1、专题 5 DNA 与蛋白质技术 课题 5.1 DNA 的粗提取与鉴定 一、【课题目标】 （一）知识与技能 1、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。 2、理解 DNA 粗提取与鉴定的原理 （二）过程与方法 掌握 DNA 如提取计数，能利用 DNA 的性质进行实验设计和操作 （三）情感、态度与价值观 通过对 DNA 的粗提取的实验过程的设计及操作，锻炼科学的思维方法，培养实事求是 的科学态度。 二、 【课题重点】 DNA 的粗提取和鉴定方法 三、 【课题难点】 DNA 的粗提取和鉴定方法 四、 【教学方法】 启发式教学 五、 【教学工具】 多媒体课件 六
2、、 【教学过程】 （一）引入新课 无论是果胶酶还是加酶洗衣粉中的酶制剂，都是从细胞中提取出来的。从今天开始， 我们学习生物化学成分的提取与改造技术。 （二）进行新课 1基础知识 11DNA 粗提取的原理 提取 DNA 的原理包括 DNA 的溶解性和耐受性两个方面。问：提取 DNA 的溶解性原理包 括哪些方面？ DNA 在不同浓度 NaCl 溶液中溶解度不同；DNA 不溶于酒精。 111 分析图 51。DNA 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
3、解；0.14mol/L 可使 DNA 析出。 112 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。 问：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。 113 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
4、对 DNA 产生影响。温度值为 6080，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。 思考：观察图 5-2，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。 12DNA 的鉴定原理 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
5、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。 2实验设计 21 实验材料 2.1.1 不同生物的组织中 DNA 含量不同。在选取材料时，应本着 DNA 含量高、材料易得、 便于提取的原则。你认为教材提供的材料中哪些不适合提取 DNA？ 哺乳动物的血液和液体培养基中的大肠杆菌。 2.1.2 从核 DNA 数目来看，猪 38 条，鸡 78 条，哺乳动物血 0 条，猕猴桃 58 条，洋葱 16 条，豌豆 14 条，菠菜 12 条，大肠杆菌 1 条。请选择动植物材料各一种。 鸡血、猕猴桃。 22 破碎细胞，获取含 DNA 的滤液 若选用鸡血和洋葱作实验材料，则怎样获取含 DNA 的
6、滤液？ 在鸡血细胞液中加入一定量蒸馏水并用玻棒搅拌，过滤后收集滤液；切碎洋葱，加入 一定量洗涤剂和食盐，搅拌研磨，过滤后收集滤液。 在以上实验中，加入蒸馏水、洗涤剂和食盐的作用分别是什么？过滤时应当选用（滤 纸、尼龙布） 。 血细胞在蒸馏水中大量吸水而张裂；洗涤剂瓦解细胞膜；食盐溶解 DNA 物质；选用尼 龙布进行过滤。 在处理植物组织时需要进行研磨，其目的是什么？研磨不充分产生什么结果？ 破碎细胞壁，使核物质容易溶解在 NaCl 溶液中；研磨不充分会使 DNA 的提取量减少。 具体做法。10mL 鸡血20mL 蒸馏水同方向搅拌3 层尼龙布过滤滤液 23 去除滤液中的杂质 最初获得的 DNA
7、滤液含有蛋白质、脂质等杂质，需要进一步提纯 DNA。阅读教材提供的 三种方法，分析其中的原理。 方案一的原理是 DNA 在不同浓度 NaCl 溶液中溶解度不同；方案二的原理是蛋白酶分解 蛋白质，不分解 DNA；方案三的原理是蛋白质和 DNA 的变性温度不同。 具体做法。 方案一：30mL 滤液35gNaCl同方向搅拌，DNA 溶解加入蒸馏水DNA 析出过滤 得到过滤物放到 2mol/LNaCl 溶液中溶解DNA-NaCl 溶解液 方案二：30mL 滤液嫩肉粉（木瓜蛋白酶）静置 1015 分钟DNA 滤液 方案三：30 滤液6067处理过滤获得 DNA 滤液 24DNA 析出与鉴定 在滤液中仍然
