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专题3生物技术在其他方面的应用考纲考情三年11考高考指数:★★★★★1.酶活力测定的一般原理和方法2.制备和应用固定化酶3.蛋白质的分离4.PCR技术的原理【知识梳理】一、酶活力的测定1.酶的活性:(1)概念:酶催化一定_________的能力。(2)表示方法——反应速度:单位时间内、单位体积中反应物的_______或产物的_______。2.影响酶活性的因素:_____________________等。3.探究温度和pH对酶活性影响的思路:(1)探究最适pH:在一恒定温度下,通过设置_______来确定。(2)探究最适温度:在一恒定的pH下,通过设置_________来确定。化学反应减少量增加量温度、pH和酶的抑制剂pH梯度温度梯度二、酵母细胞的固定化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)高果糖浆的生产反应原理:葡萄糖果糖颗粒状的载体回收葡萄糖异构2.固定化细胞技术:(1)方法:_______、化学结合法、___________。(2)操作流程:配制CaCl2溶液配制海藻酸钠溶液海藻酸钠溶液活化包埋法物理吸附法三、多聚酶链式反应扩增DNA片段1.PCR原理:DNA_____,即:复制解体降温2.PCR反应过程:变性90℃复性50℃引物延伸72℃DNA聚合酶3.PCR反应特点:__________只能特异地复制处于_________之间的DNA序列,使这段固定长度的序列呈_____扩增。DNA聚合酶两个引物指数四、血红蛋白的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·江苏高考T3D)利用固定化酵母细胞进行发酵,糖类的作用只是作为反应底物。()2.在制备固定化酵母细胞过程中必须进行无菌操作。()3.(2013·广东高考T28)PCR扩增与体内DNA复制不同,前者通过高温解开双链,后者通过解旋酶解开双链。()4.(2013·北京高考T5D)PCR呈指数扩增DNA片段是因为上一轮反应产物可作为下一轮反应模板。()×√√√5.电泳过程中,蛋白质分子的移动速度与分子本身的大小和形状无关,而与所带电荷的差异有关。()6.凝胶色谱法分离蛋白质过程中,相对分子质量较大的蛋白质较相对分子质量小的蛋白质先洗脱出来。()×√【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】名称原理图示包埋法将酶或细胞均匀地包埋在不溶于水的多孔性载体中化学结合法利用共价键、离子键将酶分子或细胞相互结合,或将其结合到载体上物理吸附法通过物理吸附作用,将酶或细胞固定在纤维素、琼脂糖、多孔玻璃等载体上考点一固定化技术1.固定化酶与固定化细胞技术的比较:2.直接使用酶、固定化酶、固定化细胞的比较:直接使用酶固定化酶固定化细胞酶的种数一种或几种一种一系列酶制作方法化学结合固定化、物理吸附固定化包埋法固定化是否需要营养物质否否是反应底物各种物质(大分子、小分子)各种物质(大分子、小分子)小分子物质直接使用酶固定化酶固定化细胞缺点①对环境条件非常敏感,易失活②难回收,成本高,影响产品质量不利于催化一系列的酶促反应反应物不易与酶接触,尤其是大分子物质,反应效率下降优点催化效率高、耗能低、低污染①既能与反应物接触,又能与产物分离②可以反复利用成本低、操作容易实例果胶酶固定化葡萄糖异构酶固定化酵母细胞【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】1.(固定化技术方法的比较)下列说法不正确的是()A.固定化酶和固定化细胞的方法包括包埋法、化学结合法和物理吸附法B.固定化酶更适合采用化学结合法和物理吸附法C.由于细胞个体大,而酶分子很小,因此细胞多采用物理吸附法固定D.反应物是大分子物质应采用固定化酶【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。【互动探究】A项中从操作角度来考虑,你认为固定化酶技术与固定化细胞技术哪一种方法对酶活性的影响更小?为什么?提示:固定化细胞技术。一般采用包埋法固定化,将细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.(固定化细胞的制备流程)(2014·苏州模拟)酵母细胞固定化的实验中,下列实验操作与实验目的不相符的是()A.干酵母加入蒸馏水搅拌均匀后,放置一段时间,使酵母细胞活化B.采用小火或间断加热的方法,防止海藻酸钠发生焦糊C.将活化的酵母细胞加入海藻酸钠溶液,轻轻搅拌,以免产生气泡D.