2001-2003年期间,国内有一些企业和科研机构研发了一批纤维素酶应用于中药制药的技术与产品,并获得了国内专利,但为数不多。纤维素酶主要应用于中药有效成分地提取与制作,在这些专利中,除了仅采用纤维素酶外,还采用了纤维素酶与另一种或几种酶组成的复合酶类酶解中药,如应用纤维素酶、果胶酶、葡萄糖异构酶、淀粉酶、脂肪酶组成复合酶,对中药进行酶解,以提高有效成分提取率的复合酶反应液。
该专利是由福建省的林陆山发明的,该发明是一种复合酶反应液,其特点是由复合酶、原生质液、酶促进剂、含微量元素的无机盐、蒸馏水以及辅料所组成。该发明的复合酶反应液无毒,生物降解性能好,可广泛用于中草药、保健品、食品、饮料,通过对其原料的酶解发酵,提高酶解反应速度,提高有效成分的提取率,用于中药工业无废水、废气、废渣,对环境保护有着重要意义。
该复合酶反应液的特征在于组成成分及其含量(以组分重量之和为100计):复合酶2%-5%、原生质液4.5%-60%、酶促进剂5%-10%、蒸馏水10%-70%、含微量元素的无机盐0.5%-16%、辅料3%-24%,所述的复合酶为纤维素酶、果胶酶、葡萄糖异构酶、淀粉酶、脂肪酶以2∶2∶3∶3∶3重量比的混合酶,所述的原生质液包括玉米浆、玉米粉、胡萝卜汁、蛋清、苹果汁、大豆粉、梨汁、萝卜汁、青菜汁、苦瓜汁、豆油、牛乳、麦芽汁、白菜汁、莲子汁、豆芽汁在内的一种、两种或两种以上的混合物,所述的酶促进剂包括酵母膏、吐温80、红曲粉在内的一种、两种或两种以上的混合物,所述的无机盐包括KHzPO↓[4]、(NH↓[4])↓[z]HPO↓[4]、KNO↓[3]、MgSO↓[4]、Na↓[2]SO↓[4]、ZnSO↓[4]、
醛亚胺
醛与伯胺在一定条件下发生亲核加成反应后消除一分子水生成的产物
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审阅专家 蒲富永
醛亚胺是指醛与伯胺在一定条件下发生亲核加成反应后消除一分子水生成的产物,一般可以用通式RCH=NR1(R、R1可以是芳基也可以是烷基)表示。醛亚胺是亚胺的一种形式,亚胺也叫做席夫碱。
中文名
醛亚胺
外文名
aldimine
定义
醛与伯胺脱水生成的产物
分类
芳醛亚胺、脂肪族亚胺
相关学科
有机化学
简介参与反应醛亚胺参与的转氨作用TA说
简介
醛与一级(伯)胺加成脱水缩合而成的产物叫做醛亚胺,其通式是RCH=NR1,R可以代表芳基,也可以代表烃基,相对应的是芳香亚胺和脂肪族亚胺。一般情况下芳香族醛亚胺的稳定性比脂肪族的醛亚胺(通常不能分离得到)稳定性强。芳香族醛亚胺因为存在共轭体系可以稳定存在并能分离得到产物。醛亚胺是亚胺(席夫碱)的一种。亚胺有毒,对皮肤有刺激性。醛亚胺可视为醛中氧原子被NR1基团(R1可以是氢或有机基团)所取代得到的产物。若NR1中的R1=H,化合物为一级醛亚胺;若R1=烃基,则化合物为二级醛亚胺。醛亚胺是一种可参与多种反应的化合物,其应用在有机化学中随处可见。若R1=OH,则称为醛肟;若R3=NH2,则称为腙。如图1所示的一级醛亚胺和二级醛亚胺。
图1 一级和二级醛亚胺的结构式
参与反应
聚合反应:醛、酮与胺反应很难得到稳定的产物,一般实际意义不大。但是甲醛和胺反应生成不稳定的醛亚胺中间体能进行聚合反应生成一个特殊的笼状化合物,称为乌洛托品或六亚甲基四胺,是制备树脂和炸药的原料,本身也具有消毒作用。如图2所示的反应方程式:
图2 乌洛托品形成的反应方程式
甲醛先和氨发生亲核加成反应生成不稳定的加成产物,脱水,聚合最终形成乌洛托品。
曼尼希反应(Mannich反应):也称作胺甲基化反应,是含有活泼氢的化合物(通常为羰基化合物)与甲醛和二级胺或氨缩合,生成β-氨基(羰基)化合物的有机化学反应。一般醛亚胺与α-亚甲基羰基化合物的反应也被看做曼尼希反应。反应的产物β-氨基(羰基)化合物称为“曼尼希碱”(Mannich碱),简称曼氏碱。如图3所示形成醛亚胺的机理:
图3 曼尼希反应形成醛亚胺的机理
羰基质子化,胺对羰基发生亲核加成,去质子,氮上的电子转移,水离去,可以得到一个亚胺离子中间体。以二甲胺作原料,这个中间体为N,N-二甲基-亚甲基氯化铵,在70年代由Kinact等人首先发现。它具有很强的反应性,可以使很多在通常条件下难以进行的反应得以顺利进行。
醛亚胺参与的转氨作用
磷酸吡哆醛(英语:Pyridoxal phosphate;PLP)是维生素B6的活性形式。这种维生素主要包括三种天然有机化合物:吡哆醛、吡哆胺与吡哆醇。[1]
磷酸吡哆醛在所有转氨基作用反应以及一些氨基酸的脱羧与脱氨反应中充当辅酶的角色。磷酸吡哆醛的醛基与氨基转移酶中特定赖氨酸基团的ε-氨基之间形成希夫碱键(内部醛亚胺)。氨基酸底物中的α-氨基置换活性位点赖氨酸残基的ε-氨基。生成的外部醛亚胺变得去质子化而形成一个醌型中间体,后者转而在不同的位置上接受一个质子以形成一个酮亚胺。酮亚胺水解,使复合酶的氨基得到再生。如图4所示具体的机理示意图:
图4 转氨作用机制
目录1拼音2英文参考3聚合酶链式反应的定义4聚合酶链反应的历史回顾 4.1核酸体外扩增最早的设想4.2聚合酶链反应的发明 5聚合酶链反应相关技术的发展6其它扩增技术 6.1连接酶链反应 (A)6.2依赖核酸序列的扩增 (A)6.3转录依赖的扩增系统 (A)6.4Qβ复制酶反应 (A) 7PCR技术的应用举例:8PCR的基本原理和概念 8.1基本原理8.2参与PCR反应体系的因素及其作用 9聚合酶链式反应检查 9.1聚合酶链式反应正常值9.2聚合酶链式反应临床意义 10参考资料这是一个重定向条目,共享了聚合酶链式反应的内容。 1拼音 jù hé méi liàn fǎn yìng
