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1、
課題:血紅蛋白的提取和分離
教學目標:
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
教學重點: 凝膠色譜法的原理和方法
教學難點: 樣品的預處理;色譜柱填料的處理和色譜柱的裝填教學過程:
(一)引入新課
蛋白質是生命活動的主要承擔者, 是細胞內含量最高的有機化合物。 對蛋白質的研究有
助于人們對生命過程的認識和理解。 所以需要從細胞中提取蛋白質進行研究。 怎樣提取蛋白質呢?
(二)進行新課
1.基礎知識
蛋白質的物化理性質:形狀、大小、電荷性質和多少、溶解度、吸附性質
2、、親和力等千差萬別,由此提取和分離各種蛋白質。
1. 1 凝膠色譜法(分配色譜法) :
( 1)原理:(見課件圖) 分子量大的分子通過多孔凝膠顆粒的間隙,路程短,流動快;分子量小的分子穿過多孔凝膠顆粒內部,路程長,流動慢。
( 2)凝膠材料:多孔性,多糖類化合物,如葡聚糖、瓊脂糖。
( 3)分離過程:
混合物上柱→洗脫→大分子流動快、小分子流動慢→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,促使蛋白質分子的差速流動。
1. 2 緩沖溶液
( 1)原理:由弱酸和相應的強堿弱酸鹽組成 (如 H2CO3-
3、 NaHCO3,HC- NaC,NaH2PO4/Na2HPO4
等),調節(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:不同蛋白質的帶電性質、電量、形狀和大小不同,在電場中受到的作用力大小、方向、阻力不同,導致不同蛋白質在電場中的運動方向和運動速度不同。
[思考]閱讀投影補充材料后,填寫下表:
決定運動
形成庫
形成
決定運動
方向
侖力
阻力
速率
電荷
√
性質
電荷
4、
√
√
量
分子
√
√
形狀
分子
√
√
用心 愛心 專心 1
大小
(2)分離方法:瓊脂糖凝膠電泳、聚丙烯酰胺經膠電泳等。
(3)分離過程:在一定 pH 下,使蛋白質基團帶上正電或負電;加入帶負電荷多的 SDS,形成“蛋白質- SDS復合物”,使蛋白質遷移速率僅取決于分子大小。
2.實驗設計
2.1 蛋白質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的提取和
5、分離都是這樣的?為什么?
不是。因為蛋白質的來源和性質不同,分離方法差別很大。
2.2 選擇實驗材料
( 1)你認為鳥類血液和哺乳動物血液中,最好哪種血液來提取血紅蛋白?為什么?哺乳動物血液。因為該細胞中沒有細胞核,血紅蛋白含量高。
( 2)請閱讀投影資料,認識哺乳動物血液組成及血紅蛋白性質。并思考回答下列問題:
血液由 和 兩部分組成。
血細胞中 細胞數量最多,細胞的含量最高的化合物是 。
該化合物是由 和 構成的,其中每個亞基中都含有一個能與 O2 和 CO2結合的
基團。
2.3 從紅細胞中分離出血紅蛋白的過程為: 洗滌紅細胞、 釋放
6、血紅蛋白、 分離血紅蛋白、
透析。洗滌紅細胞的目的是什么?
除去血漿蛋白的雜蛋白,有利于后續(xù)步驟的分離純化。
紅細胞的洗滌過程為
血液+檸檬酸鈉→低速短時離心→吸出上層血漿→紅細胞+ 5 倍體積生理鹽水 →緩慢
攪拌 10min→低速短時離心→吸出上清液→反復洗滌直至上清液無黃色
思考:加入檸檬酸鈉有何目的?為什么要低速、短時離心?為什么要緩慢攪拌?
防止血液凝固;防止白細胞沉淀;防止紅細胞破裂釋放出血紅蛋白。
思考:你有什么方法將紅細胞中的血紅蛋白釋放出來?
