2024-2025學(xué)年高中生物專題五DNA和蛋白質(zhì)技術(shù)課題3血紅蛋白的提取與分離學(xué)案新人教版選修1

PAGE8-課題3血紅蛋白的提取與分別學(xué)習(xí)目標(biāo)課程標(biāo)準(zhǔn)1．駕馭提取生物大分子的基本過程和方法。(重點)2．理解凝膠色譜法、電泳法等分別生物大分子的基本原理。(重、難點)3．嘗試對血液中的血紅蛋白進行提取和分別。嘗試蛋白質(zhì)的提取與分別自主學(xué)習(xí)·預(yù)習(xí)熱身一、凝膠色譜法1．概念：也稱做__安排色譜法__，是依據(jù)__相對分子質(zhì)量大小__分別蛋白質(zhì)的有效方法。2．原理當(dāng)__相對分子質(zhì)量__不同的蛋白質(zhì)通過凝膠時，相對分子質(zhì)量__較小__的蛋白質(zhì)簡潔進入凝膠內(nèi)部的通道，路程__較大__，移動速度__較慢__，而相對分子質(zhì)量__較大__的蛋白質(zhì)無法進入凝膠內(nèi)部的通道，只能在__凝膠外部__移動，路程__短__，移動速度__快__，從而使__相對分子質(zhì)量__不同的蛋白質(zhì)分子得以分別。二、緩沖溶液1．作用：在肯定范圍內(nèi)，抵制__外界__的__酸和堿__對溶液pH的影響，維持pH__相對穩(wěn)定__。2．配制：由__1～2__種緩沖劑溶解于__水__中配制而成，通過調(diào)整緩沖劑的__運用比例__就可以得到不同pH范圍內(nèi)運用的緩沖液。三、電泳1．概念：指__帶電粒子__在電場的作用下發(fā)生的__遷移__的過程。2．原理：在肯定的__pH__下，__多肽__、__核酸__等生物大分子的可解離基團會帶上__正電__或__負(fù)電__，在__電場__的作用下，這些帶電分子會向著與其所帶電荷__相反__的電極移動。3．作用：電泳利用了待分別樣品中各種分子__帶電性質(zhì)__的差異及分子本身的__大小__、__形態(tài)__的不同，使帶電分子產(chǎn)生不同的__遷移速度__，從而實現(xiàn)樣品中__各種分子__的分別。4．方法：常用的電泳方法有__瓊脂糖凝膠電泳__和__聚丙烯酰胺凝膠電泳__。測定蛋白質(zhì)分子量時通常運用__SDS－聚丙烯酰胺凝膠電泳__。四、試驗操作蛋白質(zhì)的提取和分別一般分為四步：__樣品處理__、__粗分別__、__純化__和__純度鑒定__。1．樣品處理(1)紅細胞的洗滌：目的是__去除雜蛋白__。采納__低速短時間__離心，吸取血漿后加__生理鹽水__洗滌，直至上清液中沒有__黃色__，表明紅細胞已洗滌干凈。(2)血紅蛋白的釋放：在__蒸餾水__和__甲苯__的作用下，紅細胞裂開，釋放出血紅蛋白。(3)分別血紅蛋白溶液：把混合液離心后，將試管中的液體用濾紙過濾，除去__脂溶性沉淀層__，于分液漏斗中靜置片刻后，分別出下層的__紅色透亮液體__。(4)透析：透析袋能使小分子自由進出，而將大分子物質(zhì)保留在袋內(nèi)。2．凝膠色譜操作(1)凝膠色譜柱的制作：打算材料→加工橡皮塞→安裝色譜柱。(2)凝膠色譜柱的裝填。(3)樣品的加入和洗脫。其基本過程是調(diào)整緩沖液面→加入蛋白質(zhì)樣品→調(diào)整緩沖液面→洗脫→收集分裝蛋白質(zhì)。至此，血紅蛋白即可得到粗分別。3．純度鑒定：在鑒定的方法中，運用最多的是__SDS－聚丙烯酰胺凝膠電泳__。五、操作提示1．紅細胞的洗滌：__洗滌次數(shù)__、__離心速度__與__離心時間__非常重要。洗滌次數(shù)過少，無法除去__血漿蛋白__；離心速度__過高__和時間__過長__會使__白細胞__等一同沉淀，達不到分別效果。2．色譜柱填料的處理：商品凝膠運用前需干脆放在__洗脫液__中膨脹，可以將加入其中的濕凝膠用__沸水浴加熱__，加速膨脹。3．凝膠色譜柱的裝填：在裝填凝膠柱時，不能有__氣泡__存在。因其能攪亂洗脫液中蛋白質(zhì)的__洗脫次序__，降低分別效果。4．蛋白質(zhì)的分別：假如__紅色區(qū)帶勻稱一樣地移動__，說明色譜柱制作勝利。思索紅細胞裂開后混合液中含有什么成分？