课题3　血红蛋白的提取和分离

课题3血红蛋白的提取和分离 教学目标 一 知识与技能1 尝试从血液中提取和分离血红蛋白2 了解色谱法 电泳法等分离生物大分子的基本原理 二 过程与方法体验血红蛋白提取和分离的实验的严格要求 注意按照操作提示进行相关步骤 三 情感 态度与价值观初步形成科学的思维方式 发展科学素养和人文精神 教学重点 凝胶色谱法的原理和方法 教学难点 样品的预处理 色谱柱填料的处理和色谱柱的装填 一 基础知识 蛋白质分离和提取的原理 凝胶色谱法 分配色谱法 1 凝胶 一些微小多孔的球体 内含许多贯穿的通道 由多糖类构成如葡聚糖 琼脂糖 2 概念 根据相对分子质量的大小分离蛋白质的有效方法 3 原理 蛋白质分离和提取的原理 4 具体过程 1 概念 在一定的范围内 能对抗外来少量强酸 强碱或稍加稀释不引起溶液PH发生明显变化的作用叫做缓冲作用 具有缓冲作用的溶液叫做缓冲溶液 缓冲溶液 2 作用 能够抵制 对溶液 的影响 维持PH基本不变 外界的酸或碱 pH值 3 缓冲溶液的配制 通常由 种缓冲剂溶解于水中配制而成 调节缓冲剂的 就可以制得 使用的缓冲液 1 2 使用比例 在不同PH范围内 思考 说出人体血液中缓冲液 NaH2PO4 Na2HPO4H2CO3 NaHCO3 磷酸缓冲液 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 4 在本课题中使用的缓冲液 三 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 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 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 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 聚丙稀酰胺凝胶电泳 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 琼脂糖凝胶电泳示意图 4 聚丙稀酰胺凝胶电泳 1 聚丙稀酰胺凝胶 是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的具有三维网状结构的凝胶 蛋白质在聚丙烯酰胺凝胶中的迁移率取决于它所带净电荷的多少以及分子的大小等因素 为了消除净电荷对迁移率的影响 可以在凝胶中加入SDS 2 原理 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 因而掩盖了不同种蛋白质间的电荷差别 使电泳迁移率完全取决于分子的大小 3 SDS 聚丙稀酰胺凝胶电泳作用机理 蛋白质的提取和分离一般分为四步 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 二 实验操作 样品处理 粗分离 纯化 纯度鉴定 1 血液有哪些成分 2 你认为鸟类血液和哺乳动物血液中 最好哪种血液来提取血红蛋白 为什么 二 实验操作 样品处理 粗分离 纯化 纯度鉴定 知识回顾 一 样品处理 1 红细胞的洗涤 2 血红蛋白的释放 3 分离血红蛋白溶液 4 透析 如何除无机盐离子和小分子有机物质呢 血液 柠檬酸钠 低速短时离心 吸出上层血浆 红细胞 5倍体积生理盐水 缓慢搅拌10min 低速短时离心 吸出上清液 反复洗涤直至上清液无黄色 在蒸馏水和甲苯 作用下 红细胞破裂释放 红细胞破碎混合液 中速长时离心 2000c min 10min 滤纸过滤除去脂质 分液漏斗分离出血红蛋白 得到红色透明液体 装入透析袋并置于磷酸缓冲液中 PH为7 0 透析 二 实验操作 样品处理 粗分离 纯化 纯度鉴定 分离血红蛋白溶液 有机溶剂无色透明的甲苯层 脂类物质白色脂溶性物质沉淀层 血红蛋白溶液红色透明液体 红细胞破碎物沉淀暗红色沉淀物 透析过程动画演示 二 凝胶色谱操作 纯化 1 凝胶色谱柱的制作 二 实验操作 样品处理 粗分离 纯化 纯度鉴定 色谱柱的制作过程 准备材料 加工橡皮塞 安装色谱柱 1 计算 根据色谱柱的内体积计算所需凝胶量 2 凝胶溶胀 凝胶浸泡于蒸馏水充分溶胀后 配成凝胶悬浮液 3 固定 将色谱柱装置固定在支架上 4 装填 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 5 洗涤平衡 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 装填时注意 1 凝胶装填时尽量紧密 以降低凝胶颗粒之间的空隙 2 装填凝胶柱时不得有气泡存在 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 洗涤平衡时注意 