2019-2020学年人教版生物选修一抢分教程能力提升：专题5DNA和蛋白质技术专题达标测试 14页

专题 5 DNA 和蛋白质的技术 (本试卷满分 100 分，时间 60 分钟) 一、选择题(共 15 小题，每小题 4 分，共 60 分) 1．下列关于 DNA 和血红蛋白的提取与分离实验的叙述中，错误的有 A．提取动物细胞中的 DNA 和蛋白质可以采用蒸馏水涨破细胞的方法 B．采用不同浓度的 NaCl 溶液反复溶解与析出 DNA 的方法可去除蛋白质 等杂质 C．蛋白质纯化过程中采用透析法可去除溶液中的小分子杂质 D．血红蛋白只能采用凝胶色谱法纯化，DNA 则可采用电泳、盐析等方法 纯化 解析 DNA 和蛋白质存在于细胞内，用动物作材料提取 DNA 和蛋白质， 都要用蒸馏水处理，使细胞吸水涨破，释放出其中的蛋白质或 DNA，A 正确； DNA 在不同浓度的 NaCl 溶液中的溶解度不同，因此可以采用不同浓度的 NaCl 溶液反复溶解与析出 DNA 的方法可去除蛋白质等杂质，B 正确；蛋白质纯化过 程中，由于小分子杂质可以通过透析袋，大分子蛋白质不能通过透析袋而留在 袋内，因此可以采用透析法去除溶液中的小分子杂质，C 正确；凝胶色谱法纯化 血红蛋白只是很多纯化方法中的一种，蛋白质的纯化也可以采用电泳、盐析等 方法纯化，D 错误。 答案 D 2．下列关于 PCR 引物的说法，不正确的是 A．引物是 PCR 过程中与模板 DNA 部分序列互补，并能引导模板 DNA 的 互补链合成的核苷酸 B．引物常根据需要扩增的目标 DNA 的碱基序列用化学合成的方法获得 C．PCR 过程中需要一种引物或两种引物 D．引物的 3′端具有游离的—OH 解析 由于 DNA 聚合酶不能从头合成 DNA 链，因此引物是 PCR 过程中与 模板 DNA 部分序列互补，并能引导模板 DNA 的互补链合成的核苷酸序列，A 项正确。PCR 扩增的 DNA 片段取决定于两种引物的结合位点，因此所用的引物 通常是根据需要扩增的目标 DNA 的碱基序列用化学合成的方法获得，B 项正确； C 项不正确。引物的 3′端具有游离的—OH，D 项正确。 答案 C 3．固定化单宁酶应用于茶饮料加工，可消除其中的苦涩味。下列有关叙述 正确的是 A．在单宁酶纯化时采用透析法去除蛋白 B．化学结合法比吸附法对单宁酶活性影响更小 C．温度、pH 和重金属离子都可能影响固定化单宁酶活性 D．酶的高效性决定固定化单宁酶不会降解茶饮料中的有益成分 解析 A 错：透析法可除去相对分子质量较小的杂质，酶与杂蛋白都属于生 物大分子，用透析法无法分离，正确的分离方法是凝胶色谱法。B 错：与吸附法 相比，化学结合法对酶的活性影响更大。C 对：温度、pH 和重金属离子等因素 都会对酶活性产生影响。D 错：酶的专一性决定固定化单宁酶不会降解茶饮料中 的有益成分。 答案 C 4．有关凝胶色谱法和电泳法的说法正确的是 A．它们都是分离蛋白质的重要方法 B．它们的原理相同 C．使用凝胶色谱法需要用缓冲溶液而电泳不需要 D．以上说法都正确 解析 凝胶色谱法和电泳法都是分离蛋白质的重要方法，A 正确；凝胶色谱 法和电泳法的原理不同，凝胶色谱法是根据相对分子质量的大小来分离蛋白质 的，而电泳法是根据：待分离样品中各种分子带电性质的差异以及分子本身的 大小、性状不同，使带电分子产生不同的迁移速度，从而实现样品中各种分子 的分离，B 错误；凝胶色谱法和电泳法都要用缓冲溶液来调节溶液的酸碱度，C 错误；由 A、B 和 C 选项可知，B 和 C 都错误，D 错误。 答案 A 5．在血红蛋白的整个提取过程中，不断用磷酸缓冲液处理的目的是 A．