提示：紅細胞裂開混合液中不僅含有血紅蛋白，而且還含有細胞裂開物、脂質(zhì)、甲苯等。┃┃活學(xué)巧練__■推斷題1．相對分子質(zhì)量較大的蛋白質(zhì)，無法進入凝膠內(nèi)部的通道，移動速度較慢。(×)分析：相對分子質(zhì)量較大的蛋白質(zhì)，無法進入凝膠內(nèi)部的通道，移動速度較快。2．在肯定范圍內(nèi)，緩沖溶液能夠抵制外界的酸和堿對溶液pH的影響，維持pH基本不變。(√)3．電泳法分別樣品只取決于蛋白質(zhì)的相對分子質(zhì)量大小。(×)分析：電泳利用了待分別樣品中各種分子帶電性質(zhì)的差異以及分子本身的大小、形態(tài)的不同，使帶電分子產(chǎn)生不同的遷移速度，從而實現(xiàn)樣品中各種分子的分別。4．紅細胞的洗滌是為了徹底除去雜蛋白，應(yīng)快速離心。(×)分析：紅細胞的洗滌目的是除去雜蛋白，離心的目的是使紅細胞沉淀，而雜蛋白等均在上清液中，應(yīng)低速緩慢離心，假如高速離心則會導(dǎo)致白細胞等一起沉淀，起不到分別的效果。5．純化蛋白質(zhì)的原理是依據(jù)不同蛋白質(zhì)之間以及蛋白質(zhì)與其他分子之間存在電荷差異進行的。(×)分析：純化蛋白質(zhì)的方法是凝膠色譜法，利用的是不同蛋白質(zhì)之間以及蛋白質(zhì)與其他分子之間存在分子大小的差異進行的。6．樣品處理和粗分別的目的都是除去相對分子質(zhì)量較小的雜質(zhì)。(×)分析：樣品處理的目的是除去相對分子質(zhì)量較大的雜質(zhì)。7．透析袋是一種選擇透過性膜。(√)8．SDS—聚丙烯酰胺凝膠電泳分別蛋白質(zhì)的依據(jù)是蛋白質(zhì)分子相對分子質(zhì)量和帶電性質(zhì)的差異。(×)分析：SDS—聚丙烯酰胺凝膠電泳是依據(jù)大多數(shù)蛋白質(zhì)都能與陰離子表面活性劑——十二烷基硫酸鈉(SDS)按重量比結(jié)合成復(fù)合物，使蛋白質(zhì)分子所帶的負(fù)電荷遠遠超過自然蛋白質(zhì)分子的電荷量，消退了不同蛋白質(zhì)間的電荷差別，使蛋白質(zhì)分子電泳遷移率完全取決于相對分子質(zhì)量的大小。新知解讀·互動探究學(xué)問點血紅蛋白提取和分別的方法┃┃要點歸納__■1．依據(jù)蛋白質(zhì)的特性的差異蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)(如形態(tài)、大小、電荷性質(zhì)和多少、溶解度、吸附性質(zhì)、親和力等)千差萬別，由此可提取和分別各種蛋白質(zhì)。2．蛋白質(zhì)的分別方法：凝膠色譜法(1)概念：凝膠色譜法也稱做安排色譜法，是依據(jù)相對分子質(zhì)量大小分別蛋白質(zhì)的有效方法。(2)原理：大多數(shù)凝膠由糖類化合物構(gòu)成的小球體，內(nèi)部有很多貫穿的通道，當(dāng)不同的蛋白質(zhì)通過凝膠時，相對分子質(zhì)量較小的蛋白質(zhì)簡潔進入凝膠內(nèi)部的通道，路程較長，移動速度較慢；而相對分子量較大的蛋白質(zhì)無法進入凝膠內(nèi)部的通道，只能在凝膠外部移動，路程較短，移動速度較快。3．緩沖溶液(1)作用：在肯定范圍內(nèi)，緩沖溶液能夠抵制外界的酸和堿對溶液pH的影響，維持pH基本不變。(2)配制：通常由1～2種緩沖劑溶解于水中配制而成。調(diào)整緩沖劑的運用比例就可以制得在不同pH范圍內(nèi)運用的緩沖液。4．電泳(1)概念：帶電粒子在電場的作用下發(fā)生遷移的過程。(2)原理：很多重要的生物大分子，如多肽、核酸等都具有可解離的基團，在肯定pH下，這些基團會帶上正電或負(fù)電。在電場的作用下，這些帶電分子會向著與其所帶電荷相反的電極移動。電泳利用了待分別樣品中各種分子帶電性質(zhì)的差異以及分子本身的大小、形態(tài)的不同，使帶電分子產(chǎn)生不同的遷移速度，從而實現(xiàn)樣品中各種分子的分別。┃┃典例評析__■典例1分別不同種類的蛋白質(zhì)依據(jù)的原理不包括(D)A．分子的形態(tài)和大小B．所帶電荷的性質(zhì)和多少、吸附性質(zhì)C．