2英文参考 polymerase chain reaction [WS/T 203—2001 输血医学常用术语]
PCR [WS/T 203—2001 输血医学常用术语]
3聚合酶链式反应的定义 聚合酶链反应(polymerase chain reaction,PCR)是指由引物选择性体外扩增DNA或RNA片段的检测方法[1]。该方法在输血领域可用于各种血型分型、骨髓移植配型、输血传播疾病病原体检测等[1]。
聚合酶链式反应是体外酶促合成特异DNA片段的一种分子生物学实验方法,主要由高温变性、低温退火和适温延伸三个步骤反复的热循环构成:即模板DNA先经高温变性为单链,在DNA聚合酶和适宜的温度下,两条引物分别与两条模板DNA链上的一段互补序列发生退火,接着在DNA聚合酶的催化下以四种脱氧核苷酸三磷酸(dNTPs)为底物,使退火引物得以延伸。如此反复,使位于两段已知序列之间的DNA片段呈几何倍数扩增。[2]
4聚合酶链反应的历史回顾
5聚合酶链反应相关技术的发展 PCR及其相关技术的发展速度是惊人的。国际上分别于1988年和1990年在美国和 英国召开了第一届和第二届PCR技术专题研讨会。第一届会议主要讨论了PCR的应用 与技术本身的优化问题;第二届会议的主要议题是人类基因组计划与PCR的最新进 展。这充分体现了生物学家对PCR的重视。
(表)聚合酶链反应的相关技术
名 称 主要用途 简并引物扩增法扩增未知基因片段
巢居PCR提高PCR敏感性、特异性,分析突变
复合PCR同时检测多个突变或病原
反向PCR扩增已知序列两侧的未知序列,致产物突变
单一特异引物PCR扩增未知基因组DNA
单侧引物PCR通过已知序列扩增未知cDNA
锚定PCR分析具备不同末端的序列
增效PCR减少引物二聚体,提高PCR特异性
固著PCR有利于产物的分离
膜结合PCR去除污染的杂质或PCR产物残留
表达盒PCR产生合成或突变蛋白质的DNA片段
连接介导PCRDNA甲基化分析、突变和克隆等
RACEPCR扩增cDNA末端
定量PCR定量mRNA或染色体基因
原位PCR研究表达基因的细胞比例等
臆断PCR鉴定细菌或遗传作用
通用引物PCR扩增相关基因或检测相关病原
信使扩增表型分型(mapping)同时分析少量细胞的mRNA
6其它扩增技术 与PCR及其相关技术发展的同时,新的扩增技术也不断诞生。这些技术各有利 弊,与PCR互为补充,有的可结合应用,共同构成了核酸体外扩增技术的大家族。我 们相信,随着分子生物学技术的发展,这一家族一定会再涌现出新成员。
其它体外核酸扩增技术(表) 技术 应用 转录依赖的扩增系统(TAS) 检测HIV 连接酶链反应(LCR) 检测点突变 自主序列复制(3SR)系统 研究RNA,临床应用、法医学等 链替代扩增(SDA) 检测、鉴定基因 Qβ复制酶系统 增加探针检测敏感性 循环探针反应 增加探针检测敏感性
LCR的基本原理为利用DNA连接酶。特异地将双链DNA片段连接,经变性退火连 接三步骤反复循环,从而使靶基因序列大量扩增。
LCR的扩增效率与PCR相当,用耐热连接酶做LCR只用两个温度循环,94℃min变性 和65℃复性并连接,循环30次左右。其产物的检测也较方便灵敏。目前该方法主要用 点突变的研究与检测、微生物病原体的检测及定向诱变等,还可用于单堿基遗传病多 态性及单堿基遗传病的产物诊断,微生物的种型鉴定,癌基因的点突变研究等。
NASBA主要用于RNA的扩增、检测及测序。
其基本方法为:将引物,标本加入扩增反应液,65℃1min使RNA分子二级结构打 开,降温至37℃加入逆转录酶,T7RNA聚合酶和RNase H,并在37℃反应1~1.5小时,其 产物经琼脂糖电泳,溴乙锭染色即可在紫外仪下看到条带。
NASBA的特点为操作简便,不需特殊仪器,不需温度循环。整个反应过程由三种 酶控制,循环次数少,忠实性高,其扩增效率高于PCR,特异性好。
TAS的主要特点是扩增效率高,因为其RNA拷贝数呈10的指数方式增加,只需6个 循环靶序列的拷贝数就能达到2×106。它的另一个特点是特异性高,由于TAS只能进行 6次温度循环,错掺率低,加之用葡聚糖珠夹心杂交,因而特异性也高。
虽然本法有较高的特异性和敏感性,但其循环过程复杂,需重复加入逆转录酶和 T7RNA多聚酶,有待进一步研究。
Qβ复制酶是一种RNA指导的RNA聚合酶,它有3个特点:①不需寡核苷酸引物的引 导就可启动RNA的合成。②能特异地识别RNA基因中由于分子内堿基配对而形成的特有 的RNA折叠结构。③在Q β复制酶的天然模板MDV1 RNA的非折叠结构区插入一短的 核酸序列不影响该酶的复制。 因而,如在此区插入核酸探针,则其序列照样可能被 Qβ复制酶扩增。
1988年Lizardi等,将靶基因序列 *** MDV1质粒里,用T7 RNA聚合酶催化转录 出MDV1 RNA探针,这种RNA探针可与靶序列杂交,然后洗去非杂交的探针,加入Qβ 复制酶来扩增探针,被扩增的探针又可作为模板进行扩增,并呈指数递增。其产物 按上述两种方法进行检测。现在该技术又发展了夹心杂交法,分子开关和靶依赖的复 制等技术。
7PCR技术的应用举例: 研究:基因克隆;DNA测序;分析突变;基因重组与融合;鉴定与调控蛋白质结 合DNA序列;转座子插入位点的绘图;检测基因的修饰;合成基因的构建;构建克隆 或表达载体;检测某基因的内切酶多态性
