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1、
課題:血紅蛋白的提取和分離
教學(xué)目標(biāo):
1、嘗試從血液中提取和分離血紅蛋白
2、了解色譜法、電泳法等分離生物大分子的基本原理
教學(xué)重點(diǎn): 凝膠色譜法的原理和方法
教學(xué)難點(diǎn): 樣品的預(yù)處理;色譜柱填料的處理和色譜柱的裝填教學(xué)過(guò)程:
(一)引入新課
蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者, 是細(xì)胞內(nèi)含量最高的有機(jī)化合物。 對(duì)蛋白質(zhì)的研究有
助于人們對(duì)生命過(guò)程的認(rèn)識(shí)和理解。 所以需要從細(xì)胞中提取蛋白質(zhì)進(jìn)行研究。 怎樣提取蛋白質(zhì)呢?
(二)進(jìn)行新課
1.基礎(chǔ)知識(shí)
蛋白質(zhì)的物化理性質(zhì):形狀、大小、電荷性質(zhì)和多少、溶解度、吸附性質(zhì)
2、、親和力等千差萬(wàn)別,由此提取和分離各種蛋白質(zhì)。
1. 1 凝膠色譜法(分配色譜法) :
( 1)原理:(見(jiàn)課件圖) 分子量大的分子通過(guò)多孔凝膠顆粒的間隙,路程短,流動(dòng)快;分子量小的分子穿過(guò)多孔凝膠顆粒內(nèi)部,路程長(zhǎng),流動(dòng)慢。
( 2)凝膠材料:多孔性,多糖類化合物,如葡聚糖、瓊脂糖。
( 3)分離過(guò)程:
混合物上柱→洗脫→大分子流動(dòng)快、小分子流動(dòng)慢→收集大分子→收集小分子*洗脫:從色譜柱上端不斷注入緩沖液,促使蛋白質(zhì)分子的差速流動(dòng)。
1. 2 緩沖溶液
( 1)原理:由弱酸和相應(yīng)的強(qiáng)堿弱酸鹽組成 (如 H2CO3-
3、 NaHCO3,HC- NaC,NaH2PO4/Na2HPO4
等),調(diào)節(jié)酸和鹽的用量,可配制不同 pH 的緩沖液。
(2)緩沖液作用:抵制外界酸、堿對(duì)溶液 pH 的干擾而保持 pH 穩(wěn)定。
1. 3 凝膠電泳法:
( 1)原理:不同蛋白質(zhì)的帶電性質(zhì)、電量、形狀和大小不同,在電場(chǎng)中受到的作用力大小、方向、阻力不同,導(dǎo)致不同蛋白質(zhì)在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速度不同。
[思考]閱讀投影補(bǔ)充材料后,填寫(xiě)下表:
決定運(yùn)動(dòng)
形成庫(kù)
形成
決定運(yùn)動(dòng)
方向
侖力
阻力
速率
電荷
√
性質(zhì)
電荷
4、
√
√
量
分子
√
√
形狀
分子
√
√
用心 愛(ài)心 專心 1
大小
(2)分離方法:瓊脂糖凝膠電泳、聚丙烯酰胺經(jīng)膠電泳等。
(3)分離過(guò)程:在一定 pH 下,使蛋白質(zhì)基團(tuán)帶上正電或負(fù)電;加入帶負(fù)電荷多的 SDS,形成“蛋白質(zhì)- SDS復(fù)合物”,使蛋白質(zhì)遷移速率僅取決于分子大小。
2.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
2.1 蛋白質(zhì)的提取和分離一般分為哪些基本步驟?
樣品處理、粗分離、純化、純度鑒定。
思考:是否所有種類的蛋白質(zhì)的提取和
5、分離都是這樣的?為什么?
