潘血紅蛋白的提取和分離

本課題學(xué)習(xí)目標(biāo)

簡述蛋白質(zhì)提取和分離的基本原理，并了解凝膠色譜法、電泳法等分離生物大分子的基本原理。1、主要概念：①凝膠色譜法②電泳法③緩沖溶液④它們在血紅蛋白的提取中分別起到什么作用？2.主要原理：①凝膠色譜法分離蛋白質(zhì)的原理②電泳法分離樣品的原理③緩沖溶液的組成和作用機(jī)理3、課題重點：凝膠色譜法的原理和方法

4、課題難點：①樣品的預(yù)處理②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：基礎(chǔ)知識

1.分子的形狀、大小2.電荷性質(zhì)和多少3.溶解度4.吸附性質(zhì)5.對其他分子親和力

基礎(chǔ)知識（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)被分離的蛋白質(zhì)相對分子質(zhì)量的大小，利用具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠的分子篩作用，來進(jìn)行分離。1.概念：3.凝膠色譜法的原理相對分子質(zhì)量較大的分子經(jīng)過路程短，流動快；相對分子質(zhì)量較小的分子經(jīng)過路程長，流動慢。4.具體過程洗脫：從色譜柱上端不斷注入緩沖液，促使蛋白質(zhì)分子的差速流動。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

凝膠色譜法分離蛋白質(zhì)過程的動畫演示

（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溶液pH值的影響，維持pH基本不變。2.作用:3.緩沖溶液的配制:

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)使用的緩沖液。

4.提問：在本課題中使用的緩沖液是:__________,其目的是:磷酸緩沖液

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)思考：說出人體血液中緩沖液

NaH2PO4/Na2HPO4H2CO3/NaHCO3

（三）電泳：1.概念：帶電粒子在電場作用下發(fā)生遷移的過程。2.原理：

電泳利用了待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，從而實現(xiàn)樣品中各種分子的分離。3.常用類型:瓊脂糖凝膠電泳、聚丙稀酰胺凝膠電泳4.影響蛋白質(zhì)分子運動速度的因素:

決定運動方向決定運動速率電荷性質(zhì)電荷量分子形狀分子大小√√√√SDS——聚丙稀酰胺凝膠電泳(十二烷基磺酸鈉)

在測定蛋白質(zhì)分子量時通常用SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳，使用時可選用一組已知分子量的標(biāo)準(zhǔn)蛋白同時進(jìn)行電泳做對照，根據(jù)兩者的電泳區(qū)帶位置，利用相關(guān)計算公式算出相對分子量。

SDS帶負(fù)電荷多的，因而掩蓋了不同種蛋白質(zhì)間的電荷的差別，使蛋白質(zhì)遷移速率僅取決于分子大小。

蛋白質(zhì)的提取和分離一般分為四步：（1）樣品處理：包括洗滌紅細(xì)胞；血紅蛋白稀釋；離心等操作收集到的血紅蛋白溶液。（2）粗分離：透析除去分子較小的雜質(zhì)。（3）純化：通過凝膠色譜法將分子量較大的雜質(zhì)蛋白質(zhì)除去。（4）純度鑒定：通過聚丙烯酰胺凝膠電泳鑒定。二、實驗操作樣品處理粗分離純化純度鑒定

血液組成成分

1.洗滌紅細(xì)胞

2.釋放血紅蛋白

3.分離血紅蛋白

4.透析血紅蛋白二、實驗操作血液血漿水分其他物質(zhì)：血漿蛋白、無機(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（除水，90％）兩個α－肽鏈兩個β一肽鏈四個亞鐵紅素基團(tuán)2.血液有哪些成分？1.用雞的紅細(xì)胞提取DNA，用哺乳動物的紅細(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的提取；人的紅細(xì)胞無細(xì)胞核，結(jié)構(gòu)簡單，血紅蛋白含量豐富，便于提取血紅蛋白。血紅蛋白※知識回顧血紅蛋白兩個α－肽鏈兩個β一肽鏈四個亞鐵紅素基團(tuán)每個肽鏈環(huán)繞一個亞鐵血紅素基團(tuán)，此基團(tuán)可攜帶一分子氧或一分子二氧化碳，血紅蛋白因含有血紅素而呈紅色。血紅蛋白的特點：返回1、紅細(xì)胞的洗滌閱讀思考：洗滌的目的是什么？（P67）

