血红蛋白的提取与分离.ppt

,构成细胞和生物体结构的重要物质,免疫,调节,催化,运输,蛋白质的功能,血红蛋白的提取和分离,(一）回忆蛋白质,占细胞干重的50以上，细胞中含量最多的有机物,2、组成元素,C、H、O、N，有的含有P、S还有的含Fe、Mn、Zn、I等,1、含量,3、相对分子质量：100001000000之间甚至更高,高分子化合物,一、基础知识,4、基本组成单位,氨基酸,5、氨基酸通式,6、氨基酸连接方式,脱水缩合,8、蛋白质形成过程,7、肽键,10、颜色反应：,氨基酸的种类不同；数目成百上千；排列顺序变化多端；多肽链的空间结构千差万别,9、蛋白质结构的多样性原因：,思考,高温灭菌和酒精消毒分别利用蛋白质的何种作用，作用结果是什么被破坏？（）A、变性、变性、空间结构B、分解、变性、化学结构C、变性、变性、平面结构D、分解、分解、空间结构,A,血红蛋白含有四条肽链,每条肽链环绕一个亚铁血红素基团，此基团可携带一分子氧或一分子二氧化碳，血红蛋白因含有血红素而呈红色。,人们用鸡的红细胞提取DNA，用哺乳动物成熟的红细胞提取血红蛋白的原因是什么？,鸡的红细胞具有细胞核，含有DNA，便于进行DNA的提取，哺乳动物的成熟红细胞无细胞核，结构简单，血红蛋白含量丰富便于提取血红蛋白,思考,看书：64、65页，思考以下问题：,1、蛋白质分离的依据是什么？方法是什么？2凝胶色谱法分离蛋白的依据是什么？原理又是什么？其过程怎样？3缓冲液的作用是什么？如何配制？又有何实践意义？,分离蛋白质的依据：,(二）蛋白质的分离,根据蛋白质各种特性的差异：分子的形状、大小电荷性质和多少溶解度吸附性质对其他分子亲和力,补充：蛋白质的性质,两性电解质：可表现酸性也可表现碱性，因为既含酸性基团羧基，又含碱性基团氨基可溶于水，呈胶体状盐析：向蛋白质溶液加高浓度无机盐，蛋白质以沉淀析出，再加水稀释，沉淀消失，蛋白质溶解。此过程可逆，不影响蛋白质性质变性：强酸，强碱，高温，重金属作用下蛋白质的空间结构被破坏，蛋白质变性。,(三）蛋白质的分离的方法,凝胶色谱法：又称分配色谱法电泳法,（三）凝胶色谱法,实例：葡聚糖、琼脂糖,3、凝胶,1、别名：分配色谱法,特点：一些微小多孔的球体，内含许多贯穿的通道,2、分离蛋白质的依据：蛋白质相对分子质量的大小,原理：,当不同的蛋白质通过凝胶时,相对分子质量较小,相对分子质量较大,凝胶内部的通道,容易进入,无法进入凝胶内部的通道,只能在凝胶外部移动,路程较长移动速度较慢,路程较短移动速度较快,相对分子质量不同的蛋白质因此得以分离。,4.凝胶色谱法的原理分子筛效应,大分子通过多孔凝胶颗粒的间隙，路程短，流动快；先洗脱出来小分子穿过多孔凝胶颗粒的内部，路程长，流动慢，后洗脱出来,蛋白质分离和提取的原理,使用凝胶色谱法分离蛋白质实验中,相对分子质量不同的蛋白质在凝胶中的行进过程,可表示为图中（）,思考,B,（四）缓冲溶液,1、概念,具有缓冲作用的溶液叫做缓冲溶液,能够抵制外界的酸或碱对溶液的PH值的影响，维持PH基本不变,2、作用,3、缓冲溶液的配制,通常由12种缓冲剂溶解于水中配制而成。调节缓冲剂的使用比例就可以制得在不同PH范围内使用的缓冲液,4、常见的缓冲溶液成分,思考：在血红蛋白整个实验室中用的缓冲液是什么？它的目的是什么？,磷酸缓冲液，利用缓冲液模拟细胞内的PH环境，保证血红蛋白的正常结构和功能，便于观察(红色)和科学研究其(活性),（五）电泳：,1、概念,带电粒子在电场作用下发生迁移的过程,2、原理,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,许多重要的生物大分子，如多肽、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,电泳利用了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