防止血红蛋白被氧气氧化 B．血红蛋白是一种碱性物质，需要酸中和 C．磷酸缓冲液会加速血红蛋白的提取过程 D．让血红蛋白处在稳定的 pH 范围内，维持其结构和功能 解析 在血红蛋白的整个提取过程中，不断用磷酸缓冲液处理，是为了维 持 PH 相对稳定，防止血红蛋白的结构发生改变。 答案 D 6．关于凝胶色谱柱的装填，除哪项外均为正确解释 A．交联葡聚糖凝胶(G－75)“G”表示凝胶的交联程度，膨胀程度及分离范围， 75 表示凝胶得水值 B．凝胶用自来水充分溶胀后，配成凝胶悬浮液 C．用 300 ml 的物质的量浓度为 20 mmol/L 的磷酸缓冲液充分洗涤平衡凝 胶 12 h D．色谱柱内不能有气泡存在，一旦发现有气泡，必须重装 解析 凝胶需用磷酸缓冲液充分溶胀后，配成凝胶悬浮液，B 错误。 答案 B 7．使用凝胶色谱法分离蛋白质时，洗涤红细胞、释放血红蛋白和透析过程 中，分别使用下列哪些试剂 ①蒸馏水 ②生理盐水 ③20 mmol/L 的磷酸缓冲液 ④清水 ⑤柠檬酸 钠 A．①③⑤ B．①②③ C．④①③ D．②①③ 解析 洗涤红细胞需使用生理盐水，释放血红蛋白时用到蒸馏水，透析时 则需用 20 mmol/L 的磷酸缓冲液，D 正确。 答案 D 8．PCR 技术扩增 DNA，需要的条件是①目的基因②引物③四种脱氧核苷 酸④DNA 聚合酶⑤mRNA⑥核糖体 A．①②③④ B．②③④⑤ C．①③④⑤ D．①②③⑥ 解析 ①PCR 技术需含目的基因的 DNA 作为模板，①正确；②PCR 技术 需要引物以延伸 DNA 链，②正确；③PCR 技术需四种脱氧核苷酸作为原料，③ 正确；④PCR 技术需耐高温的 DNA 聚合酶来催化，④正确；⑤mRNA 为翻译 的模板，PCR 技术不需要，⑤错误；⑥核糖体为翻译的场所，PCR 技术不需要， ⑥错误，故本题答案为 A。 答案 A 9．在“DNA 的粗提取与鉴定”实验中，实验原理是利用 DNA 在不同浓度 的 NaCl 溶液中的溶解度不同来进行提取，DNA 的溶解度与下图所示曲线的对 应点相符合的是 A．a 点浓度最适合析出 DNA B．b 点浓度最适合析出 DNA C．c 点浓度最适合析出 DNA D．d 点浓度最适合析出 DNA 解析 如题图所示，DNA 在物质的量浓度为 0.14 mol·L－1 的 NaCl 溶液中 的溶解度最小，这一浓度最适合析出 DNA；随着 NaCl 溶液浓度的增大或减小， DNA 溶解度均逐渐增大。 答案 B 10．关于 DNA 的实验，叙述正确的是 A．用兔的成熟红细胞可提取 DNA B．PCR 的每个循环一般依次经过变性－延伸－复性三步 C．DNA 溶液与二苯胺试剂混合，沸水浴后生成蓝色产物 D．用甲基绿对人的口腔上皮细胞染色，细胞核呈绿色，细胞质呈红色 解析 本题主要考查实验的原理、选材以及试剂的使用。兔为哺乳动物， 其成熟的红细胞中无细胞核，不能从中提取 DNA，故 A 项错误；PCR 每次循环 都可以分为变性－复性－延伸三步，故 B 项错误；在沸水浴的条件下，DNA 遇 二苯胺变成蓝色，故 C 项正确；甲基绿使 DNA 呈现绿色，不论是细胞核还是细 胞质，只要含有 DNA，都会呈绿色，故 D 项错误。 答案 C 11．提取 DNA 时，若选择的实验材料为植物细胞，破碎细胞时要加入一定 量的洗涤剂和食盐。加入食盐的目的是 A．利于 DNA 的溶解 B．分离 DNA 和蛋白质 C．溶解细胞膜 D．溶解蛋白质 解析 以植物细胞为实验材料，破碎细胞时加入洗涤剂的目的是瓦解细胞 膜，使 DNA 释放出来；而加入食盐的目的是溶解 DNA。 