不是。因?yàn)榈鞍踪|(zhì)的來(lái)源和性質(zhì)不同,分離方法差別很大。
2.2 選擇實(shí)驗(yàn)材料
( 1)你認(rèn)為鳥(niǎo)類血液和哺乳動(dòng)物血液中,最好哪種血液來(lái)提取血紅蛋白?為什么?哺乳動(dòng)物血液。因?yàn)樵摷?xì)胞中沒(méi)有細(xì)胞核,血紅蛋白含量高。
( 2)請(qǐng)閱讀投影資料,認(rèn)識(shí)哺乳動(dòng)物血液組成及血紅蛋白性質(zhì)。并思考回答下列問(wèn)題:
血液由 和 兩部分組成。
血細(xì)胞中 細(xì)胞數(shù)量最多,細(xì)胞的含量最高的化合物是 。
該化合物是由 和 構(gòu)成的,其中每個(gè)亞基中都含有一個(gè)能與 O2 和 CO2結(jié)合的
基團(tuán)。
2.3 從紅細(xì)胞中分離出血紅蛋白的過(guò)程為: 洗滌紅細(xì)胞、 釋放
6、血紅蛋白、 分離血紅蛋白、
透析。洗滌紅細(xì)胞的目的是什么?
除去血漿蛋白的雜蛋白,有利于后續(xù)步驟的分離純化。
紅細(xì)胞的洗滌過(guò)程為
血液+檸檬酸鈉→低速短時(shí)離心→吸出上層血漿→紅細(xì)胞+ 5 倍體積生理鹽水 →緩慢
攪拌 10min→低速短時(shí)離心→吸出上清液→反復(fù)洗滌直至上清液無(wú)黃色
思考:加入檸檬酸鈉有何目的?為什么要低速、短時(shí)離心?為什么要緩慢攪拌?
防止血液凝固;防止白細(xì)胞沉淀;防止紅細(xì)胞破裂釋放出血紅蛋白。
思考:你有什么方法將紅細(xì)胞中的血紅蛋白釋放出來(lái)?
加入蒸餾水,用玻璃棒快速攪拌一段時(shí)間。
補(bǔ)充:加入蒸餾水后紅細(xì)胞液體積與
7、原血液體積要相同。 加入甲苯的目的是溶解細(xì)胞膜,
有利于血紅蛋白的釋放和分離。 此時(shí),紅細(xì)胞破碎混合液中不僅含有血紅蛋白, 而且還含有
細(xì)胞破碎物、脂質(zhì)、 甲苯有機(jī)溶劑等。怎樣除去這些雜質(zhì)呢?由于它們的密度不同,科學(xué)家采取了離心分離的方法:
紅細(xì)胞破碎混合液→中速長(zhǎng)時(shí)離心( 2000c/min 10min )→濾紙過(guò)濾除去脂質(zhì)→分液漏
斗分離出血紅蛋白
2.4 如何除無(wú)機(jī)鹽離子和小分子有機(jī)物質(zhì)呢?。
透析。半透膜的選擇透過(guò)性,大分子物質(zhì)不能通過(guò)半透膜,離子和小分子能夠通過(guò)半透
膜。
在透析過(guò)程中, 血紅蛋白溶液中的離子和小分子不斷通過(guò)半透膜擴(kuò)散
8、進(jìn)入到 pH= 7 的磷
酸緩沖液中。
思考:為何使用 pH=7 的磷酸緩沖液?為什么緩沖液量遠(yuǎn)多于血紅蛋白溶液量?