，形状的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,3、类型,琼脂糖凝胶电泳和聚丙烯酰胺凝胶电泳,4实例：,SDS聚丙稀酰胺凝胶电泳,由单体丙烯酰胺和交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺在引发剂和催化剂的作用下聚合交联成三维网状结构的凝胶,聚丙稀酰胺凝胶,应用,蛋白质在聚丙烯酰胺凝胶中的迁移率取决于它所带静电荷的多少以及分子的大小等因素,原理,SDS作用,为了消除静电荷对迁移率的影响可以在凝胶中加入SDS,SDS能使蛋白质发生完全变性。由几条肽链组成的蛋白质复合体在SDS的作用下会解聚成单条肽链，因此测定的结果只是单条肽链的分子量。SDS能与各种蛋白质形成蛋白质SDS复合物，SDS所带负电荷的量大大超过了蛋白质分子原有电荷量。因而掩盖了不同种电荷间的电荷差别，使电泳迁移率完全取决于分子的大小,SDS作用机理,用途:测定蛋白质的分子量鉴定蛋白质的纯度,讨论：如何测定蛋白质的分子量？,使用SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳测定蛋白质的分子量时，可选用一组已知分子量的标准蛋白同时进行电泳，根据已知分子量的标准蛋白的电泳区带位置，用电泳迁移率和分子量的对数作标准曲线，可以测定未知蛋白质的分子量。,第二课时,二、实验操作,样品处理粗分离纯化纯度鉴定,（一）蛋白质提取和分离步骤,（1）样品处理：包括洗涤红细胞；血红蛋白稀释；离心等操作收集到的血红蛋白溶液。（2）粗分离：透析除去分子较小的杂质。（3）纯化：通过凝胶色谱法将分子量较大的杂质蛋白质除去。（4）纯度鉴定：通过聚丙烯酰胺凝胶电泳鉴定。,1、样品处理,(1)血液组成,（二）操作过程,思考人们用鸡的红细胞提取DNA，用人的红细胞提取血红蛋白的原因是什么？,鸡的红细胞具有细胞核，含有DNA，便于进行DNA的提取，人的红细胞无细胞核，结构简单，血红蛋白含量丰富便于提取血红蛋白。,本课题可以选用猪、牛、羊、等哺乳动物的血液,血液组成,红细胞的洗涤,A、洗涤红细胞目的,除去其中的杂蛋白，以利于后续血红蛋白的分离纯化，不可洗涤次数过少,B、洗涤操作,a、采集血样，向血液中加柠檬酸钠,b、低速短时间离心（速度越高和时间越长会使白细胞和淋巴细胞等一同沉淀达不到分离的效果）,(2)样品处理及粗分离过程：,c、吸取血浆：用胶头吸管吸出上层透明的黄色血浆,d、盐水洗涤：用五倍体积的质量分数为0.9的氯化钠溶液洗涤,f、低速离心（低速短时间）,i、重复4、5、6步骤三次，直至上清液中已没有黄色，表明洗涤干净,e、缓慢搅拌10分钟,血红蛋白的释放,加蒸馏水到原血液体积，再加40体积的甲苯，置于磁力搅拌器上充分搅拌10分钟（加速细胞破裂）,细胞破裂释放出血红蛋白,磁力搅拌器,搅拌器正在工作,分离血红蛋白溶液,A、过程,a、将搅拌好混合液转移到离心管内，以2000r/min的速度离心10min,离心分层；滤纸过滤去除脂溶性沉淀层；分液漏斗分出红色透明液体。,分离血红蛋白溶液,有机溶剂无色透明的甲苯层第1层,脂类物质白色薄层固体脂溶性物质沉淀层第2层,血红蛋白溶液红色透明液体第3层,红细胞破碎物沉淀暗红色沉淀物第4层,b、试管中溶液层次,用滤纸过滤，除去脂溶性沉淀层，于分液漏斗中静置片刻后，分出下层的红色透明液体,分离,取1ml的血红蛋白溶液装入透析袋中，将透析袋放入盛有300ml的物质的量浓度为20mmol/l的磷酸缓冲液中（pH为7.0），透析12小时,粗分离透析,除去样品中分子量较小的杂质,过程,透析目的,利用透析袋透析,思考,为何使用PH=7的磷酸缓冲液中透析？为什么缓冲溶液的量远多于血红蛋白溶液量？,目的：为了维持血红蛋白的正常特性。因为：有利于杂质分子充分地向外扩散。