8、含有一些杂质，怎样除去这些杂质呢？得到的 DNA 呈何颜色？ 滤液与等体积的冷却酒精混合均匀，静置 23 分钟，析出的白色丝状物就是 DNA。DNA 呈白色。 怎样鉴定析出的白色丝状物就是 DNA 呢？阅读教材。 阅读。简述 DNA 的鉴定过程。 具体做法。试管 2 支，编号甲乙各加等量 5mLNaCl 溶液甲中放入少量白色丝状物， 使之溶解各加 4mL 二苯胺，混合均匀沸水浴 5min观察颜色变化 3实验操作 制备鸡血细胞液加柠檬酸钠，静置或离心 破碎细胞，释放 DNA 加蒸馏水，同一方向快速通方向搅拌 过滤，除去细胞壁、细胞膜等。 溶解核内 DNA 加入 NaCl 至 2mol/L，同一方
9、向缓慢搅拌 DNA 析出 加蒸馏水至 0.14mol/L，过滤，在溶解到 2mol/L 溶液中 除去细胞质中的大部分物质。 DNA 初步纯化 与等体积 95冷却酒精混合，析出白色丝状物 除去核蛋白、RNA、多糖等。 DNA 鉴定 二苯胺，沸水浴，呈现蓝色 其它注意事项：在鸡血中加入柠檬酸钠防止凝固；鸡血静置或离心以提高细胞悬液浓 度；使用塑料烧杯；使用尼龙布过滤；玻棒沿同一方向搅拌；玻棒搅拌要缓慢（细胞破裂 快速搅拌） ；玻棒不要碰到烧杯壁；二苯胺试剂要现用现配等。为了提高 DNA 纯度，在科学 实验中通常使用的洗涤剂有十六烷基三甲基溴化铵（CTAB） 、十二烷基硫酸钠（ SDS） 。 （三）
10、课堂总结、点评 DNA 的粗提取与鉴定 实验原理 DNA 在不同浓度 NaCl 溶液中溶解度不同 DNA 与其他细胞成分在酒精中溶解度不同 DNA 和蛋白质对酶、高温和洗涤剂耐受性不 同 DNA 与二苯胺呈现蓝色反应DNA 粗提取 选择适宜材料 破碎细胞 DNA 的溶解和析出DNA 的纯化 鉴定 DNA 与二苯胺混合，沸水浴，呈现蓝色反应 （四）实例探究 例 1 在 DNA 分子的粗提取实验中，两次向烧杯中加入蒸馏水的作用是（ ） A. 稀释血液、冲洗样品 B. 使血细胞破裂，降低 NaCl 浓度使 DNA 析出 C. 使血细胞破裂，增大 DNA 溶解度 D. 使血细胞破裂，提取含杂质较少的
11、DNA 解析：在该实验过程中，第一次加入蒸馏水的目的是使血细胞过度吸水而破裂，以便 核物质溶解。第二次加入蒸馏水是为了降低 NaCl 浓度至 0.14mol/l，因为此时的 DNA 溶解 度最小，可使 DNA 析出。 例 2 在制备鸡血细胞液的过程中，加入柠檬酸钠的目的是（ ） A. 防止凝血 B. 加快 DNA 析出 C. 加快 DNA 溶解 D. 加速凝血 解析：柠檬酸钠的作用是利用柠檬酸根离子与血浆中 Ca2+离子结合成柠檬酸钠，降低 Ca2+离子浓度，使有关凝血酶活性降低。因此柠檬酸钠是抗凝血物质，防止凝血，有利于 鸡血细胞液的制备。 答案：A 综合应用 例 3 DNA 在 NaCl
12、溶液中溶解度有二重性，随着 NaCl 溶液的变化而变化。 （1）请在下列 NaCl 溶液中选出溶解度能使 DNA 析出最彻底的一种（ ）和溶解度最 高的一种（ ） A. 0.14mol/l B. 2mol/l C. 0.15mol/l D. 0.3mol/l （2）DNA 不溶于酒精溶液，但细胞中的某些物质却可以溶于酒精溶液，利用这一原理 可以_，可以推测溶于酒精中的物质可能有_ 。 （3）利用 DNA 与_变蓝色的特性，将该物质作为鉴定_的试剂。其实验过程 要点是向放有_的试管中加热 4ml 的_。混合均匀后，将试管置于 _5min，待试管 _，观察试管中溶液颜色的变化，这个实验也说明 DN
13、A 耐 _温。 解析：根据实验原理可知 DNA 在 0.14mol/l 的 NaCl 溶液中溶解度最低，在高浓度 2mol/l 中，溶解度最高。DNA 存在于染色体上，为了把 DNA 和其他物质分开，采取 DNA 不 溶于酒精的方法，目的是除去杂质；利用 DNA 与二苯胺（沸水浴）成蓝色的特性，可以鉴 定提取的 DNA。 答案：（1）A；B （2）除去杂质；某些脂类、蛋白质、糖类或其他大分子物质 （3）二苯胺；DNA；DNA；二苯胺试剂；沸水中水浴加热；冷却后；高 （五）巩固练习 1.在研究 DNA 的基因样本前，采集来的血样需要蛋白水解酶处理，然后用有机溶剂除 去蛋白质。用蛋白水解酶处理血样
14、的目的是（ ） A.除去血浆中的蛋白质 B.除去染色体上的蛋白质 C.除去血细胞表面的蛋白质 D.除去血细胞中的所有的蛋白质，使 DNA 释放，便于进一步提纯 2与析出 DNA 粘稠物有关的叙述，不正确的是（ ） A.操作时缓缓滴加蒸馏水，降低 DNA 的溶解度 B.在操作 A 时，用玻璃棒轻缓搅拌，以保证 DNA 分子完整 C.加蒸馏水可同时降低 DNA 和蛋白质的溶解度，两者均可析出 D.当丝状粘稠物不再增加时，此时 NaCl 的浓度相当于 0.14mol/L 3洗涤剂能够瓦解（ ） ，但对 DNA 没有影响。 A.细胞壁 B.细胞膜 C.细胞核 D.细胞质 4在沸水浴的条件下，DNA 遇