答案 A 12．PCR 技术(多聚酶链式反应)是一项在生物体外复制特定的 DNA 片段的 核酸合成技术，下图表示合成过程。下列说法错误的是 A．a 过程高温使 DNA 变性解旋，该过程不需要解旋酶的作用 B．c 过程要用到的酶在高温下失活，因此在 PCR 扩增时需要再添加 C．如果把模板 DNA 的两条链用 15N 标记，游离的脱氧核苷酸不标记，控 制“94 ℃～55 ℃～72 ℃”温度循环 3 次，则在形成的子代 DNA 中含有 15N 标 记的 DNA 占 25% D．PCR 中由碱基错配引起的变异属于基因突变 解析 高温所起的作用类似于解旋酶，使双链 DNA 变为单链。c 过程为 PCR 技术的延伸阶段，当系统温度上升至 72 ℃左右时，溶液中的四种脱氧核苷酸在 DNA 聚合酶的作用下合成新的 DNA 链。TaqDNA 聚合酶是耐热的，高温下不 变性，所以一次性加入即可。PCR 技术遵循半保留复制的特点，经过 3 次循环， 共产生 23 个 DNA 分子，其中有 2 个 DNA 分子含有 15N 标记。基因中的碱基对 改变属于基因突变。 答案 B 13．如图表示 PCR 技术扩增 DNA 分子的过程中，DNA 聚合酶作用的底物， 据图分析正确的是 A．图中 a 为引物，是一种单链 RNA 分子 B．图中 b 为 DNA 模板链，f 端为 3′末端 C．PCR 技术中通过控制温度来实现 DNA 双链的解旋和结合 D．DNA 聚合酶无需引物也能将单个脱氧核苷酸连接成 DNA 片段 解析 PCR 技术中，DNA 聚合酶需要引物，才能够将单个脱氧核苷酸连接 成 DNA 片段，该技术中引物通常为单链 DNA，即题图中的 a；图中 b 为 DNA 模板链，f 端为 5′末端；PCR 技术中通过高温和降温来实现 DNA 双链的解旋和 结合。 答案 C 14．如图所示，DNA 扩增过程中，DNA 片段经若干次扩增，与其数目的理 论值变化相符的是 解析 PCR 反应中 DNA 分子的扩增和生物体内 DNA 的复制是类似的，即 1 个 DNA 分子复制 1 次产生 2 个 DNA 分子，复制 2 次产生 4 个 DNA 分子，呈 指数扩增，开始以 1 个 DNA 分子为模板，经过 n 次复制后得到的 DNA 分子的 数目应为 2n，与曲线 C 相符合。 答案 C 15．在 PCR 扩增的实验中，加入一种提取物(一种模板 DNA 片段)，但实验 得到的产物却有 2 种 DNA，其原因可能是 A．基因突变 B．Taq DNA 聚合酶发生变异 C．基因污染 D．温度过高 解析 此现象属于 PCR 技术中的假阳性现象。其原因是基因污染造成的。 因此，在 PCR 实验中，一定要做到隔离操作区、分装试剂、简化操作程序、使 用一次性吸头等。尽量避免基因污染，故 C 项正确。若是基因突变，则可能得 不到扩增产物或扩增产物仍为一种，A 项不正确。若 Taq DNA 聚合酶发生变异 则不会有扩增产物，B 项不正确。若温度过高，亦不会有扩增产物，D 项不正确。 答案 C 二、非选择题(共 4 小题，共 40 分) 16．(10 分)下列是有关血红蛋白的提取与分离的问题，请回答： (1)凝胶色谱法，是根据________分离蛋白质的有效方法。所用的凝胶实际 上是一些____________。 (2)实验前取新鲜的血液，切记要预先加入柠檬酸钠，加入柠檬酸钠的目的 是____________。蛋白质的提取和分离实验中，首先要用____________(填写溶 液名称)洗涤红细胞，其目的是去除_____________________________________。 (3)在________的作用下，红细胞破裂，释放出血红蛋白。用________法可 分离出血红蛋白。 (4)取血红蛋白溶液装入透析袋，再将透析袋放入 pH 为 7.0 的________中， 透析 12 h，透析的目的是________________。透析的原理是________________。 (5)人们用鸡的红细胞提取 DNA，用人的红细胞提取血红蛋白，其原因是 ___________________________________________________________________。 解析 (1)凝胶色谱法是根据相对分子质量大小分离蛋白质的有效方法。所 用的凝胶实际上是一些微小的多孔球体。相对分子质量较大的蛋白质经过凝胶 颗粒的外部，移动距离短，移动速度快，先洗脱下来。 (2)柠檬酸钠可以防止血液凝固；首先要用生理盐水洗涤红细胞，其目的是 去除可能吸附的血浆中的蛋白质。 (3)向红细胞中加入蒸馏水和甲苯，蒸馏水会使红细胞破裂，甲苯可以溶解 细胞膜，经高速离心后可分离出血红蛋白。 (4)透析袋能使小分子自由进出，而大分子则保留在袋内。取血红蛋白溶液 装入透析袋，再将透析袋放入 pH 为 7.0 的缓冲液中，以维持血红蛋白的结构和 功能。 (5)鸡红细胞具有细胞核，含有 DNA，适合用于提取 DNA；人红细胞无细胞 核，且血红蛋白含量丰富，适合用于提取血红蛋白。 答案 (1)相对分子质量大小 微小的多孔球体 (2)防止血液凝固 生理盐 水 杂蛋白 (3)蒸馏水和甲苯 (高速)离心 (4)(磷酸)缓冲液 去除分子质量 较小的杂质 透析袋能使小分子自由进出，而大分子则保留在袋内(合理得分) (5)鸡红细胞具有细胞核，含有 DNA，适合用于提取 DNA；人红细胞无细胞核， 且血红蛋白含量丰富，适合用于提取血红蛋白 17．(10 分)(2018·江苏卷)为生产具有特定性能的α淀粉酶，研究人员从某 种海洋细菌中克隆了α淀粉酶基因(1 656 个碱基对)，利用基因工程大量制备α 淀粉酶，实验流程见下图。请回答下列问题： (1)利用 PCR 技术扩增α淀粉酶基因前，需先获得细菌的________。 (2)为了便于扩增的 DNA 片段与表达载体连接，需在引物的________端加上 限制性酶切位点，且常在两条引物上设计加入不同的限制性酶切位点，主要目 的是______________________________________________________________。 (3)进行扩增时，反应的温度和时间需根据具体情况进行设定，下列选项中 ________的设定与引物有关，________的设定与扩增片段的长度有关。(填序号) ①变性温度 ②退火温度 ③延伸温度 ④变性时间 ⑤退火时间 ⑥延 伸时间 (4)下图表示筛选获得的工程菌中编码α淀粉酶的 mRNA 的部分碱基序列： 图中虚业框内 mRNA 片段包含________个密码子，如虚线框后的序列未知， 预测虚线框后的第一个密码子最多有________种。 (5)获得工程菌表达的α淀粉酶后，为探究影响酶活性的因素，以浓度为 1% 的可溶性淀粉为底物测定酶活性，结果如下： 缓冲液 50 mmol/L Na2HPO4KH2PO4 50 mmol/L TrisHCl 50 mmol/L GlyNaOH pH 6.0 6.5 7.0 7.5 7.5 8.0 8.5 9.0 9.0 9.5 10.0 10.5 酶相对 活性% 25.4 40.2 49.8 63.2 70.1 95.5 99.5 85.3 68.1 63.7 41.5 20.8 根据上述实验结果，初步判断该α淀粉酶活性最高的条件为________。 