诊断:细菌(螺旋体、支原体、衣原体、分支杆菌、立克次氏体、白喉杆菌、致 病大肠杆菌、痢疾杆菌、嗜水气单胞菌和艰难梭菌等);病毒(HTLV、HIV、HBV、 HPVS、EV、CMV、EBV、HSV,麻疹病毒、轮状病毒、细小病毒B19);寄生虫(疟疾 等);人遗传病(LeshNyhan综合症、地贫、血友病、BMD、DMD、囊性纤维化等)
免疫学:HLA分裂;T细胞受体或抗体多样化的定性;自身免疫病基因作图;淋巴因子定量
人类基因组工程:用散布重复序列产生DNA标志;遗传图谱的构建(检测DNA、 多态性或 *** 绘图);物理图谱的构建;测序,表达图谱
法医:犯罪现场标本分析;HLADQ
肿瘤:胰癌、结肠癌、肺癌、甲状腺癌、黑色素瘤、血液恶性肿瘤
组织和群体生物学:遗传聚类研究;动物保护研究;生态学;环境科学;实验遗 传学。
古生物学:考古与博物馆标本分析
动物学:动物传染病的诊断等
植物学:检测植物病原等
8PCR的基本原理和概念
PCR是在试管中进行DNA复制反应,基本原理与体内相似,不同之处是耐热的Taq酶取代DNA聚合酶,用合成的DNA引物替代RNA引物,用加热(变性)、冷却(退火、保温(延伸)等改变温度的办法使DNA得以复制,反复进行变性、退火、延伸循环,就可使DNA无限扩增。PCR的具体过程如下:
将PCR反应体系升温至95℃左右,双链的DNA模板就解开成两条单链,此过程为变性。然后将温度降至引物的Km值以下,3'端与5'端的引物各自与两条单链DNA模板的互补区域结合,此过程称为退火。当将反应体系的温度升至70℃左右时,耐热的Taq DNA聚合酶催化四种脱氧核糖核苷酸按照模板DNA的核苷酸序列的互补方式依次加至引物的3'端,形成新生的DNA链。每一次循环使反应体系中的DNA分子数增加约一倍。理论上循环几次,就增加为2^n倍。当经30次循环后,DNA产量达2^30拷贝,约为10^9个拷贝。PCR扩增过程见图81。由于实际上扩增效率达不到2倍,因而应为(1+R)^n,R为扩增效率。
(一)模板核酸
用于PCR的模板核酸可以是DNA,也可以是RNA。当用RNA作模板时,首先要进行反转录生成cDNA,然后再进行正常的PCR循环。核酸模板来源广泛,可以从培养细胞、细菌、病毒、组织、病理标本、考古标本等中提取。
PCR反应时加入的DNA模板量一般为100100000拷贝,现在的技术水平已能从单个细胞制备出相应的cDNA文库。DNA模板含量合适,可以减少PCR多次循环带来的堿基错配。
通常模板DNA用线性DNA分子,若为环状质粒,最好先用酶将其切开成线状分子,因为环状DNA复性太快。
(二)引物
引物决定PCR扩增产物的特异性与长度。因此,引物设计决定PCR反应的成败。
PCR反应中有两种引物,即5'端引物与3'端引物。5'端引物是指与模板5'端序列相同的寡核苷酸,3'端引物是指与模板3'端序列互补的寡核苷酸。对引物的基本要求有:①引物的长度过短会影响PCR的特异性,要求有1630bp,因为4^164.29x10^9,已大于哺乳动物基因组3x10^9bp,保证了特异性结合;引物过长使延伸温度超过Taq DNA聚合酶的最适温度(74度),亦会影响产物的特异性。②G+C的含量一般为40%60%。③四种堿基应随机分布,不要有连续3个以上的相同嘌吟或嘧啶存在。尤其是引物3'端,不应有连续3个G或c,否则会使引物与核酸的G或c富集区错误互补,而影响PCR的特异性。④引物自身不应存在互补序列而引起自身折叠,起码引物自身连续互补堿基不能大于3bp。⑤两引物之间不应互补,尤其是它们的3'端不应互补。一对引物之间不应多于4个连续堿基有互补性,以免产生引物二聚体。④引物与非特异靶区之间的同源性不要超过70%或有连续8个互补堿基同源,否则导致非特异性扩增。①引物3'端是引发延伸的点。因此不应错配。由于ATCG引起错配有一定规律,以引物3'端A影响最大,因此,尽量避免在引物3'端第一位堿基是A。引物3'端也不要是编码密码子的第三个堿基,以免因为密码子第3位简并性而影响扩增特异性。⑧引物5'端可以修饰,包括加酶切位点,用生物素、荧光物质、地高辛等标记,引入突变位点,引入启动子序列,引入蛋白质结合DNA序列等,引物的设计最好以电脑软件进行指导。
反应体系中,引物浓度一般要求在O.10.5μmol之间。浓度太高,容易生成引物二聚体,或非特异性产物。
引物Tm值与退火温度有关,计算公式为:Tm4(G+C)+2(A+T)。引物Tm值最好在5580℃范围,以接近72℃为最好。
(三)耐热的TaqDNA聚合酶
1976年Chien分离出热稳定聚合酶,1986年Erlich分离并纯化了适于PCR的Tq热稳定性聚合酶,为PCR成为实用技术奠定了基础,现已用基因重组生产。日前可用于PCR的聚合酶有多种:有从水生栖热菌中提取的Taq酶、从嗜热栖热苗中获得的Taq酶、从Litoralis栖热球菌中分离的VENT酶、及从酸热浴硫化裂片苗中分离的Sac酶,而以Taq酶用得最广泛。Taq DNA聚合酶分子量为94kD,75℃时酶比活性为150bs/酶分子,反应温度过高或过低均影响其延伸率,Taq蕾有很高的耐热稳定性。实验表明,在92.5℃、95℃、97.5℃时,其半衰期分别为40min、30min和5min。