,2、纯化凝胶色谱法,（1）凝胶色谱柱的制作,取长40厘米，内径1.6厘米的玻璃管，两端需用砂纸磨平,底塞的制作：,底塞中插入的玻璃管的上部不得超出橡皮塞的凹穴底面，否则难以铺实尼龙网，还会导致液体残留，蛋白质分离不彻底,注意事项：,安装其他附属结构,顶塞的制作,组装,将上述三者按相应位置组装成一个整体,（2）凝胶色谱柱的装填,凝胶的选择,A、材料,“G”表示凝胶的交联程度，膨胀程度及分离范围,75表示凝胶的得水值，即每克凝胶膨胀时吸水7.5克,B、代表意义：,交联葡聚糖凝胶（G-75）,配置凝胶悬浮液：计算并称取一定量的凝胶浸泡于蒸馏水或洗脱液中充分溶胀后，配成凝胶悬浮液。为了加速膨胀，可以将加入洗脱液的湿凝胶用沸水浴加热，逐渐升温至沸腾，通常只需1-2h,可节约时间，也可除去凝胶中的微生物和气泡,凝胶的预处理,凝胶色谱柱的装填方法,A、固定,B、装填,将色谱柱垂直固定在支架上,将凝胶悬浮液一次性的装填入色谱柱内，装填时轻轻敲动色谱柱，使凝胶填装均匀,注意：,2、装填凝胶柱时不得气泡存在：,因为气泡会搅乱洗脱液中蛋白质的洗脱次序，降低分离效果,1、凝胶装填时尽量紧密，以降低凝胶颗粒之间的空隙,装填完连接洗脱瓶约50厘米操作压,1、液面不要低于凝胶表面，否则可能有气泡混入，影响液体在柱内的流动与最终生物大分子物质的分离效果,注意：,2、不能发生洗脱液流干，露出凝胶颗粒的现象,装填完毕后，立即用缓冲液洗脱瓶，在50cm高的操作压下，用300ml的20mmol/l的磷酸缓冲液（pH为7.0）充分洗涤平衡12小时,洗涤平衡,装配好的凝胶柱,（3）样品加入与洗脱,调节缓冲液面,滴加透析样品,吸管吸1ml样品加到色谱柱的顶端，滴加样品时，吸管管口贴着管壁环绕移动加样，同时注意不要破坏凝胶面,加样前打开下端出口，使柱内缓冲液缓慢下降到与凝胶面平齐，关闭出口,样品渗入凝胶床,洗脱,加样后打开下端出口，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,小心加入pH为7的20mmol/l的磷酸缓冲液到适当高度，连接缓冲液洗脱瓶，打开下端出口进行洗脱,收集：,待红色的蛋白质接近色谱柱底端时，用试管收集流出液，每5ml一试管，连续收集（在分离过程中，如果红色区带均匀一致的移动，说明色谱柱制作成功）,收集得到的纯化后的蛋白,开始进行层析,收集得到的纯化后的蛋白,注意：正确的加样操作,1、不要触及破坏凝胶面,2、贴壁加样,3、使吸管管口沿管壁环绕移动,讨论：,答：让血红蛋白处在稳定的pH范围内，维持结构和功能,1、在血红蛋白的整个过程中不断用磷酸缓冲液处理的目的是什么？,（三）纯度鉴定SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳,2、试剂的配制,丙烯酰胺和N,N-甲叉双丙烯酰胺:用去离子水配制29%（29g/100mL，下同）的丙烯酰胺和1%的N,N-甲叉双丙烯酰胺的贮存液,十二烷基硫酸钠（SDS）:用去离子水配成10%的贮存液，于室温保存,鉴定血红蛋白纯度,1、目的,血红蛋白提取和分离的程序可分为四大步，包括：样品处理、粗分离、纯化和纯度鉴定。首先通过洗涤红细胞、血红蛋白的释放、离心等操作收集到血红蛋白溶液，即样品的处理；再经过透析去除分子量较小的杂质，即样品的粗分离；然后通过凝胶色谱法将相对分子质量较大杂质蛋白除去，即样品的纯化；最后经聚丙烯酰胺凝胶电泳进行纯度鉴定,4、你能描述血红蛋白分离的完整过程吗？,讨论：,5、与其他真核细胞相比，红细胞有什么特点？这一特点对你进行蛋白质的分离有什么意义？,答：血红蛋白是有色蛋白，因此在凝胶色谱分离时可以通过观察颜色来判断什么时候应该收集洗脱液。这使血红蛋白的分离过程非常直观，大大简化了实验操作。,教学反馈,1凝胶色谱法是根据（）分离蛋白质的有效方法。A分子的大小B相对分子质量的大小C带电荷的多少D溶解度2缓冲液的作用是：在一定范围内，抵制外界的影响来维持（）基本不变。