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 2 不能发生洗脱液流干 露出凝胶颗粒的现象 2 凝胶色谱柱的装填 2 凝胶色谱柱的装填 装配好的凝胶柱 3 样品加入与洗脱 调节缓冲液面 加入蛋白质样品 调节缓冲液面 洗脱 收集分装蛋白质 1 调节缓冲液面 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 2 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 3 样品渗入凝胶床 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 4 洗脱 小心加入pH 7 0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 5 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收集一试管 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 6 注意 正确的加样操作 1 不要触及并破坏凝胶面 2 贴壁加样 3 使吸管管口沿管壁环绕移动 4 用SDS 聚丙稀酰胺凝胶电泳测定蛋白质分子量的方法 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 市场上有高分子量 次高分子量及低分子量的标准蛋白试剂出售 收集得到的纯化后的蛋白 三 SDS 聚丙烯酰胺凝胶电泳 选做 鉴定血红蛋白纯度 目的 观察你处理的血液样品离心后是否分层 见教科书图5 18 如果分层不明显 可能是洗涤次数少 未能除去血浆蛋白的原因 此外 离心速度过高和时间过长 会使白细胞和淋巴细胞一同沉淀 也得不到纯净的红细胞 影响后续血红蛋白的提取纯度 四 实验结果分析与评价 1 你是否完成了对血液样品的处理 你能描述处理后的样品发生了哪些变化吗 2 你装填的凝胶色谱柱是否有气泡产生 你的色谱柱装填得成功吗 你是如何判断的 由于凝胶是一种半透明的介质 因此可以在凝胶柱旁放一支与凝胶柱垂直的日光灯 检查凝胶是否装填得均匀 此外 还可以加入大分子的有色物质 例如蓝色葡聚糖 2000或红色葡聚糖 观察色带移动的情况 如果色带均匀 狭窄 平整 说明凝胶色谱柱的性能良好 如果色谱柱出现纹路或是气泡 轻轻敲打柱体以消除气泡 消除不了时要重新装柱 如果凝胶色谱柱装填得很成功 分离操作也正确的话 能清楚地看到血红蛋白的红色区带均匀 狭窄 平整 随着洗脱液缓慢流出 如果红色区带歪曲 散乱 变宽 说明分离的效果不好 这与凝胶色谱柱的装填有关 3 你能观察到蛋白质的分离过程中 红色区带的移动吗 请描述红色区带的移动情况 并据此判断分离效果 本课题作业 五 在整个操作过程中 应当注意以下事项 1 红细胞的洗涤 洗涤次数不能过少 低速 短时离心 2 凝胶的预处理 沸水浴法时间短 还能除去微生物和气泡3 色谱柱的装填 装填尽量紧密 降低颗粒间隙 无气泡 洗脱液不能断流 4 色谱柱成功标志 红色区带均匀一致地移动 当堂反馈 1 凝胶色谱法分离蛋白质的依据是 A 对其他分子的亲和力B 溶解度C 所带电荷多少D 相对分子质量的大小2 凝胶色谱法中所用的凝胶化学本质大多是 A 糖类化合物B 脂质C 蛋白质D 核酸 D A 3 利用凝胶色谱法 什么样的蛋白质先洗脱出来 A 相对分子质量大的B 溶解度高的C 相对分子量小的D 所代电荷多的4 将搅拌好的混合液离心来分离血红蛋白溶液时 第二层是 A 甲苯B 血红蛋白水溶液C 脂溶性物质的沉淀层D 其他杂质的沉淀 A D 5 下列操作正确的是 A 分离红细胞时采用低速长时间离心B 红细胞释放出血红蛋白只需要加入蒸馏水就可C 分离血红蛋白溶液是低速短时间离心D 透析时要用20mmol l的磷酸缓冲液 透析12h6 样品的加入和洗脱的叙述正确的是 A 先加入1ml透析后的样品B 加样前要使缓冲液缓慢下降全部流出C 如果红色带均匀一致的移动 说明色谱柱制作成功D 洗脱时可以用缓冲液也可以用清水 D C 9 凝胶色谱法操作正确的是 A 将橡皮塞上部用刀切出锅底状的凹穴B 将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 将尼龙网剪成与橡皮塞下部一样大小的圆片 A 7 下列有关提取和分离血红蛋白的程度叙述错误的是 A 样品的处理就是通过一系列操作收集到血红蛋白溶液B 通过透析可以去除样品中分子质量较大的杂质 此为样品的粗提取C 可通过凝胶色谱法将相对分子质量大的杂质蛋白除去 即样品的纯化D 可通过SDS 聚丙烯酰胺凝胶电泳鉴定血红蛋白的纯度 B 9 样品的加入和洗脱的操作不正确的是 A 加样前 打开色谱柱下端的流出口 使柱内凝胶面上