纯化的Taq酶在体外无3'5'外切酶活性,因而无校正阅读功能,在扩增过程可引起错配。错配堿基的数量受温度、Mg2+浓度和循环次数的影响。通常,30次循环Taq酶的错配率约为0.25%,高于Klenow酶的错配率。Taq酶在每一次循环中产生的移码突变率为1/30000,堿基替换率为1/8000。应用低浓度的dNTP(各20μmol/L)、1.5mmol/L的Mg2+浓度、高于55℃的复性温度,可提高Taq酶的忠实性,此时的平均错配率仅为5x10^6次/(核苷酸*循环)。
Taq酶具有类似于末端转移酶的TdT的活性,可在新生成的双链产物的3'端加上—个堿基,尤其是dATP最容易加上。因此,欲将PCR产物克隆到载体上,可以用两种处理办法:一是构建dT载体;二是用Klenow酶将3'端的A去掉,即在PCR反应后,先在99℃加热10min灭活Taq酶,调整Mg2+浓度至510mmol/L,加入12U Klenow片段,室温下作用1520min,3'端的A即被切去,
Taq酶还具有反转录活性。在23mmol/L Mg2+浓度下68℃时出现类似反转录酶的活性。若有Mg2+存在,则反转录活性更佳,利用这一活性,可直接用于RNAPCR,尤其是短片段的扩增。
以往用Taq酶进行PCR扩增,一般只能扩增小于400bp的DNA片段,经过对酶的结构与功能的改造,以及PCR方法学的改进,现已能扩增20kb以上的DNA分于。
Taq酶在PCR反应中加入的量也很重要,太少当然不好,太多一方面浪费,同时也导致非特异性扩增,通常每lOOμl反应液中含12.5U Taq酶为好。最好在0.55U范围内确定最佳酶浓度。另一个问题是,虽然Taq酶是热稳定性较好的工具酶,也应注意在20℃贮存。
(四)缓冲液
缓冲液提供PCR反应合适的酸堿度与某些离子,常用1050mmol/L。TrisHCI(pH8.38.8)缓冲液。缓冲液中含有50mmol/L KCl有利于引物的退火。有人并加入小牛血清白蛋白(100μg/L)或明胶(0.0%)或Twen20(0.05%0.1%)或二硫基苏糖醇(DDT,5mmol/L)等,认为这些物质可以保护Taq酶。
(五)Mg2+Taq酶的活性需要Mg2+。Mg2+浓度过低,Taq酶活力显暑降低;Mg2+浓度过高,又使酶催化非特异性扩增。Mg2+浓度还影响引物的退火、模板与PCR产物的解链温度、引物二聚体的生成等。Taq酶的活性只与游离的Mg2+浓度有关,而PCR反应体系中,dNTP、引物、DNA模板等中的所有磷酸基团均可与Mg2+结合而降低Mg2+的游离浓度。因此,Mg2+的总量应比dNTP的浓度高0.20.25mmol/L。如果反应体系中含有EDTA等螯合剂,也可结合掉一部分Mg2+。
为了获得Mg2+的最佳浓度,可用下面的优化法。首先在PCR缓冲液小不加入Mg2+,从配置的10mmol/L的Mg2+储存液中取一定量加入到各反应管中,开始以0.5mmol/L的浓度梯度递增(0.5,1.0,1.5,2.0,2.5,……5.0mmol/L),由PCR反应后的电泳结果可确定Mg2+大概浓度范围,再在该浓度的上下以0.2mmol/L递增与递减几个浓度来精确确定Mg2+最适浓度。
(六)dNTP
dNTP为PCR反应的合成原料。每种dNTP浓度应相等,通常的浓度范围为20200gmol/L,在此范围内,PCR产物的量、反应的特异性与忠实性之间的平衡最佳。例如,当每种dNTP为20μmol/L时,理论上可以产生2.6μg的400bp的DNA。使四种dNTP的浓度保持在其Km值(1015μmol/L)以上,可保持堿基掺入的忠实性;若dNTP的浓度大于50mmol/L,则可抑制Taq酶的活性。
(七)反应温度和循环次数
1.变性温度与时间
PCR反应中变性这一步很重要,若不能使模板DNA和PCR产物完全变性,PCR反应就不能成功,DNA分子中G+C含量愈多,要求的变性温度愈高。太高的变性温度和时间又会影响Taq酶的活性,通常的变性温度和时间分别为95℃、30s,有时用97℃、15s。虽然DNA链在变性温度时两链分离只需几秒钟,但反应管内部达到所需温度还需要一定的时间,团此要适当延长时间。为了保证模板DNA能彻底变性.最好为710min,然后在以后的循环中,将变性步骤设为95℃/min。
扩增100300bp短片段时,还呵以用快速的两步PCR法,即变性(9497℃)、退火及延长(5575℃)。
为防止在变性温度时反应液的蒸发,可在反应管内加入12滴液体石蜡。
2.复性温度和时间
复性温度决定PCR的特异性,合适的复性温度应低于引物Tm值的5℃。退火温度过低,引起非特异性扩增;增高退火温度,可提高扩增的特异性,因此要严格规定退火温度。退火反应时间一般为1min。
在PCR开始的头一次循环时,反应从远低于Tm值的温度开温,由于Taq酶在低温时仍具有活性,这时就可能因引物与模板非特异性配对面出现非特异性产物或出现引物二聚体 然后在以后整个PCR反应中,非特异性产物反复扩增,而使PCR严重失败。为了尽量消除这种非特异性扩增,可以使用热起动的方式,热起动方法有几种:一种方法是在PCR系统中加入抗Taq酶抗体。抗体与Taq酶结合,使Taq酶活性受抑制。因此在开始时,虽然温度低,引物可与与模板错配,但因Taq酶没有活性,不会引起非特异性扩增;当进行热变性时,抗体在高温时失活,Taq酶被释放,就可发挥作用,在以后的延伸步骤进行特
异的DNA聚合反应。另一种热起动法是用石蜡将Taq酶与PCR反应系统分隔,因此一开始在室温条件下也没有非特异性扩增。当升温到热变性温度下,石蜡熔化,Taq酶与PCR反面系统混合,从而在以后的步骤中发挥作用。使用热起动可以提高PCR扩增的特异性。