維持血紅蛋白的正常特性。有利于雜質(zhì)分子充分地向外擴(kuò)散。
總結(jié):通過(guò)以上四個(gè)基本過(guò)程,紅細(xì)胞中的血紅蛋白就被提取出來(lái)。但其中還含有其他種類的蛋白質(zhì)分子(如呼吸酶等) 。怎樣將雜蛋白與血紅蛋白分離開(kāi)來(lái)呢?我們來(lái)研究蛋白
質(zhì)提取和分離的第二個(gè)步驟――粗分離(凝膠色譜操作) 。
2.5 凝膠色譜分離蛋白質(zhì)包括:制作色譜柱、裝填色譜柱、樣品加入和洗脫。
用心 愛(ài)心 專心 2
根據(jù)教材圖 5- 19,說(shuō)出制作色譜柱
9、需要的材料。
橡皮塞 2 個(gè)、打孔器、小刀、移液管、尼龍紗、尼龍網(wǎng)、玻璃管、尼龍管等。
色譜柱的制作過(guò)程:準(zhǔn)備材料→加工橡皮塞→安裝色譜柱
下面進(jìn)行第二步――凝膠色譜柱的裝填。請(qǐng)閱讀教材:
色譜柱的裝填過(guò)程。
步驟
操作要求
①
操作要求
色譜柱垂直固定在支架上
②
計(jì)算稱量凝膠
根據(jù)色譜柱體積計(jì)算凝膠用量
③
配制懸浮液
凝膠顆粒+蒸餾水→充分溶脹
凝膠顆粒+洗脫液→沸水浴
④
裝填懸浮液
一次性緩慢倒入;輕輕敲打
⑤
緩沖液洗滌平衡
立刻用磷酸緩沖液洗滌平衡12h
樣品加入和
10、洗脫。其基本過(guò)程是:
調(diào)節(jié)緩沖液面→加入蛋白質(zhì)樣品→調(diào)節(jié)緩沖液面→洗脫→收集分裝蛋白質(zhì)至此,血紅蛋白即可得到粗分離。在整個(gè)操作過(guò)程中,應(yīng)當(dāng)注意以下事項(xiàng):
( 1)紅細(xì)胞的洗滌:洗滌次數(shù)不能過(guò)少;低速、短時(shí)離心。
( 2)凝膠的預(yù)處理:沸水浴法時(shí)間短,還能除去微生物和氣泡
( 3)色譜柱的裝填:裝填盡量緊密,降低顆粒間隙;無(wú)氣泡;洗脫液不能斷流。
( 4)色譜柱成功標(biāo)志:紅色區(qū)帶均勻一致地移動(dòng)。
(三)課堂總結(jié)、點(diǎn)評(píng)
血
蛋白質(zhì)分子的差異性
紅
蛋
凝膠色譜法
原
理
分離過(guò)程
11、
白
凝膠電泳法
的
提
緩沖溶液
組
成
作
用
取
和
蛋白質(zhì)的
樣品處理
粗
分
離
分
離
提取分離
純度鑒定
純
化
(四)實(shí)例探究
例 1 利用凝膠色譜法,什么樣的蛋白質(zhì)先洗脫出來(lái)( )
A. 相對(duì)分子質(zhì)量大的
B. 溶解度高的
C.相對(duì)分子量小的
D.所代電荷多的
解析:凝集色譜法使根據(jù)相對(duì)分子質(zhì)量的大小分
12、離蛋白質(zhì)的有效方法。相對(duì)分子質(zhì)量較
小的蛋白質(zhì)能進(jìn)入凝膠內(nèi)部通道, 路程較長(zhǎng), 移動(dòng)速度較慢; 相對(duì)分子質(zhì)量大的蛋白質(zhì),路程較短,移動(dòng)速度較快,首先洗脫出來(lái)。
答案: A
例 2 蛋白質(zhì)提取和分離分為哪幾步( )
A. 樣品處理、凝膠色譜操作、 SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳
用心 愛(ài)心 專心 3
B. 樣品處理、凝膠色譜操作、純化
C.樣品處理、粗分離、純化、純度鑒定
D.樣品處理、純化、粗分離、純度鑒定
解析:蛋白質(zhì)的提取和分離分為樣品處理、粗分離、純化、純度鑒定四步。 A 中凝膠色
譜操作及 SDS-聚丙
13、烯酰胺凝膠電泳為實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中的技術(shù)
答案: C
☆綜合應(yīng)用
例 3 用凝膠色譜法分離蛋白質(zhì)時(shí),分子量大的蛋白質(zhì)( )
A 路程較長(zhǎng),移動(dòng)速度較慢 B 路程較長(zhǎng),移動(dòng)速度較快
C路程較短,移動(dòng)速度較慢 D 路程較短,移動(dòng)速度較快
解析:在小球體內(nèi)部有許多貫穿的通道, 當(dāng)相對(duì)分子質(zhì)量不同的蛋白質(zhì)通過(guò)凝膠時(shí), 相
對(duì)分子質(zhì)量較小的蛋白質(zhì)容易進(jìn)入凝膠內(nèi)部的通道, 路程較長(zhǎng), 移動(dòng)速度較慢; 而相對(duì)
分子質(zhì)量較大的蛋白質(zhì)無(wú)法進(jìn)入凝膠內(nèi)部的通道, 只能在凝膠外部移動(dòng), 路程較短, 移
動(dòng)速度較快。
答案: D
(五)鞏固練習(xí)
1.