加入蒸餾水,用玻璃棒快速攪拌一段時間。
補充:加入蒸餾水后紅細胞液體積與
7、原血液體積要相同。 加入甲苯的目的是溶解細胞膜,
有利于血紅蛋白的釋放和分離。 此時,紅細胞破碎混合液中不僅含有血紅蛋白, 而且還含有
細胞破碎物、脂質、 甲苯有機溶劑等。怎樣除去這些雜質呢?由于它們的密度不同,科學家采取了離心分離的方法:
紅細胞破碎混合液→中速長時離心( 2000c/min 10min )→濾紙過濾除去脂質→分液漏
斗分離出血紅蛋白
2.4 如何除無機鹽離子和小分子有機物質呢?。
透析。半透膜的選擇透過性,大分子物質不能通過半透膜,離子和小分子能夠通過半透
膜。
在透析過程中, 血紅蛋白溶液中的離子和小分子不斷通過半透膜擴散
8、進入到 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。有利于雜質分子充分地向外擴散。
總結:通過以上四個基本過程,紅細胞中的血紅蛋白就被提取出來。但其中還含有其他種類的蛋白質分子(如呼吸酶等) 。怎樣將雜蛋白與血紅蛋白分離開來呢?我們來研究蛋白
質提取和分離的第二個步驟――粗分離(凝膠色譜操作) 。
2.5 凝膠色譜分離蛋白質包括:制作色譜柱、裝填色譜柱、樣品加入和洗脫。
用心 愛心 專心 2
根據教材圖 5- 19,說出制作色譜柱
9、需要的材料。
橡皮塞 2 個、打孔器、小刀、移液管、尼龍紗、尼龍網、玻璃管、尼龍管等。
色譜柱的制作過程:準備材料→加工橡皮塞→安裝色譜柱
下面進行第二步――凝膠色譜柱的裝填。請閱讀教材:
色譜柱的裝填過程。
步驟
操作要求
①
操作要求
色譜柱垂直固定在支架上
②
計算稱量凝膠
根據色譜柱體積計算凝膠用量
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。其基本過程是:
調節(jié)緩沖液面→加入蛋白質樣品→調節(jié)緩沖液面→洗脫→收集分裝蛋白質至此,血紅蛋白即可得到粗分離。在整個操作過程中,應當注意以下事項:
( 1)紅細胞的洗滌:洗滌次數不能過少;低速、短時離心。
( 2)凝膠的預處理:沸水浴法時間短,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;無氣泡;洗脫液不能斷流。
( 4)色譜柱成功標志:紅色區(qū)帶均勻一致地移動。
(三)課堂總結、點評
血
蛋白質分子的差異性
紅
蛋
凝膠色譜法
原
理
分離過程
11、
白
凝膠電泳法
的
提
緩沖溶液
組
成
作
用
取
和
蛋白質的
樣品處理
粗
分
離
分
離
提取分離
純度鑒定
純
化
(四)實例探究
例 1 利用凝膠色譜法,什么樣的蛋白質先洗脫出來( )
A. 相對分子質量大的
B. 溶解度高的
C.相對分子量小的
D.所代電荷多的
解析:凝集色譜法使根據相對分子質量的大小分
12、離蛋白質的有效方法。相對分子質量較
小的蛋白質能進入凝膠內部通道, 路程較長, 移動速度較慢; 相對分子質量大的蛋白質,路程較短,移動速度較快,首先洗脫出來。
答案: A
例 2 蛋白質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驗操作過程中的技術
答案: C
☆綜合應用
例 3 用凝膠色譜法分離蛋白質時,分子量大的蛋白質( )
A 路程較長,移動速度較慢 B 路程較長,移動速度較快
C路程較短,移動速度較慢 D 路程較短,移動速度較快
解析:在小球體內部有許多貫穿的通道, 當相對分子質量不同的蛋白質通過凝膠時, 相
對分子質量較小的蛋白質容易進入凝膠內部的通道, 路程較長, 移動速度較慢; 而相對
分子質量較大的蛋白質無法進入凝膠內部的通道, 只能在凝膠外部移動, 路程較短, 移
動速度較快。
答案: D
(五)鞏固練習
1.
14、
凝膠色譜法分離蛋白質的依據是(
)
A.
對其他分子的親和力
B.
溶解度
C.
所帶電荷多少
D.
相對分子質量的大小
2.
凝膠色譜法中所用的凝膠化學本質大多是(
)
A.
糖類化合物B.
脂質
C.
蛋白質D.
核酸
3.
選用紅細胞作為分離蛋白質的實驗材料,有何好處(
)
A.
血紅蛋白是有色蛋白
B.
紅細胞無細胞核
C.
紅細胞蛋白質含量高
D.
紅細胞 DNA含量高
4.
將攪拌好的混合液離心來分離血紅蛋白溶液時,第二層是(
)
A.
甲苯
B
15、.
血紅蛋白水溶液
C. 脂溶性物質的沉淀層
D.
其他雜質的沉淀
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. 分離紅細胞時采用低速長時間離心
B. 紅細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間離心
D. 透析時要用 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,說明色譜柱制作成功
D. 洗脫時可以用緩沖液也可以用清水
8. 下列有關提取和分離血紅蛋白的程度敘述錯誤的是( )
A. 樣品的處理就是通過一系列操作收集到血紅蛋白溶液
B. 通過透析可以去除樣品中分子質量較大的雜質,此為樣品的粗提取
C. 可通過凝膠色譜法將相對分子質量大的雜質蛋白除去,即樣品的純化
D. 可通過 SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳鑒定血紅蛋白的純度
用心 愛心 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, 打開色譜柱下端的流出口, 使柱內凝膠面上的緩沖液緩慢下降到凝膠面的下面
B. 加樣后,打開下端出口,使樣品滲入凝膠床內
C. 等樣品完全進入凝膠層后,關閉下端出口
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
本課題重在讓學生了解生物科學在蛋白質領域的進展, 說明提取、 分離高純度的蛋白質
的重要性和必要性, 并學習一些蛋白質分離和提取的基本技術。 可以發(fā)揮學生的主動性, 讓
學生介紹當前有關蛋白質研究的新進展, 激發(fā)學生的學習興趣, 然后指出本課題的學習意義,
讓學生初步體會分離純化蛋白質的過程和方法。
用心 愛心 專心 5