3.延伸温度与时间
延伸温度一般为72℃左右,此时Taq酶活性为每秒钟掺入核苷酸35100个,2kb的片段用1min已足够,若DNA片段较长,扩增时间可适当延长。延伸时间过长又可引起非特异性扩增。
4.循环次数
循环次数主要取决于最初靶分子的浓度,例如在初始靶分子为3x10^5、1.5x10^4、1x10^3和50拷贝数时,循环数可分别为2530、3035、3540从4045。过多的循环次数会增加非特异性产物量及堿基错配数。PCR反应后期,扩增产物的增加并不成为指数方式,称为平台效应。平台效应可能与下列因素有关:dNTP与引物浓度降低,酶对模板的比例相对降低,多次循环后酶活力降低,产物浓度增高后变性不完全而影响引物延伸。
(八)PCR仪
有多种进口与国产PCR仪。仪器的升降温方式可有气体加温、水加温及电热块加温等。温度、循环次数及时间等参数现多用电脑控制。可根据需要选择仪器。
由于PCR方法高度灵敏,少量的靶分子即可扩增至无限数。因此要防止PCR扩增产物污染环境而引起以后的PCR假阳性。为此,应将PCR仪及PCR产物检测等过程与标本制备及PCR反应管的制备尽量在空间分开,最好在不同的房间进行。通常可将实验空间分为标本处理区、反应混合制备和PCR扩增区、产物分析区等。
9聚合酶链式反应检查 聚合酶链式反应是一种在体外快速扩增特定基因或DNA序列的方法,故又称为基因的体外扩增法。PCR技术类似于DNA的天然复制过程,其特异性依赖于与靶序列两端互补的寡核苷酸引物。
异常结果: 各种疾病所致的异常,例如梅毒。①一期梅毒。即硬下疳 ,潜伏期2~4周,外生殖器部位发生暗红色硬肿块 、浅溃疡 ,有软骨样硬度,周围淋巴结肿大。②二期梅毒。在一期梅毒 1~2 个月之后,全身皮肤、粘膜发生对称泛发皮疹、斑疹、丘疹、脓疱疹等。粘膜可发生粘膜斑、扁平湿疣,传染性强。③三期梅毒。发生在感染后2~3年乃至10年,皮肤为树胶样肿,还可涉及骨、关节、心、血管,表现为主动脉炎、主动脉瓣闭锁不全和主动脉瘤等,侵及神经为脊髓痨 ,全身麻痹 ( 麻痹性痴呆 )等等。
生物学是一门研究生命现象和生命活动规律的学科。以下是我为您整理的关于高二下册生物酶的研究与应用单元检测题及解析的相关资料,希望对您的学习有所帮助。
高二下册生物酶的研究与应用单元检测题及解析
一、选择题(本题共20小题,每小题2.5分,满分50分)
1.下列不能表示酶活性高低的是()
A.一定条件下所催化的某一化学反应的反应速度
B.单位时间内,单位体积中反应物减少量
C.单位时间内,单位体积中酶的变化量
D.单位时间内,单位体积中产物的增加量
解析:选C。酶活性的高低用在一定条件下,酶所催化某一化学反应的反应速度来表示,酶反应速度用单位时间内、单位体积中反应物减少量或产物增加量来表示。单位时间内,单位体积中酶的变化量可以影响反应速度,却不能表示酶活性的高低。
2.某同学为了验证果胶酶的作用,设计了如下实验
(1)取两个100 mL的洁净烧杯,编号为1号、2号。
(2)向两个烧杯中分别加入20 mL的苹果泥,向1号烧杯内加入2 mL的蒸馏水,向2号烧杯内加入2 mL的果胶酶。
(3)把这两个烧杯放在水浴中保温,并用玻璃棒搅拌。下面分析中正确的是()
A.1号烧杯为实验组,2号烧杯果汁变澄清
B.2号烧杯为实验组,1号烧杯果汁变澄清
C.1号烧杯为对照组,2号烧杯果汁变澄清
D.2号烧杯为对照组,1号烧杯果汁变澄清
解析:选C。由于该实验是研究果胶酶的作用,所以加入果胶酶的烧杯为实验组,加入蒸馏水的烧杯为对照组;果胶酶能够把果胶分解成可溶性的半乳糖醛酸,使浑浊的溶液变澄清。
3.果胶酶的作用底物是果胶,下列有关叙述正确的是()
A.果胶是植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分之一
B.果胶酶可催化果胶分解成可溶性的半乳糖,使得浑浊的果汁变澄清
C.果胶是由半乳糖聚合而成的一种高分子化合物
D.果胶酶就是果胶分解酶的简称
解析:选A。本题考查果胶和果胶酶的组成及其作用,同时考查学生对果胶酶作用原理的理解。本知识点常和细胞壁的成分、纤维素酶等知识相联系。本题中果胶是由半乳糖醛酸聚合而成的生物大分子,被果胶酶水解后的产物是半乳糖醛酸,果胶酶是一类酶的总称,包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶分解酶和果胶酯酶。值得注意的是,不要把半乳糖醛酸和半乳糖混为一谈。
4.如下图曲线表示的是温度和果胶酶活性之间的关系,此曲线不能说明的是()
A.在B点之前,果胶酶的活性和温度成正相关;之后,成反相关
B.当温度达到B点时,果胶酶的活性最高,酶的催化作用最强
C.A点时,果胶酶的活性很低,但随着温度升高,果胶酶的活性可以上升
D.C点时,果胶酶的活性很低,当温度降低时,酶的活性可以恢复上升
解析:选D。从图中可以看出随着温度的不断升高,果胶酶的活性在上升,当温度达到B点时,酶的活性达到最高;随后,随着温度的继续上升,酶的活性迅速下降。A点和C点相比,虽然酶的活性都很低,但是A点是低温条件,对酶的分子结构无影响,所以,随着温度的上升,其活性也会不断上升,C点是高温条件,当温度过高时,会破坏酶的分子结构,使酶的活性发生不可逆的变化。
5.有人测定了A、B、C、D四种植物体内多种酶的活性与温度的关系,结果如图表示。
根据图中的信息,你认为在25 ℃条件下竞争能力最强的生物和对温度适应范围最广的生物分别是()
A.B和D B.B和C