14、
凝膠色譜法分離蛋白質(zhì)的依據(jù)是(
)
A.
對(duì)其他分子的親和力
B.
溶解度
C.
所帶電荷多少
D.
相對(duì)分子質(zhì)量的大小
2.
凝膠色譜法中所用的凝膠化學(xué)本質(zhì)大多是(
)
A.
糖類化合物B.
脂質(zhì)
C.
蛋白質(zhì)D.
核酸
3.
選用紅細(xì)胞作為分離蛋白質(zhì)的實(shí)驗(yàn)材料,有何好處(
)
A.
血紅蛋白是有色蛋白
B.
紅細(xì)胞無(wú)細(xì)胞核
C.
紅細(xì)胞蛋白質(zhì)含量高
D.
紅細(xì)胞 DNA含量高
4.
將攪拌好的混合液離心來(lái)分離血紅蛋白溶液時(shí),第二層是(
)
A.
甲苯
B
15、.
血紅蛋白水溶液
C. 脂溶性物質(zhì)的沉淀層
D.
其他雜質(zhì)的沉淀
5.
血紅蛋白因含有(
)而呈紅色
A. O2
B. CO
C. CO2
D.
血紅素
6.
下列操作正確的是(
)
A. 分離紅細(xì)胞時(shí)采用低速長(zhǎng)時(shí)間離心
B. 紅細(xì)胞釋放出血紅蛋白只需要加入蒸餾水就可
C. 分離血紅蛋白溶液是低速短時(shí)間離心
D. 透析時(shí)要用 20mmol/l 的磷酸緩沖液,透析 12h
7. 樣品的加入和洗脫的敘述正確的是( )
A. 先加入 1ml 透析后的樣品
B. 加樣前要
16、使緩沖液緩慢下降全部流出
C. 如果紅色帶均勻一致的移動(dòng),說(shuō)明色譜柱制作成功
D. 洗脫時(shí)可以用緩沖液也可以用清水
8. 下列有關(guān)提取和分離血紅蛋白的程度敘述錯(cuò)誤的是( )
A. 樣品的處理就是通過(guò)一系列操作收集到血紅蛋白溶液
B. 通過(guò)透析可以去除樣品中分子質(zhì)量較大的雜質(zhì),此為樣品的粗提取
C. 可通過(guò)凝膠色譜法將相對(duì)分子質(zhì)量大的雜質(zhì)蛋白除去,即樣品的純化
D. 可通過(guò) SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳鑒定血紅蛋白的純度
用心 愛(ài)心 專心 4
9. 凝膠色譜法操作正確的是( )
A. 將橡皮塞上部用刀切出鍋底
17、狀的凹穴
B. 將橡皮塞下部切出凹穴
C. 插入的玻璃管的上部要超出橡皮塞的凹穴底面
D. 將尼龍網(wǎng)剪成與橡皮塞下部一樣大小的圓片
10. 樣品的加入和洗脫的操作不正確的是( )
A. 加樣前, 打開(kāi)色譜柱下端的流出口, 使柱內(nèi)凝膠面上的緩沖液緩慢下降到凝膠面的下面
B. 加樣后,打開(kāi)下端出口,使樣品滲入凝膠床內(nèi)
C. 等樣品完全進(jìn)入凝膠層后,關(guān)閉下端出口
D. 用吸管小心的將 1ml 透析后的樣品加到色譜柱的頂端,不要破壞凝膠面
★ 教后小記
本課題重在讓學(xué)生了解生物科學(xué)在蛋白質(zhì)領(lǐng)域的進(jìn)展, 說(shuō)明提取、 分離高純度的蛋白質(zhì)
的重要性和必要性, 并學(xué)習(xí)一些蛋白質(zhì)分離和提取的基本技術(shù)。 可以發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性, 讓
學(xué)生介紹當(dāng)前有關(guān)蛋白質(zhì)研究的新進(jìn)展, 激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣, 然后指出本課題的學(xué)習(xí)意義,
讓學(xué)生初步體會(huì)分離純化蛋白質(zhì)的過(guò)程和方法。
用心 愛(ài)心 專心 5