優(yōu)《血紅蛋白的提取和分離》

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1、 本課題學(xué)習(xí)目標(biāo) 體驗(yàn)從復(fù)雜體系中提取生物大分子的基本過(guò)程和方法,并 了解色譜法、電泳法等分離生物大分子的基本原理。 1、主要概念: 凝膠色譜法 電泳法 緩沖溶液 它們?cè)?血紅蛋白的提取中分別起到什么作用。 2. 主要原理: 凝膠色譜法分離蛋白質(zhì)的原理 電泳法分離樣品的原理 緩沖溶液的組成和作用機(jī)理 3、課題重點(diǎn): 凝膠色譜法的原理和方法 4、 課題難點(diǎn): 樣品的處理 色譜柱填料的處理和色譜柱的裝填。 1.分離生物大分子的基本思路: 選用一定的 物理或化學(xué) 的方法分離具有不同物 理或化學(xué)性質(zhì)的 生物大分子 。 2.蛋白質(zhì)分離和提取的原理: 根據(jù)蛋白質(zhì) 各種特性 的差異,如 分子的形狀和 大小、

2、所帶電荷的性質(zhì)和多少、溶解度、吸附性質(zhì) 和對(duì)其他分子的親和力 等等,可以用來(lái)分離 不同種 類(lèi)的蛋白質(zhì)。 一、血紅蛋白的提取和分離 3、提取分離方法 凝膠色譜法 凝膠電泳法 (一) 凝膠色譜法( 分配色譜法 ) 2.凝膠: 大多數(shù)凝膠是由 多糖類(lèi)化合物 (如葡聚糖或瓊 脂糖)構(gòu)成的多孔小球體 , 內(nèi)部有許多貫穿的 通道。 根據(jù)被分離物質(zhì)的 蛋白質(zhì)相對(duì)分子質(zhì)量 的大小, 利用具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠,來(lái)進(jìn)行 分離。 1.概念: 3.凝膠色譜法的原理 當(dāng)相對(duì)分子量不同的蛋白質(zhì)通過(guò)凝膠時(shí), 相對(duì) 分子量較小的蛋白質(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 ; 相對(duì)分子量 較大 的蛋白質(zhì) 無(wú)法進(jìn)入

3、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。 依據(jù)的特性是: 蛋白質(zhì)分子量的大小。 4.凝膠色譜法 分離蛋白質(zhì) 的原理和 具體過(guò)程 凝膠色譜法分離蛋白質(zhì)過(guò)程的動(dòng)畫(huà)演示 (二)緩沖溶液 1.概念 : 在一定的范圍內(nèi),凡是能夠抵制 外加少量強(qiáng) 酸或強(qiáng)堿 的影響使原來(lái)溶液 PH值基本保持 不變的混 合溶液。 能夠抵制外界的酸和堿對(duì)溶液 PH值的影響, 維持 PH基本不變。 2.作用 : 思考:說(shuō)出人體血液中緩沖對(duì)。 NaH2PO4/Na2HPO4 H2CO3/NaHCO3 通常由 1 2 種緩沖劑 溶解于水中配制而成。調(diào)節(jié) 緩沖劑的 使用比例 就可以制得在 不同 PH范圍內(nèi)使用的

4、 緩沖液。 4.提問(wèn):在本課題中使用的緩沖液是 :__________ , 利用緩沖液 模擬細(xì)胞內(nèi)的 PH環(huán)境 ,保證 血紅蛋白的正常結(jié)構(gòu)和功能 ,便于觀察 (紅色 )和科 學(xué)研究 (活性 ) 磷酸緩沖液 3.緩沖溶液的配制 : 其目的是 : (三) 電泳: 1.概念: 帶電粒子在電場(chǎng)作用下發(fā)生遷移的過(guò)程。 2.原理: 許多重要的生物大分子,如多肽、核酸等都具有 可解離的基團(tuán),在 一定的 PH下,這些基團(tuán)會(huì)帶上正 電或負(fù)電。 在電場(chǎng)的作用下,這些帶電分子會(huì)向著與其所帶 電荷 相反 的電極移動(dòng)。 分離樣品中各種分子 帶電性質(zhì)的差異以及分子本 身的大小,形狀的不同,使帶電分子產(chǎn)生不同的遷 移速度,