C.B和A D.A和C
解析:选B。酶活性具有一定的温度范围和适宜温度,温度过高,酶会失活;低温抑制酶的活性;最适温度下,酶活性最强,生物在此温度下生活得最好,竞争力最强;酶活性的范围越大,生物的生存温度范围就越广。
6.加酶洗衣粉能够除去衣物上的奶渍和血渍,主要是因为它含有()
A.脂肪酶 B.蛋白酶
C.淀粉酶 D.氧化酶
解析:选B。奶渍和血渍的主要成分是蛋白质,所以应考虑到洗衣粉中添加的是蛋白酶。
7.加酶洗衣粉中含有蛋白酶,不含有肽酶的原因是()
A.肽酶制备成本太高
B.肽酶会影响蛋白酶的活性
C.衣物上的大分子蛋白质变为多肽后,很容易脱落
D.蛋白酶把蛋白质全部水解为可溶性的氨基酸
解析:选C。加酶洗衣粉中含有蛋白酶,可以将血渍、奶渍等含有的大分子蛋白质水解为小分子多肽或氨基酸,这样衣服上的污物较容易脱落,而肽酶的作用是把多肽水解为氨基酸,所以,加酶洗衣粉中没有必要加入肽酶。
8.加酶洗衣粉不能用沸水溶解,这说明了酶的作用()A.适于低温下催化 B.具有高效性
C.具有专一性 D.需适宜的温度
解析:选D。酶催化需要一定的条件,即适宜的温度和酸碱度。加酶洗衣粉在沸水(高温)中,酶变性失活,失去催化作用。
9. 如图为四位同学选择不同温度范围进行的“探究温度对加酶洗衣粉洗涤效果的影响”的实验结果,其中选择温度范围最合理的是()
A.①
B.②
C.③
D.④
解析:选B。由图可知,①选择的温度范围过高,③、④选择的温度范围过低,都不能得到最适温度的范围。
10.市场上有一种加酶洗衣粉,即在洗衣粉中加入少量的碱性蛋白酶,它的催化活性很强,衣物上的汗渍、血渍以及人体排放的蛋白质等遇到它,皆能被水解而除去。下列衣物中不能用该加酶洗衣粉洗涤的是()
①棉织品 ②毛织品 ③腈纶织品 ④蚕丝织品 ⑤涤纶织品 ⑥尼龙织品
A.①②③ B.③④⑤
C.④⑤⑥ D.②④
解析:选D。本题考查了酶的有关知识,题中的毛织品、蚕丝织品中都含有蛋白质,在蛋白酶的作用下,可以被分解。因此,不能用加酶洗衣粉来洗涤。
11.下列验证某种加酶洗衣粉需要的最适温度的实验,正确的是()
A.取一系列不同温度、其他条件相同的水,加入相同的污物及等量加酶洗衣物,看哪一个温度中酶的效果最好
B.在不同温度的水中,加入不等量洗衣粉,看哪种效果好
C.将加酶洗衣粉加入30 ℃水中,发现不如加到45 ℃水中洗涤效果好,说明45 ℃为最适温度D.将加酶洗衣粉与普通洗衣粉分别加入37 ℃的水中,洗涤同样的污物,发现加酶洗衣粉效果好,说明加酶洗衣粉的最适温度为37 ℃
解析:选A。该实验的自变量为温度,在对照实验中,除了要观察的变量之外,其他变量都应保持相同,则A正确,B错误。C选项可以说明加酶洗衣粉在45 ℃时比30 ℃时洗涤效果好,但不能说明45 ℃为最适温度,C错误。37 ℃的水中,加酶洗衣粉比普通洗衣粉洗涤效果好,不能得出加酶洗衣粉的最适温度,则D错误。
12.随着生物技术的发展,酶在社会生产、生活中的应用越来越广泛。下列说法错误的是()
A.利用酶生产某些化工产品,能显著降低能耗、减少污染,节约成本
B.“加酶洗衣粉”的洗涤效果与水温、酸碱度有关,与污物或衣物的性质无关
C.用于治疗消化不良症的肠溶多酶片含有多种消化酶,但嚼服后会失去疗效
D.要较长时间保持酶活性,各种酶制剂都应保存在低温的条件下
解析:选B。酶制剂的活性受温度、酸碱度等条件的影响,在适宜条件下洗涤效果比较好,同时污物或衣物的性质也会影响到酶活性的发挥。
13.在生产高果糖浆的过程中,所需要的酶是()
①α-淀粉酶 ②果胶酶 ③糖化酶 ④纤维素酶 ⑤葡萄糖异构酶 ⑥麦芽糖酶
A.①②③ B.④⑤⑥
C.①③⑤ D.②④⑥
解析:选C。高果糖浆的生产流程是:在α-淀粉酶作用下,淀粉形成糊精;经过糖化酶的催化作用,糊精形成葡萄糖;在葡萄糖异构酶作用下,葡萄糖就形成了果糖。
14.下列有关利用固定化酶技术生产高果糖浆的说法不正确的是()
A.葡萄糖与固定化葡萄糖异构酶接触,转化成的是果糖
B.从固定化酶反应柱下端流出的只有果糖
C.高果糖浆不会像蔗糖那样诱发肥胖、糖尿病、龋齿和心血管疾病,对人类的健康更有益
D.酶溶解于葡萄糖溶液后,可从糖浆中回收
解析:选B。本题考查固定化酶的应用实例,反应柱下端的筛板不允许固定化酶颗粒通过,但是不影响反应物和产物的通过,因此下端流出的既有果糖,又有没反应完的葡萄糖。
15.下列图形依次表示包埋法、吸附法、交联法、包埋法的一组是()
A.①②③④ B.④③②①
C.③①②④ D.④②③①
解析:选C。考查酶固定的方法及对每种方法的原理的理解。
16.在制备固定化酵母细胞的实验中,CaCl2溶液的作用是()
A.用于调节溶液pH B.用于进行离子交换
C.用于胶体聚沉 D.用于为酵母菌提供Ca2+
解析:选C。海藻酸钠胶体在CaCl2这种电解质溶液的作用下,发生聚沉,形成凝胶珠,其作用机理是由于盐离子的电荷与胶体微粒电荷相互吸引,形成更大的胶体颗粒,类似于人体红细胞与抗凝集素之间的凝集反应。
17.酵母细胞的活化是指()
A.让酵母细胞恢复运动状态
B.让酵母细胞在缺水状态下休眠
C.让酵母细胞内酶活性加倍
D.让处于休眠状态的酵母细胞重新恢复正常的生活状态
解析:选D。在缺水状态下,酵母细胞处于休眠状态,在固定化之前,应先让处于休眠状态的酵母细胞重新恢复正常的生活状态,即活化。
18.下列不属于固定化酶作用的特点的是()
A.有利于酶与产物分解
B.可以被反复利用
C.能自由出入依附的载体
