3.1.2重组DNA技术的基本工具——DNA的粗提取与鉴定课件-2024-2025学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

基因的结构和功能 1.基因与DNA的关系？ 2.基因的基本单位是什么？ 3.基因的功能？ 基因是有遗传效应的DNA片段 CH2 H OH H H H H 碱基 磷酸 5’ 4’ 3’ 2’ 1’ 脱氧核苷酸 挖掘记忆 储存、传递、表达遗传信息 复制 转录 翻译 DNA RNA 逆转录 复制 蛋白质 每个DNA分子上有很多个基因 每个基因可以含有成百上千个脱氧核苷酸 不同基因中脱氧核苷酸的排列顺序不同,因此不同的基因含有不同的遗传信息。 什么是基因? 基因是有遗传效应的DNA片断 基因的功能：储存遗传信息并指导蛋白质的合成（表达） 细胞分化的实质—基因的选择性表达 基因能进行选择性表达说明什么？ —细胞内基因的表达是可调控的 人体胚胎发育 过程中的细胞分化 原核细胞的基因结构 编码区 非编码区 非编码区 编码区上游 编码区下游 不能编码蛋白质 可调控遗传信息的表达 (调控序列) 编码蛋白质 (编码序列) 原核细胞的基因结构 编码区 非编码区 非编码区 与RNA聚合酶结合位点 RNA聚合酶能识别并与 调控序列中的结合位点结合, 催化转录形成RNA。 与RNA聚合酶结合位点 A G G U C A C G U C G A G G T C A C G T C G T C C A G T G C A G C RNA聚合酶 RNA聚合酶 RNA聚合酶 启动子 终止子 真核细胞的基因结构 真核细胞的编码区含有 能够编码蛋白质的序列—外显子 不能编码蛋白质的插入序列—内含子 非编码区 非编码区 编码区 与RNA聚合酶结合位点 外显子 内含子 1 2 3 4 5 非编码区 非编码区 编码区 与RNA聚合酶结合位点 外显子 内含子 1 2 3 4 5 加 工 转 录 mRNA前体 成熟mRNA 加 工 一个典型的真核细胞基因结构示意图 非编码区 非编码区 编码区 与RNA聚合酶结合位点 外显子 内含子 1 2 3 4 5 原核细胞基因 真核细胞基因 相同点 不同点 原核细胞基因与真核细胞基因结构的比较 都是由能够编码蛋白质的编码区和 具有调控作用的非编码区组成。 编码区是连续的 编码区是间隔的， 是不连续的 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 12 1.取一段长约2cm的去皮香蕉，剪碎置于玻璃杯中； 2.加入10mL温水，2g食盐，5滴洗洁精，充分研磨； 3.用双层纱布过滤研磨液，收集滤液； 4.向滤液中加入2g嫩肉粉，混合均匀； 5.将滤液置于55-60℃的水浴中加热5-10min； 6.冷却，加入等体积、冷却的高度酒； 7.静置2-3min，用玻璃棒（或筷子）挑取白色絮状析出物。 参考方案 “家庭版”DNA的粗提取 第1节 重组DNA技术的基本工具 第3章 基因工程 探究·实践·DNA的粗提取与鉴定 一、基础知识 利用DNA与RNA、蛋白质和脂质等在物理和化学性质上的差异，提取DNA，去除其他成分。 2、细胞中除了DNA，还有哪些生物大分子？ 1、DNA分子存在于细胞中的哪些结构呢？ 真核细胞：细胞核（染色体）、线粒体、叶绿体 原核细胞：拟核、质粒 3、如何去除其他成分，提取DNA？ RNA、蛋白质、脂质、糖类等 15 二、实验原理： 1.DNA不溶于酒精，但某些蛋白质溶于酒精。 2.DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，能溶于2mol/L NaCl溶液。 3.在一定温度下，DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色。 