A温度BpHC渗透压D氧气浓度3电泳是指带电粒子在电场的作用下向着与其所带电荷（）的电极移动。A相同B相反C相对D相向4.哺乳动物和人的成熟的红细胞中的（）与氧气的运输有关。A血红蛋白B肌红蛋白C肌动蛋白D肌球蛋白,B,B,B,A,5血液由血浆和各种血细胞组成，其中（）的含量最多。A白细胞B血小板C红细胞D淋巴细胞6为防止血液凝固，在采血容器中要预先加入抗凝血剂（）。A.NaClB.甲苯C.蒸馏水D.柠檬酸钠7将搅拌好的混合液转移到离心管中，离心后，可以明显看到试管中的溶液分为4层，其中第3层是（）A无色透明的甲苯层B脂溶性物质的沉淀层C血红蛋白的水溶液D其他杂质的暗红色沉淀物,C,D,C,用于制备分离胶和浓缩胶的Tris缓冲液,TEMED：作用通过催化过硫酸铵形成自由基而加速丙烯酰胺与双丙烯酰胺的聚合,用去离子水配制10%过硫酸铵：作用提供驱动丙烯酰胺和双丙烯酰胺聚合所必需的自由基。此溶液须配制新鲜液,Tris甘氨酸电泳缓冲液25mmol/LTris，250mmol/L甘氨酸(pH8.3)，0.1%的SDS,样品处理液50mmol/LTrisHCl(pH6.8)，100mmol/LDTT(巯基苏糖醇)或用5%的巯基乙醇，2%的SDS，0.1%的溴酚蓝，10%的甘油,脱色液10%的甲醇和10%的冰醋酸,染色液0.1%的考马斯亮蓝R250，40%的甲醇，10%的冰醋酸,1、由于制备凝胶的丙烯酰胺和双丙烯酰胺具有很强的神经毒性，并且容易被皮肤吸收，因此操作必须在通风橱内或通风处进行,注意事项：,2、TEMED和过硫酸胺对黏膜和上呼吸道组织、眼睛、皮肤等有很大的破坏作用，吞服可致命,3、在进行电泳操作时一定按照实验要求和步骤完成。操作时要戴好一次性手套,SDS-聚丙烯酰胺分离胶制备,（1）根据厂家说明书安装电泳用的玻璃板,（2）SDS聚丙烯酰胺凝胶制备,用去离子水4.6mL，30%的丙烯酰胺2.7mL，1.5mol、pH8.8的Tris缓冲液2.5mL，10%的SDS0.1mL，10%的过硫酸胺0.1mL，TEMED0.006mL，混合均匀，迅速灌注在两玻璃板的间隙中间，要留出灌注浓缩胶所需空间(梳子的齿长再加0.5cm)，再在胶液面上小心注入一层水（约高23mm），以阻止氧气进入凝胶溶液,3、电泳方法步骤,用去离子水2.7mL，30%的丙烯酰胺0.67mL，1.0mol、pH6.8的Tris缓冲液0.5mL，10%的SDS0.041mL，10%的过硫酸胺0.04mL，TEMED0.004mL，混合均匀，直接灌注在聚合的分离胶上，并立即在浓缩胶溶液中插入干净的梳子。整个操作过程应注意避免气泡的产生。然后再补加浓缩胶溶液，使其充满梳子之间的空隙，将凝胶垂直放置于室温下聚合,分离胶聚合完全后（约30min），倾出覆盖水层，再用滤纸吸净残留水,（3）样品处理,配制SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳浓缩胶溶液,（5）加样,在电泳样品中按11体积比加入样品处理液，在100温度下加热3min，以使蛋白质变性,按顺序加样，加样量通常为1025L。样品可以多加几个，例如，血浆样品红细胞破碎后(即进行凝胶色谱分离之前)的样品和凝胶色谱分离之后的样品,（4）浓缩胶聚合完全后（30min），小心移出梳子。把凝胶固定于电泳装置上，上下槽各加入Tris甘氨酸电泳缓冲液。必须设法排出凝胶底部两玻璃板之间的气泡。,将电泳装置与电源相接，凝胶上所加电压为8V/cm。当染料前沿进入分离胶后，把电压提高到15V/cm，继续电泳直至溴酚蓝到达分离胶底部上方约1cm处，关闭电源,（6）电泳,（7）剥胶,从电泳装置上卸下玻璃板，用刮刀撬开玻璃板。将紧靠最左边一孔（第一槽）凝胶下部切去一角，以标注凝胶的方位,（8）染色,将电泳凝胶片放在考马斯亮蓝染色液中染色1-2h,染