D.一种固定化酶一般情况下不能催化一系列酶促反应
解析:选C。本题考查固定化酶作用的特点。固定化酶由于酶被固定在不溶性的载体上,很容易与产品分离,同时酶也能反复使用,这是固定化酶的主要优点。通常固定化酶的种类单一,所以不能催化一系列酶促反应(需要一系列的酶)。
19.在废水处理中固定化细胞技术具有重要作用,用于处理含氮、氨丰富的废水的微生物通常是()
①酵母菌 ②青霉素 ③硝化细菌 ④反硝化细菌
A.①② B.③④ C.①③ D.②④
解析:选B。微生物去除氨、氮的原理是进行两个阶段的反应:好氧硝化、厌氧(缺氧)反硝化。固定化细胞技术主要优势是通过高浓度的固定细胞提高硝化和反硝化速度,使反硝化细菌保持较高的活性。
20.啤酒等放久后易产生蛋白质沉淀而使酒混浊,加入少量蛋白酶可以分解蛋白质,防止混浊,加入其他种类的酶则无济于事,这个实验可以鉴定()
A.酶的催化作用受环境的影响
B.酶的化学本质是蛋白质
C.酶的催化作用具有高效性的特点
D.酶的催化作用具有专一性的特点
解析:选D。对蛋白质起水解作用的酶是蛋白酶,这是由酶的专一性决定的。
二、非选择题(本题共4小题,满分50分)
21.(12分)酶解法制备原生质体的原理是利用酶溶液对细胞壁成分的降解作用。蜗牛酶液从蜗牛(以植物为食)消化腺中提取;果胶酶、纤维素酶从微生物中提取。为了研究不同酶液的酶解效果,其实验小组取无菌烟草幼叶,切成相同大小的小片,等量放入6支试管中,试剂用量和实验结果列于下表。请回答有关问题。
试管编号项目 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ 蒸馏水(mL) 2 0 1 1 1 1 缓冲液(mL) 0 2 1 0.5 0.5 0.5 果胶酶液(mL) 0 0 0 0.5 0 0 蜗牛酶液(mL) 0 0 0 0 0.5 0 纤维素酶液(mL) 0 0 0 0 0 0.5 实验结果(绿色深浅程度) - - - +++ ++++ ++ (注:“+”越多表示绿色越深,“-”表示颜色无显著变化)
(1)实验过程中,需要轻摇试管,其目的是________________________________,使原生质体从叶小片中游离出来,以便观察悬浮液绿色的深浅。
(2)从绿色的深浅可推测:蜗牛酶液酶解效果最好,原因是蜗牛酶液含有________________等多种酶。该实验中__________是空白对照组,其设置意义是____________。
(3)用网筛过滤原生质体到离心管内,离心后收集沉淀物,并用______________洗涤。
(4)原生质体是否符合要求还需进行检验,其检验的方法是________________________。
解析:(1)轻摇试管的目的是为了使细胞壁与酶充分接触,提高酶解效果。(2)蜗牛酶中含丰富的纤维素酶和果胶酶,所以酶解效果好。(3)必须用等渗溶液洗涤,否则会使原生质体破裂或变形。(4)把原生质体放入低渗溶液中,如果破裂说明原生质体制备成功。
答案:(1)为了使细胞壁与酶充分接触,提高酶解效果 (2)果胶酶和纤维素酶 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 排除无关变量的干扰 (3)等渗溶液 (4)低渗涨破法
22.(12分)王小明同学设计了如图所示的实验,请根据实验过程图解,回答问题。
(1)该实验的目的是探究________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)该实验的自变量是______________,因变量是____________,无关变量是____________。
(3)分析实验:该洗衣粉中的生理活性物质是________。实验甲中纱布上蛋白膜消失的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
实验乙中纱布上蛋白膜未消失的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析:本题考查了实验分析与蛋白酶的作用原理。设计实验应该遵循单一变量原则、对照原则和等量原则,该实验中洗衣粉溶液的不同处理作为自变量,蛋白膜的消失情况与洗衣粉有关。甲组洗衣粉中含有蛋白酶,可以将纱布上的蛋白质水解,所以蛋白膜消失;乙组洗衣粉经过高温处理,酶变性失活,因而蛋白膜没有消失。
答案:(1)温度对加酶洗衣粉洗涤效果的影响
(2)洗衣粉溶液的不同处理 蛋白膜的消失情况 洗衣粉溶液的用量、蛋白酶的面积、试管大小及洁净程度高
(3)酶 洗衣粉中的酶催化蛋白质水解 煮沸使酶变性失活,不能水解蛋白质
23. (12分)从土壤的嗜碱性短小芽孢杆菌中首先分离选育到一株产生低温型碱性蛋白酶的高产菌株。该菌株具有嗜碱性强、不易染菌、生产性状稳定等特点。该菌产碱性蛋白酶能力强,每毫升发酵活力达9000单位(28 ℃测定)、5000单位(20 ℃测定)和18000单位(40 ℃测定),在全国5种碱性蛋白酶的性能比较中,该蛋白酶在28 ℃下所占有酶活力比例高于同类产品,表明具有低温型酶的特性。该产品用于加酶洗衣粉,可提高去污力1~2倍,特别在常温下对血渍、奶渍等蛋白质污垢有专一性的去污效果。
根据以上材料回答下列问题:
(1)从土壤中分离嗜碱性短小芽孢杆菌应用________(功能)培养基,从物理形态上应选用________培养基。
(2)为什么该菌株产的碱性蛋白酶的活力在不同温度下发酵活力不同?