0 DNA溶解度 NaCl浓度 0.14mol/L 2mol/L DNA含量相对较高的生物组织，如新鲜洋葱、香蕉、菠菜、菜花和猪肝等 不能选择哺乳动物成熟的红细胞，因为哺乳动物成熟的红细胞中没有细胞核和线粒体，几乎不含DNA 1.选材： 注意： 2.试剂： ①研磨液 ②体积分数为95%的酒精 ③2mol/L 的NaCl溶液 ④二苯胺试剂 ⑤蒸馏水 析出DNA 溶解DNA 鉴定DNA，要现配现用 三、材料用具 四、方法步骤： 取材、研磨 过滤或离心取上清液 预冷酒精析出DNA或离心收集沉淀中的DNA NaCl溶液溶解DNA并鉴定 抑制核酸水解酶的活性，进而抑制DNA降解；抑制DNA分子运动，使DNA易形成沉淀析出； 1.取材、研磨： 称取30g洋葱，切碎，然后放入研钵中，倒入10mL 研磨液，充分研磨 研磨的目的： 破碎细胞，使核物质容易溶解在研磨液中 2.过滤或离心取上清液： 方法一：在漏斗中垫上纱布，将洋葱研磨液过滤到烧杯中，在4℃冰箱中放置几分钟后，再取上清液。 方法二：直接将研磨液倒入塑料离心管中，1500r/min的转速下离心5min，再取上清液放入烧杯中。 ①上清液中除DNA之外，可能含有哪些杂质？ 可能含有核蛋白、多糖等杂质 ②低温放置几分钟的作用： 四、方法步骤： 研磨洋葱 3.预冷酒精析出DNA或离心收集沉淀中的DNA 方法一：在上清液中加入体积相等的、预冷的酒精溶液(体积分数为95%)，静置2-3min，溶液中出现的白色丝状物就是粗提取的DNA。用玻璃棒沿一个方向搅拌，卷起丝状物，并用滤纸吸去上面的水分； 方法二：将溶液倒入塑料离心管中，在10000r/min的转速下离心5min，弃上清液，将管底的沉淀物(粗提取的DNA)晾干。 ①搅拌时应轻缓、并沿一个方向： 减少DNA断裂，以便获得较完整的DNA分子 用冷却的酒精析出DNA 四、方法步骤： ②酒精预冷的作用： 低温可抑制核酸水解酶的活性，进而抑制DNA降解； 低温抑制DNA分子运动，使DNA易形成沉淀析出； 低温有利于增加DNA的柔韧性，减少断裂。 4.NaCl溶液溶解DNA并鉴定 取两支20mL的试管，各加入2mol/L的NaCl溶液5mL。将丝状物或沉淀物溶于其中一支试管的NaCI溶液中。向两支试管中各加入4mL的二苯胺试剂。混合均匀后，将试管置于沸水中加热5min。待试管冷却后，比较两支试管中溶液颜色的变化。 实验组 对照组 水浴加热 四、方法步骤： 溶液蓝色的深浅与溶液中DNA的含量的多少有关。 五、结果分析与评价 1.你提取出白色丝状物或沉淀物了吗？用二苯胺试剂鉴定的结果如何？ 观察提取的DNA的颜色，如果不是白色丝状物，说明DNA中的杂质较多。二苯胺试剂鉴定呈现蓝色说明实验基本成功；如果不呈现蓝色，可能的原因有所提取的DNA含量低，或者在实验操作过程中出现了失误等。 2.你能分析出粗提取的DNA中可能含有哪些杂质吗？ 可能仍然含有核蛋白、多糖等杂质。 3.与其他同学提取的DNA进行比较，看看实验结果有何不同，分析产生差异的原因。 本实验可以采取分组的方式进行。可以选取不同的实验材料；也可以查阅资料了解其他提取DNA的方法，对同种材料采用不同的方法。最后从多方面比较实验结果，如DNA的纯度、DNA的颜色、二苯胺试剂显色的深浅等，看看哪种实验材料、哪种提取方法的效果更好。 1.如果选用鸡血细胞进行实验，如何快速破碎细胞？ 2.有时会在DNA滤液中添加嫩肉粉（木瓜蛋白酶），这样有什么好处？ 3.有时还会反复利用不同浓度的NaCl溶液来溶解、析出DNA，试猜想该操作的目的？ 将鸡血细胞置于蒸馏水中，待细胞涨破后，收集滤液。 利用蛋白酶分解杂质蛋白，不分解DNA，有利于DNA与蛋白质分开。 进一步纯化DNA——用高盐浓度的溶液溶解DNA，能除去在高盐溶液中不能溶解的杂质；用低盐溶液使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。 