對其他分子的親和力D．蛋白質(zhì)分子的組成元素[解析]分別不同種類的蛋白質(zhì)依據(jù)的原理包括分子的形態(tài)和大小、所帶電荷的性質(zhì)和多少、吸附性質(zhì)、對其他分子的親和力和蛋白質(zhì)分子的溶解度等。蛋白質(zhì)分子的組成元素不是分別不同蛋白質(zhì)的依據(jù)。┃┃變式訓(xùn)練__■1．利用凝膠色譜法，什么樣的蛋白質(zhì)先洗脫出來(A)A．相對分子質(zhì)量大的 B．溶解度高的C．相對分子質(zhì)量小的 D．所帶電荷多的[解析]凝膠色譜法是依據(jù)相對分子質(zhì)量的大小分別蛋白質(zhì)的有效方法。相對分子質(zhì)量較小的蛋白質(zhì)能進入凝膠內(nèi)部通道，路程較長，移動速度較慢；相對分子質(zhì)量大的蛋白質(zhì)，路程較短，移動速度較快，首先洗脫出來。學(xué)問點提取和分別血紅蛋白的試驗操作┃┃要點歸納__■蛋白質(zhì)的提取和分別一般分為四步：樣品處理、粗分別、純化和純度鑒定。1．樣品處理的過程紅細胞洗滌eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(目的：去除雜蛋白,方法：低速短時間離心))↓eq\a\vs4\al\co1(血紅蛋白,釋放)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(將洗滌好的紅細胞倒入燒杯中，加蒸餾,水到原血液的體積，再加40%體積的甲苯,置于磁力攪拌器上充分?jǐn)嚢?0min))↓eq\a\vs4\al\co1(分別血紅,蛋白溶液)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(第一層：無色透亮的甲苯層,其次層：脂溶性物質(zhì)的沉淀層，白色薄層固體,第三層：血紅蛋白的水溶液，紅色透亮,第四層：其他雜質(zhì)的暗紅色沉淀物。))↓eq\a\vs4\al\co1(透析)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(取1mL的血紅蛋白溶液裝入透析袋中，將透析,袋放入盛有300mL的物質(zhì)的量濃度為20mmol/L,的磷酸緩沖液中pH為7.0，透析12h。))2．凝膠色譜操作的主要步驟eq\a\vs4\al\co1(凝,膠,色,譜,操,作)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(\a\vs4\al(凝膠色譜,柱的裝填)\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(\a\vs4\al(用蒸餾水溶脹凝膠→勻稱裝填入色譜柱→在約50cm,高的操作壓下用300mL濃度為20mmol/L的磷酸緩沖,液充分洗滌平衡凝膠12h，使凝膠裝填緊密))),,,\a\vs4\al(樣品的加,入和洗脫)\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(\a\vs4\al(打開流出口：使緩沖液與凝膠面平齊，關(guān)閉出口,↓,用吸管將1mL樣品加到色譜柱頂端，打開出口，,使樣品滲入凝膠床內(nèi)后，關(guān)閉出口,↓,當(dāng)心加入物質(zhì)的量濃度為20mmol/L的磷酸緩沖液到適當(dāng),高度后，連接緩沖液洗脫瓶，打開下端出口，起先洗脫,↓,待紅色的蛋白質(zhì)接近色譜柱底端時，用試管收集流出液，,每5mL收集一管，連續(xù)收集)))))3．純度鑒定——SDS－聚丙烯酰胺凝膠電泳推斷純化的蛋白質(zhì)是否達到要求，須要進行蛋白質(zhì)純度的鑒定。鑒定的方法中，運用最多的是SDS－聚丙烯酰胺凝膠電泳。4．