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。
大多数蛋白质不能忍受60—80o C的高温，而DNA在以上才会变性。
洗涤剂能够瓦解，但对DNA没有影响。
3）DNA的鉴定在条件下，DNA遇会被染成色，因此二苯胺可以作为鉴定DNA的试剂。
2．实验设计1）实验材料的选取凡是含有的生物材料都可以考虑，但是使用的生物组织，成功的可能性更大。
在下面的生物材料中选取适合的实验材料：鱼卵、猪肝、菜花（花椰菜）、香蕉、鸡血、哺乳动物的红细胞、猕猴桃、洋葱、豌豆、菠菜、在液体培养基的大肠杆菌思考：哺乳动物的红细胞的特点？2）破碎细胞，获取含DNA的滤液动物细胞的破碎比较容易，以鸡血细胞为例，在鸡血细胞液中加入一定量的，同时用搅拌，过滤后收集滤液即可。
如果实验材料是植物细胞，需要先用溶解细胞膜。
例如，提取洋葱的DNA时，在切碎的洋葱中加入一定的和，进行充分的搅拌和研磨，过滤后收集研磨液。
思考：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？③如果研磨不充分，会对实验结果产生怎样的影响?④此步骤获得的滤液中可能含有哪些细胞成分？3）去除滤液中的杂质阅读课本的三个方案，思考：为什么反复地溶解与析出DNA，能够去除杂质？方案二与方案三的原理有什么不同？4）DNA的析出与鉴定将处理后的溶液过滤，加入与滤液体积、冷却的，静置，溶液中会出现，这就是粗提取的DNA。
用玻璃棒搅拌，卷起丝状物，并用滤纸吸取上面的水分。
取两支20ml的试管，各加入物质的量浓度为的NaCl溶液5ml，将丝状物放入其中一支试管中，用玻璃棒搅拌，使丝状物溶解。
然后，向两支试管中各加入4ml的。
混合均匀后，将试管置于中加热5min，待试管冷却后，比较两支试管溶液颜色的变化，看看溶解有DNA的溶液是否变。
3．操作提示以血液为实验材料时，每100ml血液中需要加入3g ，防止。
加入洗涤剂后，动作要、，否则容易产生大量的泡沫，不利于后续步骤地操作。
加入酒精和用玻璃棒搅拌时，动作要，以免，导致DNA 分子不能形成絮状沉淀。
二苯胺试剂要，否则会影响鉴定的效果。
4．结果分析与评价[疑难点拨]1．DNA的溶解度与NaCl溶液浓度的关系：当NaCl溶液浓度低于0.14mol/L时，随浓度的升高，DNA的溶解度降低；当NaCl溶液浓度高于0.14mol/L时，随浓度升高，DNA的溶解度升高。
2．制备鸡血细胞液时，要在新鲜的鸡血中加入柠檬酸钠的原因制备鸡血细胞液时，要在新鲜的鸡血中加入抗凝剂——柠檬酸钠，防止血液凝固。
其原理是柠檬酸钠能与血浆中Ca2+发生反应，生成柠檬酸钙络合物，血浆中游离的Ca2+大大减少，血液便不会凝固，因为鸡血红细胞，白细胞都有细胞核，DNA主要存在于细胞核中，所以在离心或静置沉淀后，要弃出上层清液——血浆。
3．提取DNA的第一步是材料的选取，其目的是一定要选取DNA含量较高的生物材料，否则会由于实验过程中或多或少的损失而造成检测的困难；第二步是DNA的释放和溶解，这一步是实验成功与否的关键，要尽可能使细胞内的DNA全部溶解；第三步是DNA的纯化，即根据DNA的溶解特性、对酶及高温的耐受性的不同等特性，最大限度地将DNA与杂质分开；最后一步是对DNA进行鉴定，这是对整个实验的结果的检测。
4．在DNA的析出的步骤中用到玻璃棒搅拌时，注意动作要轻缓，以免加剧DNA分子的断裂，导致DNA分子不能形成絮状沉淀。
5．盛放鸡血细胞液的容器，最好是塑料容器。
鸡血细胞破碎以后释放出的DNA，容易被玻璃容器吸附，由于细胞内DNA的含量本来就比较少，再被玻璃容器吸附去一部分，提取到的DNA就会更少。
因此，实验过程中最好使用塑料的烧杯和试管，这样可以减少提取过程的DNA的损失。
