專題5：DNA和蛋白質技術 (課本中問題的答案)
課題1 DNA的粗提取與鑑定
（一）旁欄思考題
1．為什麼加入蒸餾水能使雞血細胞破裂？
答：蒸餾水對於雞血細胞來說是一種低滲液體，水分可以大量進入血細胞內，使血細胞脹裂，再加上攪拌的機械作用，就加速了雞血細胞的破裂(細胞膜和核膜的破裂)，從而釋放出DNA。
2．加入洗滌劑和食鹽的作用分別是什麼？
答：洗滌劑是一些離子去汙劑，能溶解細胞膜，有利於DNA的釋放；食鹽的主要成分是NaCl，有利於DNA的溶解。
3．如果研磨不充分，會對實驗結果產生怎樣的影響？
答：研磨不充分會使細胞核內的DNA釋放不完全，提取的DNA量變少，影響實驗結果，導致看不到絲狀沉澱物、用二苯胺鑑定不顯示藍色等。
4．此步驟獲得的濾液中可能含有哪些細胞成分？
答：可能含有核蛋白、多糖和RNA等雜質。
5．為什麼反覆地溶解與析出DNA，能夠去除雜質？
答：用高鹽濃度的溶液溶解DNA，能除去在高鹽中不能溶解的雜質；用低鹽濃度使DNA析出，能除去溶解在低鹽溶液中的雜質。因此，通過反覆溶解與析出DNA，就能夠除去與DNA溶解度不同的多種雜質。
6．方案二與方案三的原理有什麼不同？
答：方案二是利用蛋白酶分解雜質蛋白，從而使提取的DNA與蛋白質分開；方案三利用的是DNA和蛋白質對高溫耐受性的不同，從而使蛋白質變性，與DNA分離。
（二）練習
1．答：提取DNA的第一步是材料的選取，其目的是一定要選取DNA含量較高的生物材料，否則會由於實驗過程中或多或少的損失而造成檢測的困難；第二步是DNA的釋放和溶解，這一步是實驗成功與否的關鍵，要儘可能使細胞內的DNA全部溶解；第三步是DNA的純化，即根據DNA的溶解特性、對酶及高溫的耐受性的不同等特性，最大限度地將DNA與雜質分開；最後一步是對DNA進行鑑定，這是對整個實驗的結果的檢測。
2．答：提取蛋白質比提取DNA的難度大。這是因為，與DNA相比，蛋白質對溫度、鹽濃度、pH等條件要敏感得多，很容易失活；並且蛋白質的空間結構多種多樣，理化性質各不相同，使得蛋白質的提取沒有一種統一的方法，只能根據特定蛋白質的特性摸索提取的條件，設計特定的方法。
課題2 多聚酶鏈式反應擴增DNA片段
練習
1.提示：繪圖可參考教科書中圖5-9。PCR反應中的目的片段一般以2n的方式積累，其中n為反應循環次數。一個DNA片段在30次循環後反應物中大約有10億個這樣的片段（2n=230=1 073 741 824)。
2.提示：PCR引物是根據需要擴增的目標DNA的鹼基序列來設計的。引物的設計需要豐富的分子生物學實驗經驗，感興趣的學生可以參考《分子克隆實驗指南》（見本專題參考書目），書中有詳盡的論述。
課題3 血紅蛋白的提取和分離
（一）旁欄思考題
你能從凝膠色譜的分離原理分析為什麼凝膠的裝填要緊密、均勻嗎？
答：凝膠實際上是一些微小的多孔球體，小球體內部有許多貫穿的通道。相對分子質量較大的蛋白質分子不能進入凝膠顆粒內部，只能分布在顆粒之間，通過的路程較短，移動速度較快；相對分子質量較小的蛋白質分子比較容易進入凝膠內的通道，通過的路程較長，移動速度較慢。因此，樣品中相對分子質量較大的蛋白質先流出，相對分子質量中等的分子後流出，相對分子質量最小的分子最後流出，從而使各種相對分子質量不同的分子得以分離。如果凝膠裝填得不夠緊密、均勻，就會在色譜柱內形成無效的空隙，使本該進入凝膠內部的樣品分子從這些空隙中通過，攪亂洗脫液的流動次序，影響分離的效果。
（二）練習
1．答：凝膠色譜法也稱為分配色譜法，它是根據分子量的大小分離蛋白質的方法之一。所用的凝膠實際上是一些微小的多孔球體，這些小球體大多數是由多糖類化合物構成，小球體內部有許多貫穿的通道，當一個含有各種分子的樣品溶液緩慢流經時，各分子在色譜柱內進行兩種不同的運動，即垂直向下的運動和無規則的擴散運動。相對分子質量較大的蛋白質分子不能進入凝膠顆粒內部，只能分布在顆粒之間，通過的路程較短，移動速度較快；相對分子質量較小的蛋白質分子比較容易進入凝膠內的通道，通過的路程較長，移動速度較慢。因此，樣品中相對分子質量較大的蛋白質先流出，相對分子質量中等的分子後流出，相對分子質量最小的分子最後流出，這種現象又叫分子篩現象。此外，凝膠本身具有三維網狀結構，相對分子質量大的分子通過這種網狀結構上的空隙時阻力大，而相對分子質量小的分子通過時阻力小，因此不同分子量的蛋白質分子可以獲得分離。
2．答：在一定範圍內，能對抗外來少量強酸、強鹼或稍加稀釋不引起溶液pH發生明顯變化的作用叫做緩衝作用，具有緩衝作用的溶液叫做緩衝溶液。緩衝溶液通常是由一或兩種化合物（緩衝劑）溶解於水中製得，調節緩衝劑的配比就可製得不同pH範圍的緩衝液。
緩衝溶液的作用是維持反應體系的pH不變。在生物體內進行的各種生物化學過程都是在精確的pH下進行的，受到氫離子濃度的嚴格調控。為了在實驗室條件下準確地模擬生物體內的天然環境，就必須保持體外生物化學反應過程有與體內過程完全相同的pH。
3．答：電泳是指帶電粒子在電場的作用下發生遷移的過程。許多重要的生物大分子，如胺基酸、多肽、蛋白質、核苷酸、核酸等都具有可解離基團，它們在某個特定的pH下會帶上正電或負電；在電場的作用下，這些帶電分子會向著與其所帶電荷相反的電極方向移動。電泳技術就是在電場的作用下，利用待分離樣品中各種分子帶電性質以及分子本身大小、形狀等性質的差異，使帶電分子產生不同的遷移速度，從而達到對樣品進行分離、鑑定或提純的目的。
4．答：血紅蛋白提取和分離的程序可分為四大步，包括：樣品處理、粗分離、純化和純度鑑定。首先通過洗滌紅細胞、血紅蛋白的釋放、離心等操作收集到血紅蛋白溶液，即樣品的處理；再經過透析去除分子量較小的雜質，即樣品的粗分離；然後通過凝膠色譜法將相對分子質量大的雜質蛋白除去，即樣品的純化；最後經聚丙烯醯胺凝膠電泳進行純度鑑定。
5．答：血紅蛋白是有色蛋白，因此在凝膠色譜分離時可以通過觀察顏色來判斷什麼時候應該收集洗脫液。這使血紅蛋白的分離過程非常直觀，大大簡化了實驗操作。
專題5：DNA和蛋白質技術電子課本連結
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