用注射器滴加溶液时要接近CaCl2溶液的液面,防止凝胶珠出现“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,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。【互动探究】A项中描述的干酵母会形成芽孢进入休眠状态,该过程是否属于酵母菌的孢子生殖过程?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】1.图中所示的酶固定化技术中属于包埋法的一组是()A.①②B.①③④C.①④D.③④【解析】选D。①为物理吸附法,②为化学结合法,③④为包埋法,③包埋于网格中,④包埋于微胶囊中。2.(2014·连云港模拟)下列有关制备固定化酵母细胞的说法,错误的是()A.可根据凝胶珠的颜色和形状检测凝胶珠的质量B.要将酵母细胞活化处理C.制成的凝胶珠上不能出现小孔D.配制的海藻酸钠浓度是本实验的关键【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技术和分离蛋白质1.细胞内DNA复制与PCR技术的比较:项目DNA复制PCR扩增不同点场所细胞内细胞外能量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聚合酶是否有转录伴有转录、产生引物无转录、需加入两种引物特点边解旋边复制,半保留复制体外迅速扩增项目DNA复制PCR扩增不同点循环次数受生物体自身控制30多次缓冲液不需要需要人为控制设备无需要严格控制温度变化的温控设备相同点原料四种脱氧核苷酸复制原理严格遵循碱基互补配对原则模板DNA引物都需要与模板相结合的引物2.PCR过程:(1)变性:当温度上升到90℃以上时,双链DNA解聚为单链。(2)复性:温度下降到50℃左右,两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA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,根据碱基互补配对原则合成新的DNA链。3.PCR技术和分离蛋白质的比较:PCR技术分离蛋白质实验原理利用DNA热变性原理体外扩增DNA依据相对分子质量的大小不同来分离蛋白质实验过程变性→复性→延伸样品处理和粗分离→凝胶色谱操作实验结果获得大量DNA相对分子质量不同的蛋白质得以分离实验意义解决了DNA研究中材料不足的问题为蛋白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】1.(PCR与DNA复制的比较)(2014·苏州模拟)PCR过程与细胞内的DNA复制过程相比,主要有两点不同,它们是()①PCR过程需要的引物是人工合成的单链DNA或RNA②PCR过程不需要DNA聚合酶③PCR过程中DNA的解旋不依靠解旋酶,而是通过对反应温度的控制来实现的④PCR过程中,DNA不需要解旋,直接以双链DNA为模板进行复制A.③④B.①②C.①③D.②④【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20～30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.(血红蛋白提取的流程及相关原理)(2014·连云港模拟)红细胞含有大量血红蛋白,红细胞的功能主要是由血红蛋白完成的,血红蛋白的主要功能是携带O2或CO2。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。根据材料回答下列问题。(1)实验前取新鲜血液,要在采血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。加入柠檬酸钠的目的是。(2)在对样品进行处理时,主要包括、血红蛋白的释放、分离血红蛋白溶液、透析等步骤。其中透析技术的原理是。(3)同学甲利用琼脂糖凝胶电泳技术将得到的蛋白质进行分离,在电泳过程中,影响蛋白质迁移速率的因素包括蛋白质分子的、以及分子的形状等。(4)同学乙利用凝胶色谱法进行血红蛋白分离(如图一),他在操作中加样的正确顺序是,在执行图一中②所示操作时,色谱柱下端连接的尼龙管应该(填“打开”或“关闭”)。(5)图二、图三分别是同学甲、乙利用同一种样品分离得到的结果,则在图三中与图二中蛋白质P对应的是。【解题指南】解答本题需注意以下两点:(1)明确血红蛋白提取的实验流程和注意事项。(2)理解SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳分离蛋白质的相关原理。【解析】(1)加入柠檬酸钠的目的是防止血液凝固。(2)对样品的处理包括红细胞