5、 從而實(shí)現(xiàn)樣品中各種分子的分離。 影響蛋白質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)速度的因素 決定 運(yùn)動(dòng)方向 形成 庫(kù)侖力 形成 阻力 決定 運(yùn)動(dòng)速率 電荷性質(zhì) 電荷量 分子形狀 分子大小 3.類(lèi)型 : 瓊脂糖 凝膠電泳、 聚丙稀酰胺 凝膠電泳。 在 電場(chǎng) 的作用下, 這 些 帶電 分子 會(huì) 向著 與 其所 帶電 荷相 反的 電極 移 動(dòng) 瓊脂糖凝膠電泳示意圖 聚丙烯酰胺凝膠電泳 1、測(cè)定蛋白質(zhì)分子量 :常用 十二烷基硫酸鈉 ( SDS) 聚丙烯酰胺 凝膠電泳。 聚丙烯酰胺凝膠是由 單體丙烯酰胺 和 交聯(lián)劑 N,N - 亞甲基雙丙烯酰胺 在 引發(fā)劑 和 催化劑 的作用下聚合交聯(lián) 成的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠。 N,N-亞甲基

6、雙丙烯酰胺(形成交聯(lián)) 丙烯酰胺和交聯(lián)劑 N,N-亞甲基雙丙烯酰胺的交聯(lián)共聚反應(yīng) 蛋白質(zhì)在聚丙烯酰胺凝膠中的 遷移率 取決 于它所帶 凈電荷的多少 以及 分子的大小 等因素。 2.原理: SDS能使 蛋白質(zhì)發(fā)生完全變性。解聚成單條 肽鏈 ,因此測(cè)定的結(jié)果只是 單條肽鏈的分子量 。 SDS能與各種蛋白質(zhì)形成 蛋白質(zhì) SDS復(fù)合物 , SDS所帶負(fù)電荷的量大大超過(guò)了蛋白質(zhì)分子 原有 的電荷量 。因而 掩蓋了不同種蛋白質(zhì)間的電荷差 別, 使 電泳遷移率完全取決于分子的大小 。 3. SDS作用機(jī)理 : 用 SDS測(cè)定蛋白質(zhì)分子量的方法 使用 SDS 聚丙烯酰胺凝膠電泳 測(cè)定蛋 白質(zhì)的分子量時(shí),可選用

7、一組 已知分子量 的標(biāo)準(zhǔn)蛋白 同時(shí)進(jìn)行電泳,根據(jù)已知分子 量的標(biāo)準(zhǔn)蛋白的 電泳區(qū)帶位置 ,可以測(cè)定 未知蛋白質(zhì) 的分子量。 市場(chǎng)上有高分子量、 次高分子量及低分子量的標(biāo)準(zhǔn)蛋白試劑出 售。 二、實(shí)驗(yàn)操作 樣品處理 粗分離 純化 純度鑒定 1.樣品處理: (一)蛋白質(zhì)提取和分離步驟 (二)操作過(guò)程 可選用豬、牛、羊或其他脊椎動(dòng)物的血液來(lái) 分離血紅蛋白。 血 液 血漿 水 分 固體物質(zhì): 血漿蛋白、 無(wú)機(jī)鹽、磷脂、葡萄糖等 血細(xì)胞 白細(xì)胞 血小板 紅細(xì)胞 (最多) 血紅蛋白 ( 90) 兩個(gè) 肽鏈 兩個(gè) 一肽鏈 四個(gè)亞鐵血紅素基團(tuán) 2.提問(wèn): 血液有哪些成分? 1.提問(wèn): 用雞的紅細(xì)胞提取 DNA,

8、用豬、牛、羊的 紅細(xì)胞提取血紅蛋白的原因是什么? 雞的紅細(xì)胞具有細(xì)胞核,含有 DNA,便于進(jìn)行 DNA 的提?。蝗说募t細(xì)胞無(wú)細(xì)胞核,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,血紅蛋 白含量豐富,便于提取血紅蛋白。 血紅蛋白 兩個(gè) 肽鏈 兩個(gè) 一肽鏈 四個(gè)亞鐵 血 紅素基團(tuán) 每個(gè)肽鏈環(huán)繞一個(gè) 亞鐵血紅素基團(tuán), 此基團(tuán)可攜帶 一分子 O2或一分子 CO2, 血紅蛋白因含有 血紅素 而 呈 紅色 。 血紅蛋白的特點(diǎn): (1)紅細(xì)胞的洗滌 : 去除雜質(zhì)蛋白,利于后續(xù)血紅蛋白的分離純化 . 1、采集血樣 2、低速短時(shí)間離心 (速度越高和時(shí)間越長(zhǎng),會(huì)使白細(xì) 胞等一同沉淀,達(dá)不到分離的效果) 3、吸取血漿: 上層透明的黃色血漿。 4、鹽水

