分子质量是研究蛋白质的一项重要技术。常用的测定方法是凝胶色谱法。请回答下列问题：
（1）凝胶色谱法的原理是 。
（2）在装填凝胶柱时不得有气泡的原因是 。
（3）某人欲使用凝胶色谱法比较A、B两种蛋白质的分子质量大小，请你选择需要的材料，帮助其设计实验步骤，并预测实验结果，得出相关结论。
实验步骤：
。
实验结果及结论：
。
8.右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）用乙装置分离血红蛋白时，待___________时，用试管收集流出液，每5mL收集一管，连续收集。
参考答案：
1.（1）DNA单 AGCATGCGTTCAAGTGCA（2）4 4 TG 下方 （3）18 5：4：5：4 AACGTAGGGTTACCCTGA
2.⑴DNA分子具有双螺旋结构和DNA分子中碱基的互补配对（2）氢 解旋 解旋酶
（3）3’ 既是原料，又能提供能量 碱基互补配对原则（4）温度 酸碱度（5）变性、退火和延伸
3. ⑴第一步：出现丝状物的溶液，为溶解着DNA分子的2mol/L的氯化钠溶液。第二步：向其余3支试管中加入伊红—美兰试剂，呈现深紫色的为大肠杆菌超标的自来水。第三步：将其余2种溶液各取少许倒入2支试管中，加入双缩脲试剂，呈现紫色反应的为丙种球蛋白溶液。最后一瓶为葡萄糖溶液⑵用二苯胺沸水浴变为蓝色；或加入冷却的酒精，搅拌出现丝状物
4.⑴1mol/LNaCl溶液、柠檬酸钠⑵使DNA核蛋白的溶解度逐渐降低⑶蛋白质⑷向下层DNA溶液中加2.5倍体积，浓度为95%的酒精，此时用玻璃棒搅动，在玻璃棒上的成团物即是DNA⑸用适量的浓硫酸处理提取物，再滴加二苯胺试剂数滴如有蓝色物质出现既可证明提取物是DNA
5.（1）透析（粗分离） 分子量较小 增加缓冲液的量或及时更换缓冲液
（2）②③④① 完全进入凝胶层 关闭
6.（1）洋葱（菜花等） 洗涤剂和食盐
（2）使DNA溶解（于NaCl溶液中） 使DNA（的溶解度下降而沉淀）析出
（3）滤液H
（4）在沸水浴条件下，DNA遇二苯胺会被染成蓝色
7.（1）根据相对分子质量的大小分离蛋白质
（2）气泡会搅乱洗脱液中蛋白质的洗脱次序，减低分离效果
（3）实验步骤：将含有A、B两种蛋白质的混合液加入装满凝胶的玻璃管上端，用缓冲液进行洗脱，检测它们洗脱的先后顺序（2分）
实验结果及结论：若A先于B洗脱出来，则A的相对分子质量大于B；若B先于A洗脱出来，则B的相对分子质量大于A（2分）
8. A.（1）运输（2）磷酸缓冲液 洗脱血红蛋白 （3）透析（粗分离） 去除样品中分子量较小的杂质 凝胶色谱法 相对分子质量的大小 （4）红色的蛋白质接近色谱柱底端
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（09广东A卷38）
（1）商品化植酸酶主要来自微生物。在产酶菌株筛选过程中，常在基本培养基中添加不溶于水的植酸钙制成固体平板，植酸钙被植酸酶分解后可在平板上产生 ，可根据其大小选择目的菌株，所得菌株需要进一步测定植酸酶活性。活性测定可以植酸钠作为底物，活性可用一定条件下单位时间 表示。
（2）利用上述所得菌株制备植酸酶的流程如下图：
Ⅰ中的主要成分为 ；Ⅱ中包含多种酸酶等多种蛋白质。请写出一种纯化得到植酸酶的方法及其依据。
（3）为建设基因工程菌，可用PCR等技术从上述菌株中克隆植酸酶基因。PCR反应包含多次循环，每次循环包括三步：____ 。反应过程中打开模板DNA双链的方法是 。
（4）除植酸酶外，微生物还应用在 的生产中。
【解析】本题考查对微生物的分离和培养，蛋白质的纯化，酶活性鉴定等知识，结合实际应用。
【答案】
（1）透明圈 植酸钠的消耗量（肌醇和磷酸的生成量）
（2）小分子杂质
凝胶色谱法：根据蛋白质之间分子大小，吸附性质等差异进行纯化。（或电泳法：根据蛋白质之间电荷，分子大小等差异进行纯化。）
（3）变性，复性，和延伸 加热
（4）蛋白酶，脂肪酶，纤维素酶
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