洗滌的方法是什么？洗滌過程：血液100mL低速離心2min紅細(xì)胞血漿紅細(xì)胞緩慢攪拌10min重復(fù)洗滌3次，直至上清液沒有黃色3g檸檬酸鈉吸出血漿5倍體積生理鹽水洗滌干凈的標(biāo)志是什么？初次離心后的結(jié)果3次洗滌后的結(jié)果返回2、血紅蛋白的釋放閱讀思考：釋放血紅蛋白過程中，在洗滌好的紅細(xì)胞加入了哪些物質(zhì)？為了加速釋放過程，采取了什么措施？目的分析：①蒸餾水的作用是______________________________。②加入甲苯的作用是____________________________。③充分?jǐn)嚢璧哪康氖莀___________________________。使紅細(xì)胞大量吸水脹裂溶解紅細(xì)胞的細(xì)胞膜加速紅細(xì)胞的破裂磁力攪拌器3、分離血紅蛋白溶液①過程：將攪拌好混合液轉(zhuǎn)移到離心管內(nèi)，以2000r/min的速度離心10min。②試管中溶液層次：第1層（最上層）：甲苯層（無色透明）；第2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）。③分離：用濾紙過濾，除去脂溶性沉淀層，于分液漏斗中靜置片刻后，分出下層的紅色透明液體。紅細(xì)胞混合液高速離心10min濾紙過濾燒杯離心管分離過程甲苯層（無色透明）白色薄層固體紅色透明液體雜質(zhì)沉淀層（暗紅色）試管中溶液層次返回記住樣品處理中的血紅蛋白溶液離心后分層順序自上而下是：有機(jī)溶劑-----脂類物質(zhì)-----血紅蛋白溶液------紅細(xì)胞破碎物沉淀4、透析

①過程：取1mL的血紅蛋白溶液裝入透析袋中，將透析袋放入盛有300mL的物質(zhì)的量濃度為20mmol/L的磷酸緩沖液中（pH為7.0），透析12小時。②透析目的：除去樣品中分子量較小的雜質(zhì)。原理：透析袋能使小分子自由進(jìn)出，而大分子保留在袋內(nèi)。20mmol/L磷酸緩沖液1mL1mL1mL利用透析袋透析返回純化－－凝膠色譜操作1.凝膠色譜柱的制作2.凝膠色譜柱的裝填教材圖5－193.樣品的加入和洗脫凝膠色譜操作:1、凝膠色譜柱的制作

①取長40厘米，內(nèi)徑1.6厘米的玻璃管，兩端需用砂紙磨平。②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：底塞中插入的玻璃管的上部不得超出橡皮塞的凹穴底面，否則難以鋪實尼龍網(wǎng)，還會導(dǎo)致液體殘留，蛋白質(zhì)分離不徹底。③頂塞的制作：打孔→安裝玻璃管。④組裝：將上述三者按相應(yīng)位置組裝成一個整體。⑤安裝其他附屬結(jié)構(gòu)。2、凝膠色譜柱的裝填①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，膨脹程度及分離范圍。75表示凝膠的得水值，即每克凝膠膨脹時吸水7.5克。

②凝膠的前處理：配置凝膠懸浮液：計算并稱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。

③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的裝填入色譜柱內(nèi)，裝填時輕輕敲動色譜柱，使凝膠填裝均勻。注意：1、凝膠裝填時盡量緊密，以降低凝膠顆粒之間的空隙。2、裝填凝膠柱時不得有氣泡存在：因為氣泡會攪亂洗脫液中蛋白質(zhì)的洗脫次序，降低分離效果。裝配好的凝膠柱