9、洗滌: 下層暗紅色的紅細(xì)胞 +五倍體積的 0.9 的 NaCl溶液洗滌,攪拌 10min 5、低速 短時(shí)間 離心: 6、重復(fù) 3、 4、 5步驟三次 上清液中已沒(méi)有黃色:紅細(xì)胞洗滌干凈。 目的 : 操作: 洗滌次數(shù)過(guò)少 ,無(wú)法除去血漿蛋白。 (2)血紅蛋白的釋放: 加蒸餾水到 原血液體積 , 加 40體積的甲苯 (溶解細(xì)胞膜) 置于 磁力攪拌器 攪拌 10min(加速細(xì)胞破裂) 紅細(xì)胞破裂,釋放出血紅蛋白 (3)分離血紅蛋白溶液: 過(guò)程 : 將攪拌好混合液轉(zhuǎn)移到離心管內(nèi),以 2000r/min的速 度 離心 10 min。 試管中溶液層次: 第 1層(最上層): 甲苯層 (無(wú)色透明); 第 2

10、層(中上層): 脂溶性物質(zhì)沉淀層 (白色薄層固體); 第 3層(中下層): 血紅蛋白的水溶液層 (紅色透明液體); 第 4層(最下層): 雜質(zhì)沉淀層 (暗紅色)。 分離 : 濾紙過(guò)濾:除去脂溶性沉淀層, 分液漏斗中靜置:分出下層的 紅色透明液 體 。 甲苯層 ( 無(wú)色透明) 白色薄層固體 紅色透明液體 雜質(zhì)沉淀層 ( 暗紅色 ) 試管中溶液層次 (4)透 析: 過(guò)程: 取 1ml的血紅蛋白溶液 裝入透 析袋中,將透析袋放入盛有 300ml的 20mmol/l的磷酸緩沖 液 中( pH為 7.0),透析 12h 目的: 除去樣品中分子量較小的雜質(zhì)和離子。 或用于更換樣品的緩沖液。 20mmol/

11、L磷酸緩沖液 1mL 透析過(guò)程動(dòng)畫(huà)演示 2.凝膠色譜操作 : ( 1)凝膠色譜柱的制作: 取長(zhǎng) 40厘米,內(nèi)徑 1.6厘米的玻璃管, 兩端磨平。 底塞的制作: 打孔 挖出凹穴 安裝移液管頭部 覆蓋尼龍網(wǎng),再用 100目尼龍紗包好,插到玻璃管的 一 端 。 注意事項(xiàng):玻璃管的 上部不得超出橡皮塞的凹穴底面,否則難以鋪實(shí)尼龍網(wǎng),還 會(huì)導(dǎo)致液體殘留,蛋白質(zhì)分離不徹底。 頂塞的制作: 打孔 安裝玻璃管 。 組裝: 將上述三者按相應(yīng)位置組裝成一個(gè)整體 。 安裝其他附屬結(jié)構(gòu)。 ( 2)凝膠色譜柱的裝填 凝膠的選擇: A、材料: 交聯(lián)葡聚糖凝膠( G-75)。 B、代表意義 : “ G” 表示凝膠的交聯(lián)程度

12、,膨脹程度 及分離范圍 。 75表示凝膠的得水值,即每克凝膠膨 脹時(shí)吸水 7.5克。 凝膠的前處理: 配置凝膠懸浮液: 計(jì)算并稱(chēng)取一定量的凝膠浸泡于 蒸餾水或洗脫液 中 充分溶脹后,配成 凝膠懸浮液。 凝膠色譜柱的裝填方法: A、固定:將色譜柱裝置固定在支架上。 B、裝填:將 凝膠懸浮液一次性 緩慢倒入色譜柱 內(nèi),裝填時(shí)輕輕敲動(dòng)色譜柱,使凝膠填裝均勻 注意: 1、裝填時(shí)盡量緊密: 降低凝膠顆粒之間的空隙。 2、裝填凝膠柱時(shí)不得有氣泡存在: 因?yàn)闅馀輹?huì)攪 亂洗脫液中蛋白質(zhì)的洗脫次序,降低分離效果 。 洗滌平衡: 連接緩沖液洗脫瓶,在 50cm高的 操作壓下,用 300ml的 20mmol/L的

13、磷酸緩沖液( pH為 7.0) 充分洗滌 平衡 12h。 注意: 1、液面不要低于凝膠表面,否則 可能有氣泡混入,影響分離效果 2、不能發(fā)生洗脫液流干,露出凝 膠顆粒的現(xiàn)象 。 ( 2)凝膠色譜柱的裝填 50cm高 ( 3)樣品加入與洗脫 調(diào)節(jié)緩沖液面: 打開(kāi)下端出口,使 緩沖液下降到與凝膠面 平齊,關(guān)閉出口 滴加透析樣品 : 吸管吸 1ml樣品加到色譜柱的 頂端 , 注意: 1、不要觸及并破壞凝膠面。 2、貼壁加樣 3、吸管管口貼著管壁環(huán)繞移動(dòng)加樣 樣品滲入凝膠床: 打開(kāi)下端出口,使樣品滲入凝膠床內(nèi), 樣品完全進(jìn)入凝膠層后,關(guān)閉下端出口 洗脫: 加入 pH=7.0 的 20mmol/l的磷酸