[典例解析]本实验中有三次过滤：⑴过滤用蒸馏水稀释过的鸡血细胞液⑵过滤含粘稠物的0.14mol/LNaCl溶液⑶过滤溶解有DNA的2mol/LNaCl溶液以上三次过滤分别为了获得（）A含核物质的滤液、纱布上的粘稠物、含DNA的滤液B含核物质的滤液、滤液中DNA粘稠物、含DNA的滤液C含核物质的滤液、滤液中DNA粘稠物、纱布上的DNAD含较纯的DNA滤液、纱布上的粘稠物、含DNA的滤液答案：A解析:用蒸馏水稀释鸡血细胞液，使血细胞的细胞膜、核膜破裂，释放出核物质，此时过滤只能得到含DNA和其他物质如蛋白质的滤液，这种滤液必须经过实验中其他步骤得相继处理，方能得到较纯的DNA。
DNA在0.13mol/LNaCl溶液中溶解度最低，成丝状粘稠物，可经过滤留在纱布上。
【课本问题答案和提示】（一）旁栏思考题1．为什么加入蒸馏水能使鸡血细胞破裂？答：蒸馏水对于鸡血细胞来说是一种低渗液体，水分可以大量进入血细胞内，使血细胞胀裂，再加上搅拌的机械作用，就加速了鸡血细胞的破裂(细胞膜和核膜的破裂)，从而释放出DNA。
2．加入洗涤剂和食盐的作用分别是什么？答：洗涤剂是一些离子去污剂，能溶解细胞膜，有利于DNA的释放；食盐的主要成分是NaCl，有利于DNA的溶解。
3．如果研磨不充分，会对实验结果产生怎样的影响？答：研磨不充分会使细胞核内的DNA释放不完全，提取的DNA量变少，影响实验结果，导致看不到丝状沉淀物、用二苯胺鉴定不显示蓝色等。
4．此步骤获得的滤液中可能含有哪些细胞成分？答：可能含有核蛋白、多糖和RNA等杂质。
5．为什么反复地溶解与析出DNA，能够去除杂质？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。
6．方案二与方案三的原理有什么不同？答：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。
（二）练习1．答：提取DNA的第一步是材料的选取，其目的是一定要选取DNA含量较高的生物材料，否则会由于实验过程中或多或少的损失而造成检测的困难；第二步是DNA的释放和溶解，这一步是实验成功与否的关键，要尽可能使细胞内的DNA全部溶解；第三步是DNA的纯化，即根据DNA的溶解特性、对酶及高温的耐受性的不同等特性，最大限度地将DNA与杂质分开；最后一步是对DNA进行鉴定，这是对整个实验的结果的检测。
2．答：提取蛋白质比提取DNA的难度大。
这是因为，与DNA相比，蛋白质对温度、盐浓度、pH等条件要敏感得多，很容易失活；并且蛋白质的空间结构多种多样，理化性质各不相同，使得蛋白质的提取没有一种统一的方法，只能根据特定蛋白质的特性摸索提取的条件，设计特定的方法。
[课堂演练]一、选择题（10个）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的目的是（ D ）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（ C ）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/L3．洗涤剂能够瓦解（B ），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（D ）会被染成蓝色。
A.斐林试剂B.苏丹Ⅲ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（B ）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（B ）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7．DNA的粗提取中，将与滤液体积相等的、冷却的（D ），静置2—3min，溶液中会出现白色丝状物。
A.0．9%的NaClB.0.14mol/L的NaCl溶液C.质量分数15%的HClD.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（ C ），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（C ）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粉，利用嫩肉粉中的（C ）分解蛋白质。