④洗滌平衡：裝填完畢后，立即用緩沖液洗脫瓶，在50cm高的操作壓下，用300mL的20mmol/L的磷酸緩沖液（pH為7.0）充分洗滌平衡12小時。注意：1、液面不要低于凝膠表面，否則可能有氣泡混入，影響液體在柱內(nèi)的流動與最終生物大分子物質(zhì)的分離效果。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

①調(diào)節(jié)緩沖液面：打開下端出口，使柱內(nèi)緩沖液緩慢下降到與凝膠面平齊，關(guān)閉出口。

②滴加透析樣品：吸管吸1mL樣品加到色譜柱的頂端，滴加樣品時，吸管管口貼著管壁環(huán)繞移動加樣，同時注意不要破壞凝膠面。

③樣品滲入凝膠床：加樣后打開下端出口，使樣品滲入凝膠床內(nèi)，等樣品完全進(jìn)入凝膠層后，關(guān)閉下端出口。

④洗脫：小心加入pH=7.0的20mmol/L的磷酸緩沖液到適當(dāng)高度，連接緩沖液洗脫瓶，打開下端出口進(jìn)行洗脫。

⑤收集：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收集一試管，連續(xù)收集。（在分離過程中，如果紅色區(qū)帶均勻一致的移動，說明色譜柱制作成功）

⑥注意：正確的加樣操作：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。①調(diào)節(jié)緩沖液面：打開下端出口，使柱內(nèi)緩沖液緩慢下降到與凝膠面平齊，關(guān)閉出口。

②滴加透析樣品：吸管吸1mL樣品加到色譜柱的頂端，滴加樣品時，吸管管口貼著管壁環(huán)繞移動加樣，同時注意不要破壞凝膠面。

③樣品滲入凝膠床：加樣后打開下端出口，使樣品滲入凝膠床內(nèi)，等樣品完全進(jìn)入凝膠層后，關(guān)閉下端出口。④洗脫：小心加入pH=7.0的20mmol/L的磷酸緩沖液到適當(dāng)高度，連接緩沖液洗脫瓶，打開下端出口進(jìn)行洗脫。

⑤收集：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收集一試管，連續(xù)收集。（在分離過程中，如果紅色區(qū)帶均勻一致的移動，說明色譜柱制作成功）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。收集得到的純化后的蛋白注意事項1.紅細(xì)胞的洗滌：洗滌次數(shù)不能過少；低速、短時離心。2.凝膠的預(yù)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(biāo)志：紅色區(qū)帶均勻一致地移動。思考下面的問題：

1、在血紅蛋白的整個過程中不斷用磷酸緩沖液處理的目的是什么？

2、與其他真核細(xì)胞相比，紅細(xì)胞有什么特點？這一特點對你進(jìn)行蛋白質(zhì)得分離有什么意義？

血紅蛋白是有色蛋白，因此在凝膠色譜分離時可以通過觀察顏色來判斷什么時候應(yīng)該收集洗脫液。這使血紅蛋白的分離過程非常直觀，大大簡化了實驗操作。3、你能描述血紅蛋白分離的完整過程嗎？

血紅蛋白提取和分離的程序可分為四大步，包括：樣品處理、粗分離、純化和純度鑒定。首先通過洗滌紅細(xì)胞、血紅蛋白的釋放、離心等操作收集到血紅蛋白溶液，即:樣品的處理；再經(jīng)過透析去除分子量較小的雜質(zhì)，即樣品的粗分離；然后通過凝膠色譜法將相對分子質(zhì)量較大的雜質(zhì)蛋白除去，即:樣品的純化；最后經(jīng)聚丙烯酰胺凝膠電泳進(jìn)行純度鑒定。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。3、你能描述血紅蛋白分離的完整過程嗎？

觀察你處理的血液樣品離心后是否分層（見教科書圖5-18），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，離心速度過高和時間過長，會使白細(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、實驗結(jié)果分析與評價

1、你是否完成了對血液樣品的處理？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？

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。此外，還可以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，觀察色帶移動的情況。如果色帶均勻、狹窄、平整，說明