結(jié)果分析與評價項目分析血液樣品的處理①分層明顯→樣品處理完成eq\a\vs4\al(②分層不明顯的緣由)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(洗滌次數(shù)少，未能除去血漿蛋白,離心速度過高或時間過長))凝膠色譜柱的裝填①放一支與凝膠柱垂直的日光燈→干脆檢查凝膠是否裝填得勻稱②加入大分子有色物質(zhì)如藍色葡聚糖－2000或紅色葡聚糖，若色帶勻稱、狹窄、平整→裝填勝利血紅蛋白的分別①血紅蛋白的紅色區(qū)帶勻稱、狹窄、平整，隨洗脫液緩慢流出→分別勝利②血紅蛋白的紅色區(qū)帶歪曲、散亂、變寬→分別效果不好，可能與凝膠色譜柱的裝填有關(guān)┃┃典例評析__■典例2蛋白質(zhì)提取和分別分為哪幾步(C)A．樣品處理、凝膠色譜操作、SDS—聚丙烯酰胺凝膠電泳B．樣品處理、凝膠色譜操作、純化C．樣品處理、粗分別、純化、純度鑒定D．樣品處理、純化、粗分別、純度鑒定[解析]蛋白質(zhì)的提取和分別分為樣品處理、粗分別、純化、純度鑒定四步。A中凝膠色譜操作及SDS—聚丙烯酰胺凝膠電泳為試驗操作過程中的技術(shù)。┃┃變式訓(xùn)練__■2．相對分子質(zhì)量不同的蛋白質(zhì)在凝膠中的行進過程，可表示為下圖中哪一個(B)[解析]本題考查對凝膠色譜法分別蛋白質(zhì)原理的理解，蛋白質(zhì)相對分子質(zhì)量越大，越簡潔通過凝膠間隙而先被洗脫，蛋白質(zhì)相對分子質(zhì)量越小則易進入凝膠內(nèi)部而后被洗脫。指引迷津·撥云見日聚丙烯酰胺凝膠電泳和瓊脂糖凝膠電泳的區(qū)分1．聚丙烯酰胺凝膠電泳(1)凝膠的格子是帶有酰胺側(cè)鏈的碳一碳聚合物，沒有或很少帶有離子的側(cè)基，因而電泳作用比較小，不易和樣品相互作用。(2)由于聚丙烯酰胺凝膠是一種人工合成的物質(zhì)，在聚合前可調(diào)整單體的濃度比，形成不同程度的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，其空隙度可在一個較廣的范圍內(nèi)改變，可以依據(jù)需分別物質(zhì)的分子大小，選擇合適的凝膠成分，使之既有相宜的空隙度，又有比較好的機械性能。(3)在肯定濃度范圍內(nèi)聚丙烯酰胺對熱穩(wěn)定。凝膠無色透亮，易視察，可用檢測儀干脆測定。(4)聚丙烯酰胺是比較純的化合物，可以精制，削減污染。2.瓊脂糖凝膠電泳(1)瓊脂糖凝膠電泳操作簡潔，電泳速度快，樣品不需事先處理。(2)瓊脂糖凝膠結(jié)構(gòu)勻稱，含水量大，近似自由電泳，樣品擴散較自由，電流對樣品吸附極微，因此電泳圖譜清晰，辨別率高，重復(fù)性好。(3)瓊脂糖透亮，無紫外汲取，電泳過程和結(jié)果可干脆用紫外燈檢測及定量測定。(4)電泳后區(qū)帶易染色，樣品極易洗脫，便于定量測定。制成干膜可長期保存。典例3下列關(guān)于電泳的說法，正確的是(B)A．電泳是指不帶電的分子在電場的作用下發(fā)生遷移的過程B．電泳的過程要在肯定的pH下，所以肯定要運用緩沖液C．葡聚糖凝膠電泳和聚丙烯酰胺凝膠電泳是兩種常用的電泳方法D．聚丙烯酰胺凝膠電泳中，溶液中加入SDS，電泳的遷移率主要取決于分子所帶電荷的多少和分子相對分子質(zhì)量的大小[解析]電泳的過程實質(zhì)上是帶電粒子在電場的作用下發(fā)生遷移的過程，A項錯誤；最常用的電泳方法是瓊脂糖凝膠電泳和聚丙烯酰胺凝膠電泳，C項錯誤；聚丙烯酰胺凝膠電泳的過程中，為了消退電荷對遷移率的影響，可在凝膠中加入SDS，SDS可以與各種蛋白質(zhì)形成蛋白質(zhì)—SDS復(fù)合物，SDS所帶負(fù)電荷的量遠遠超過蛋白質(zhì)分子原有的電荷量，因而掩蓋了不同種蛋白質(zhì)之間的電荷差別，使電泳遷移率完全取決于分子的大小，D項錯誤；電泳過程要在肯定的pH條件下進行，所以要在溶液中加入緩沖液，以維持溶液pH的穩(wěn)定，B項正確。核心素養(yǎng)·技能培優(yōu)案例以下關(guān)于豬血紅蛋白提純的描述，不正確的是(D)A．洗滌紅細胞時，運用生理鹽水可防止紅細胞裂開B．豬成熟紅細胞中缺少細胞器和細胞核，提純時雜蛋白較少C．血紅蛋白的顏色可用于凝膠色譜法分別過程的監(jiān)測D．在凝膠色譜法分別過程中，血紅蛋白比相對分子質(zhì)量較小的雜蛋白移動慢[思維過程]A項，思索生理鹽水的作用；B項，思索選用豬成熟紅細胞的目的；C項，如何監(jiān)測凝膠色譜法的分別過程；D項，分別過程中，明確相對分子質(zhì)量的大小與移動速度的關(guān)系。