解析 (1)利用 PCR 技术扩增α淀粉酶基因前，需先获得细菌的基因组 DNA 作为模板，并依据α淀粉酶基因两端的部分核苷酸序列合成两条引物。 (2)利用 PCR 技术扩增 DNA 时，只能从 3′端延伸 DNA 子链，为了便于扩 增的 DNA 片段与表达载体连接，需在引物的 5′端加上限制性酶切位点，并且要 注意在两条引物上设计加入不同的限制性酶切位点，这样既能防止目的基因、 载体的自身连接，又能确保目的基因与表达载体的定向连接。 (3)PCR 技术包括变性、退火(复性)和延伸三步，变性温度决定 PCR 反应中 双链 DNA 的解链，且时间很短；退火时引物结合到互补的 DNA 单链上，退火 温度由引物复性温度决定，其温度设定与引物的长度、碱基组成及浓度等有关； 延伸时间与产物片段的长度有关，产物在 1 kb 以内的延伸时间为 1 min 左右，3～ 4 kb 的延伸时间为 3～4 min。 (4)图中虚线框内共含有 24 个碱基，mRNA 上 3 个相邻的碱基编码 1 个氨基 酸，故共包含 8 个密码子。虚线框后的第 1 个密码子的第 1 个碱基是 U，第 2 和第 3 个碱基各有 4 种可能性，因此共有 16 种可能性。题干表明控制α淀粉 酶的基因 1 656 个碱基对，说明图中虚线框后的第一个密码子肯定不终止密码子 (3 种终止密码子为 UAA、UAG、UGA)，故虚线后第一个密码子实际最多有 16 －3＝13 种可能性。 (5)分析表格中的数据，酶相对活性最高为 99.5%，对应的条件是 pH 为 8.5， 缓冲液为 50 mmol/L TrisHCl。 答案 (1)基因组 DNA (2)5′ 使 DNA 片段能定向插入表达载体，减少自 连 (3)② ⑥ (4)8 13 (5)pH 为 8.5，缓冲液为 50 mmol/L TrisHCl 18．(10 分)下列为凝胶色谱法分离血红蛋白时样品的加入(甲图)和洗脱(乙图) 示意图，请据图回答下列问题。 (1)装填凝胶色谱柱时需要一次性________(填“缓慢”或“快速”)倒入，并 轻轻敲打使凝胶装填紧密而不具有气泡，否则必须重装。 (2)用吸管加样时须注意正确操作以避免破坏凝胶面，加样操作应如甲图所 示吸管口沿管壁环绕移动进行，形成________(填“滴灌加样”或“贴壁加样”)。 (3)凝胶色谱法分离血红蛋白的基本过程：样品加入后进行洗脱，而后收集 血红蛋白，则该全过程中，共需要几次打开下端的流出口？________。收集血 红蛋白样品时须把握好时机，即待_______________________________________ 时，用试管连续收集流出液。最后收集到的血红蛋白与刚洗脱时收集到的 蛋白质相比，后者相对分子质量较________(填“大”或“小”)，原因是 _____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________。 (4)电泳是指带电颗粒在电场的作用下发生迁移的过程。某同学又利用电泳 技术将得到的蛋白质样品进行分离，在电泳过程中，影响蛋白质迁移速度的因 素包括蛋白质分子的________________、________________以及分子的形状等。 而 在 测 定 蛋 白 质 相 对 分 子 质 量 时 通 常 使 用 的 电 泳 方 法 为 ___________________________________________________________________。 (5)许多重要的生物大分子，如蛋白质、核酸等都具有可解离的基团，在一 定的 pH 下，这些基团会带上正电或负电。在电场的作用下，这些带电分子会向 着与其所带电荷相反的电极移动。丙图表示模拟电泳现象的实验装置图，U 型管 左侧的颜色逐渐变深，原因最可能是_____________________________________。 解析 (3)凝胶色谱法分离血红蛋白的过程的操作为调节缓冲液面，打开下 端流出口，使缓冲液下降到与凝胶面平齐后关闭出口→加入蛋白质样品→打开 下端出品，使样品渗入凝胶床内，等样品完全进入凝胶层后，关闭下端出口→ 洗脱：色谱柱上端连接缓冲液洗脱瓶，打开下端流出口→收集分装蛋白质，即 可分离得到血红蛋白。(4)在测定蛋白质相对分子质量时通常使用 SDS—聚丙烯 酰胺凝胶电泳。在凝胶中加入的 SDS 可与蛋白质形成“蛋白质—SDS 复合物”， 使蛋白质迁移速率仅取决于分子大小。 (5)由题图分析可知 Fe(OH)3 胶体粒子带正电荷，在电场作用下向阴极移动。 答案 (1)缓慢 (2)贴壁加样 (3)3 次 红色蛋白质接近色谱柱底端 小 相对分子质量大的蛋白质，通过 色谱柱的路程较短，移动速度较快 (4)带电性质 分子本身大小 SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳 (5)Fe(OH)3 胶体粒子带正电荷，在电场作用下向阴极移动 19．(10 分)下图为鸡血细胞中 DNA 的粗提取和鉴定实验过程中的部分操作 示意图，请据图分析，回答下列问题： (1)图中正确的实验操作顺序是________(用序号与箭头表示)。 (2)步骤③中加入蒸馏水的目的是________________________；步骤⑤中加 入蒸馏水后 DNA 析出，该操作的原理是________________________。 (3)步骤①中所用酒精最佳是经过________后再使用，该步骤的目的是 ________________________。 (4)DNA 可用________试剂鉴定，沸水浴后的颜色反应为________________。 (5)由于鸡血较难找到，某学生试图用人血代替，结果没有成功，其原因最 可能是______________________________________________________________。 解析 (1)DNA 的粗提取和鉴定步骤是：加入蒸馏水，破碎细胞→过滤，获 取含 DNA 的滤液→去除滤液中杂质→DNA 的析出→鉴定．所以正确的操作顺 序是③→②→⑤→④→①。 (2)步骤③中加入蒸馏水的目的是加速血细胞的破裂；当 NaCl 溶液浓度大于 0.14 mol/L 时，DNA 在 NaCl 溶液中的溶解度随 NaCl 溶液浓度的降低而减小， 因此步骤⑤中加入蒸馏水后 DNA 析出。 (3)步骤①中所用酒精最佳是经过充分预冷后再使用，该步骤的目的是利用 DNA 不溶于酒精的性质，可除去细胞中溶于酒精的物质而得到较纯的 DNA。 (4)DNA 可用二苯胺试剂鉴定，沸水浴后的颜色反应为蓝色。 (5)人是哺乳动物，哺乳动物血液中的红细胞没有细胞核和细胞器，因此用 人血代替鸡血来进行该实验难以取得成功。 答案 (1)③→②→⑤→④→① (2)加速血细胞的破裂 DNA 在 2 mol/L NaCl 溶液中的溶解度，随 NaCl 溶 液浓度的降低而减小 (3)充分预冷 提取含杂质较少(或较纯净)的 DNA(利用 DNA 不溶于酒精的 性质，可除去细胞中溶于酒精的物质而得到较纯的 DNA) (4)二苯胺 蓝色 (5)人血含 DNA 太少(成熟的红细胞没有细胞核)