14、緩沖液到適當(dāng)高度, 連接緩沖液洗脫瓶,打開(kāi)下端出口進(jìn)行洗脫。 收集: 待 紅色的蛋白質(zhì)接近色譜柱底端 時(shí),用試管收集流出 液,每 5ml收集一試管,連續(xù)收集 。 (如果紅色區(qū)帶均勻一致的移動(dòng),說(shuō)明色譜柱制作成功) ( 3)樣品加入與洗脫 注意: 正確的加樣操作是: 1、不要觸及并破壞凝膠面。 2、貼壁加樣。 3、使吸管管口沿管壁環(huán)繞移動(dòng)。 思考下面的問(wèn)題: 讓血紅蛋白處在穩(wěn)定的 pH范圍內(nèi),維持結(jié)構(gòu)和 功能正常。 1、在血紅蛋白純化的整個(gè)過(guò)程中不斷用磷酸緩 沖液處理的目的是什么? 2、與其他蛋白質(zhì)相比,血紅蛋白有什么特點(diǎn)? 這一特點(diǎn)對(duì)你進(jìn)行血紅蛋白的分離有什么啟示? 血紅蛋白是有色蛋白,因此在

15、凝膠色譜分離時(shí)可以通過(guò) 觀察 顏色 來(lái)判斷什么時(shí)候應(yīng)該收集洗脫液。這使血紅蛋 白的分離過(guò)程 非常直觀,大大簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)操作。 血紅蛋白提取和分離的程序包括: 樣品處理、粗分離、純化和純度鑒定 。 樣品的處理: 通過(guò)洗滌紅細(xì)胞、血紅蛋白的釋放、 離心等操作收集到 血紅蛋白溶液 , 樣品的粗分離 :透析 去除分子量較小的雜質(zhì) 樣品的純化: 凝膠色譜法 除去 相對(duì)分子質(zhì)量較大 的 雜質(zhì)蛋白 純度鑒定 :聚丙烯酰胺凝膠電泳 進(jìn)行純度鑒定。 3、你能描述血紅蛋白分離的完整過(guò)程嗎? (三) SDS 聚丙烯酰胺凝膠電泳(選做) 2.試劑的配制: 鑒定血紅蛋白純度。 1.目的: 3.方法步驟:(略) 觀察處理的

16、血液樣品離心后 是否分層,如果分層不明顯, 可能是洗滌次數(shù)少、未能除去血漿蛋白的原因。 此外,離心速度過(guò)高和時(shí)間過(guò)長(zhǎng),會(huì)使 白細(xì)胞和淋巴細(xì)胞 一同沉淀 ,也得不到純凈的紅細(xì)胞,影響后續(xù)血紅蛋白的提取 純度。 三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與評(píng)價(jià) 1、你是否完成了對(duì)血液樣品的處理?你能描述處 理后的樣品發(fā)生了哪些變化嗎? 2、你裝填的凝膠色譜柱是否有氣泡產(chǎn)生?你的色譜 柱裝填得成功嗎?你是如何判斷的? 1、 由于凝膠是一種半透明的介質(zhì),因此可以 在凝膠柱旁放 一支與凝膠柱垂直的日光燈,檢查凝膠是否裝填得均勻。 2、加入大分子的有色物質(zhì), 例如藍(lán)色葡聚糖 2000或紅色 葡聚糖 , 觀察色帶移動(dòng)的情況。如果 色帶均勻、狹窄、平 整,說(shuō)明凝膠色譜柱的性能良好 。 3、 色譜柱出現(xiàn) 紋路或是氣泡 , 輕輕敲打柱體以消除氣泡, 消除不了時(shí)要重新裝柱。 紅色區(qū)帶:均勻、狹窄、平整,隨著洗脫液緩慢流出; 說(shuō)明凝膠色譜柱裝填得很成功、分離操作也正確 紅色區(qū)帶:歪曲、散亂、變寬, 說(shuō)明分離的效果不好, 這與凝膠色譜柱的裝填有關(guān)。 3、你能觀察到蛋白質(zhì)的分離過(guò)程中紅色區(qū)帶的移 動(dòng)嗎?請(qǐng)描述紅色區(qū)帶的移動(dòng)情況,并據(jù)此判斷分離 效果? 啟動(dòng) I n t e r n e t E x p l o r e r 瀏覽器. l n k

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