15、（ ）会被染成蓝色。 A.斐林试剂 B.苏丹染液 C.双缩脲试剂 D.二苯胺 5在 DNA 提取过程中，最好使用塑料试管和烧杯，目的是（ ） A.不易破碎 B.减少提取过程中 DNA 的损失 C.增加 DNA 的含量 D.容易洗刷 6下列操作中，对 DNA 的提取量影响最小的是（ ） A.使鸡血细胞在蒸馏水中充分破裂，放出 DNA 等核物质 B.搅拌时，要使用玻璃棒沿一个方向轻缓搅拌 C.在“析出 DNA 粘稠物”时，要缓缓加蒸馏水，直至溶液中粘稠物不再增加 D.在用酒精沉淀 DNA 时，要使用冷酒精，甚至再将混合液放入冰箱中冷却 E 在 DNA 的溶解和再溶解时，要充分搅拌 7DNA 的粗提
16、取中，将与滤液体积相等的、冷却的（ ） ，静置 23min，溶液中会 出现白色丝状物。 A.09%的 NaCl B.0.14mol/L 的 NaCl 溶液 C.质量分数 15%的 HCl D.体积分数为 95%的酒精溶液 8.以血液为实验材料时，需要向血液中加入（ ） ，防止血液凝固。 A.醋酸钠 B.龙胆紫 C.柠檬酸钠 D.醋酸洋红 9.在向溶解 DNA 的 NaCl 溶液中，不断加入蒸馏水的目的是（ ） A.加快溶解 DNA 的速度 B.加快溶解杂质的速度 C.减少 DNA 的溶解度，加快 DNA 析出 D.减小杂质的溶解度，加快杂质的析出 10.去除滤液中的杂质时，直接在滤液中加入嫩肉
17、粉，利用嫩肉粉中的（ ）分解蛋 白质。 A.胃蛋白酶 B.胰蛋白酶 C.木瓜蛋白酶 D.肠肽酶 答案：DCBDB BDCCC 七、 【课余作业】 1、为什么加入蒸馏水能使鸡血细胞破裂？ 2加入洗涤剂和食盐的作用分别是什么 八、 【教学体会】 生物体的性状之所以能够遗传给后代，是由于生物体内具有 DNA 或 RNA 这些遗传物质。 在教学过程中，教师应当引导学生分析插图，通过图像理解 DNA 的溶解度，并且掌握分离 DNA 的原理。教材在实验设计中关于去除滤液中杂质的第二、第三个方案，正是利用了上 述不同的特性，从而达到分离 DNA 和蛋白质的目的。 九、 【资料袋】 解开 DNA 的秘密 当发
18、现基因就是 DNA 后，人们还是想知道，这个 DNA 是怎么样的一种东西，它又是通 过什么具体的办法把生命的那么多信息传递给新的接班人的呢？ 首先人们想知道 DNA 是由什么组成的，人类总是爱这样刨问底。结果有一个叫莱文的 科学家通过研究，发现 DNA 是由四种更小的东西组成，这四种东西的总名字叫核苷酸，就 像四个兄弟一样，它们都姓核苷酸，但名字却有所不同，分别是腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、 胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)，这四种名字很难记，不过只要记住 DNA 是由四种核苷酸只是随 便聚在一起的、而且它们相互的连接没有什么规律，但后来核苷酸其实不一样，而且它们 相互组合的方式也千变万化，大有奥
19、秘。 现在，人们已基本上了解了遗传是如何发生的。20 世纪的生物学研究发现：人体是由 细胞构成的，细胞由细胞膜、细胞质和细胞核等组成。已知在细胞核中有一种物质叫染色 体，它主要由一些叫做脱氧核糖核酸（DNA）的物质组成。 生物的遗传物质存在于所有的细胞中，这种物质叫核酸。核酸由核苷酸聚合而成。每 个核苷酸又由磷酸、核糖和碱基构成。碱基有五种，分别为腺嘌呤（A） 、鸟嘌呤（G） 、胞 嘧啶（C） 、胸腺嘧啶（T）和尿嘧啶（U） 。每个核苷酸只含有这五种碱基中的一种。 单个的核苷酸连成一条链，两条核苷酸链按一定的顺序排列，然后再扭成“麻花”样， 就构成脱氧核糖核酸（DNA）的分子结构。在这个结构中，每三个碱基可以组成一个遗传的 “密码” ，而一个 DNA 上的碱基多达几百万，所以每个 DNA 就是一个大大的遗传密码本，里 面所藏的遗传信息多得数不清，这种 DNA 分子就存在于细胞核中的染色体上。它们会随着 细胞分裂传递遗传密码。 人的遗传性状由密码来传递。人大概有 2.5 万个基因，而每个基因是由密码来决定的。 人的基因中既有相同的部分，又有不同的部分。不同的部分决定人与人的区别，即人的多 样性。人的 DNA 共有 30 亿个遗传密码，排列组成约 2.5 万个基因。