思考 六、实验梳理 本实验中有三次过滤: 第一次过滤获得DNA的滤液 第二次过获得DNA粘稠物 第三次过滤获得DNA的滤液 获得含DNA的滤液 获取DNA粘稠物 得到含DNA的滤液 本实验两次析出DNA： 第一次：用0.14 mol/L的NaCI溶液析出DNA，目的是除去溶液中的杂质。 第二次：用冷却的95％的酒精，获得含杂质较少的DNA丝状物 2025/4/1 七、进一步探究 实验室提取纯度较高的DNA的方法有不少。例如，可以先添加质量分数为25%的SDS溶液，使蛋白质变性后与DNA分开；随后，加入氯仿—异丙醇混合液(体积比为24：1)，通过离心将蛋白质及其他杂质除去，取上清液；可重复上述操作几次，直至上清液变成透明的黏稠液体。此外由于苯酚可以迅速使蛋白质变性，抑制核酸酶的活性，因此还可以先用苯酚处理，然后离心分层，这时DNA溶于上层水相，蛋白质变性后存在于酚层中，用吸管、微量移液器等实验用具就可以将两者分开。 练习与应用 一、概念检测（P74） 1.DNA连接酶是重组DNA技术常用的一种工具酶。下列相关叙述正确的是 ( ) A.能连接DNA分子双链碱基对之间的氢键 B.能将单个脱氧核苷酸加到DNA片段的末端，形成磷酸二酯键 C.能连接用同种限制酶切开的两条DNA片段，重新形成磷酸二酯键 D.只能连接双链DNA片段互补的黏性末端，不能连接双链DNA片段的平末端 C 练习与应用 一、概念检测（P74） 2、在重组DNA技术中，将外源基因送人受体细胞的载体可以是 ( ) A.大肠杆菌的质粒 B.切割DNA分子的酶 C.DNA片段的黏性末端 D.用来识别特定基因的DNA探针 A 1.想一想，为什么限制酶不切割细菌本身的DNA分子? 二、拓展应用（P74-75） 练习与应用 提示:迄今为止，在基因工程操作中使用的限制酶绝大部分都是从细菌或霉菌中提取出来的，它们可以识别DNA上特定的碱基序列并使特定部位的磷酸二酯键断开。微生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制，可以将外源人侵的DNA降解。 细菌中限制酶之所以不切割自身的DNA，是因为含有某种限制酶的细胞的DNA分子或者不具备这种限制酶的识别序列，或者通过甲基化酶将甲基转移到了限制酶所识别序列的碱基上，使限制酶不能将其切开。这样，尽管细菌中含有某种限制酶，也不会使自身的DNA被切断，并且可以防止外源DNA人侵 2.有2个不同来源的DNA片段A和B，A片段用限制酶SpeI进行切割，B片段分别用限制酶HindI、XbaI、EcoRV和Xhol进行切割。各限制酶的识别序列和切割位点如下。 (1)哪种限制酶切割B片段产生的DNA片段能与限制酶SpeI切割A片段产生的DNA片段相连接?为什么? 二、拓展应用（P74-75） 练习与应用 提示: XbaI。 因为XbaI与SpeI切割产生了相同的黏性末端。 2.有2个不同来源的DNA片段A和B，A片段用限制酶SpeI进行切割，B片段分别用限制酶HindI、XbaI、EcoRV和Xhol进行切割。各限制酶的识别序列和切割位点如下。 (2)不同的限制酶切割可能产生相同的黏性末端，这在基因工程操作中有什么意义? 二、拓展应用（P74-75） 练习与应用 提示:识别DNA分子中不同核苷酸序列，但能切割产生相同黏性末端 的限制酶被称为同尾酶。同尾酶使构建载体时，切割位点的选择范围扩大。例如，我们选择了用某种限制酶切割载体，如果目的基因的核苷酸序列中恰好含有该限制酶的识别序列，那么用该限制酶切割含有目的基因的DNA片段时，目的基因就很可能被切断;这时可以考虑用合适的同尾酶(目的基因的核苷酸序列中不能有它的识别序列)来获取目的基因。 Lavf59.16.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf59.16.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$