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)试分析该产品在常温下对血渍、奶渍等蛋白质污垢有专一性的去污效果的原因。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)若要比较添加该蛋白酶的洗衣粉与普通洗衣粉的洗涤效果,应注意控制实验变量,请列举均衡无关变量的措施(至少三条)。
①________________________________________________________________________;
②________________________________________________________________________;
③________________________________________________________________________。
(5)在日常生活中使用洗衣粉时,有人先用沸水溶解洗衣粉再浸泡衣物,该种方法能否用于题目中所说的加酶洗衣粉?为什么?
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析:(1)培养基中加入某种化学物质,以抑制不需要的微生物的生长,促进所需要的微生物的生长,称为选择培养基,其用途是培养、分离出特定微生物;固体培养基用于微生物的分离、鉴定、活菌计数等。(2)酶的活性受温度影响,最适温度下酶的活性最高,当温度低于最适温度时,随着温度的升高其活性逐渐增强。(3)酶的专一性特点,一种酶只能催化一种或一类化学反应,血渍、奶渍的主要成分为蛋白质,蛋白酶能分解蛋白质,但不能分解其他成分。(4)实验设计方案中要考虑控制变量,以减少实验误差,增强实验可信度。控制变量可从酶作用的底物、作用的时间及作用的条件等方面采取措施。(5)酶的本质是蛋白质,遇沸水会变性失活从而失去催化蛋白质类污垢分解的功能。
答案:(1)选择 固体 (2)酶作为生物催化剂,其活力受温度影响,在最适温度下酶的活性最强 (3)酶具有专一性的特点,即一种酶只能催化一种或一类化学反应,所以蛋白酶只能将血渍、奶渍等蛋白质污垢分解,对其他类型污垢不起作用 (4)①使用两种洗衣粉的量相同 ②被洗涤的布料及污渍状态相同 ③洗涤时所用水量及温度(一般为常温)相同 ④浸泡和洗涤的时间相同(答出三条即可) (5)不能。因为碱性蛋白酶的成分为蛋白质,遇高温会变性失活而失去催化功能
24.(14分)酵母菌是一种单细胞真菌,酿酒和做面包都需要酵母菌,根据所学知识回答下列问题
(1)在探究培养液中酵母菌种群的数量变化的实验中,某学生的部分实验操作过程是这样的:①从静置试管中吸取酵母菌培养液进行计数,记录数据;②把酵母菌培养液放置在冰箱中;③第七天再取样计数,记录数据,统计分析绘成曲线。请纠正该同学在实验操作过程中的错误:
①________________________________________________________________________;
②________________________________________________________________________;
③________________________________________________________________________。
(2)下面流程图表示制备固定化酵母细胞的过程:酵母细胞活化→配制CaCl2溶液→配制海藻酸钠溶液→海藻酸钠溶液与酵母细胞混合→固定化酵母细胞。
①图中酵母菌活化就是________________________________________________________________________。
②影响此实验成败的关键步骤是________________________________________________________________________,
此步的操作应采用________________________。
③观察形成的凝胶珠颜色和形状:如果颜色过浅,说明________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
④本实验所用的固定化技术是________,而制备固定化酶则不宜用此方法,原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析:(1)为了使培养液中的酵母菌混合均匀,在从试管中吸出培养液进行计数之前,应该将试管轻轻振荡几次;酵母菌正常生长、繁殖需要适宜的温度;本实验的目的是探究培养液中酵母菌种群数量的变化,所以应该每天取样计数,记录数据,统计分析绘成曲线。(2)在缺水的状态下,微生物会处于休眠状态。活化就是让处于休眠状态的微生物重新恢复正常的生活状态;加热使海藻酸钠溶化是操作中最重要的一步,涉及到实验的成败;如果海藻酸钠的浓度偏低则凝胶珠的颜色偏浅;固定化细胞技术包括包埋法、化学结合法和物理吸附法,由于细胞个大,因此多采用包埋法,酶分子小,容易从包埋材料中漏出,不宜采用包埋法。
答案:(1)①将试管轻轻振荡几次,再吸取酵母菌培养液进行计数
②应将酵母菌培养液放置在适宜温度下培养
③应连续七天,每天观察、取样计数并记录数据
(2)①让酵母菌恢复正常生活状态
②配制海藻酸钠溶液 小火或间断加热
③海藻酸钠的浓度偏低
复合酶是可以实现多酶的催化功效的产品,由抗氧化酶,溶菌酶等多种酶组成,主要功能包括:抑菌、清除自由基、抗衰老、消除炎症反应、保护修复皮肤和粘膜屏障等。馒头粉主要是用来改良面制品的品质的。所以,我们通常在制作馒头、包子、花卷等面制品的时候都可以使用。 并且,馒头粉的使用可以适当的增大面制品的体积,以此来提高面制品表面光洁度,改善内部组织结构,提高细腻感等。 馒头粉改良剂作用与效果:改善面团的流变特性,提高面团的操作性能和机械加工性能。显着增大成品体积,约10-30%。使成品表皮光滑、洁白、细腻、亮泽。使成品内部组织结构均匀、细密。使成品柔软、弹性好,口感绵软筋道。延缓成品老化,延长货架期。
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