课题3血红蛋白的提取和分离

课题课题3 血红蛋白的提取和分离血红蛋白的提取和分离专题专题5 DNA和蛋白质技术和蛋白质技术2003年年4月月14日宣布人类基因组序列图完成日宣布人类基因组序列图完成这标志着进入了后基因组时代。这标志着进入了后基因组时代。人类基因组：指人类基因组：指DNA分子所携带的全部分子所携带的全部遗传信息。遗传信息。蛋白质组：生物个体表达的蛋白质分子的蛋白质组：生物个体表达的蛋白质分子的总和。主要是对蛋白质功能的研究总和。主要是对蛋白质功能的研究n n 新华网首尔月日电（记者新华网首尔月日电（记者 干玉兰）韩国浦项工干玉兰）韩国浦项工业大学科学家日宣布，他们已查明可抑制艾滋病病毒感业大学科学家日宣布，他们已查明可抑制艾滋病病毒感染的染的“”蛋白质核心部分的结构。蛋白质核心部分的结构。n 浦项工业大学生物科学系教授吴秉夏等人，当天公开了浦项工业大学生物科学系教授吴秉夏等人，当天公开了“”蛋白质内核心部分蛋白质内核心部分“”的三维分子结构，并称已弄清楚这一结构的正确位置及它与的三维分子结构，并称已弄清楚这一结构的正确位置及它与其他结构之间的相互作用。研究成果发表在最新一期其他结构之间的相互作用。研究成果发表在最新一期分子分子细胞细胞杂志上。杂志上。n 2年英国年英国自然自然杂志曾刊登论文说，杂志曾刊登论文说，“”蛋白质可有效抑制艾滋病病毒的感染。此后，世界各蛋白质可有效抑制艾滋病病毒的感染。此后，世界各地的很多科学家开始研究地的很多科学家开始研究“”蛋白质的结构，但蛋白质的结构，但到目前为止尚未有人宣称取得突破性进展。到目前为止尚未有人宣称取得突破性进展。我国对蛋白质的现阶段研究n n 我国独立主持国际我国独立主持国际“人类肝脏蛋白质组人类肝脏蛋白质组计划计划”，参加国际人类蛋白质组研究计划中的，参加国际人类蛋白质组研究计划中的“大规模抗体制备大规模抗体制备”项目项目n 思考思考1 分离生物大分子的基本思路是什么？分离生物大分子的基本思路是什么？选用一定的物理或化学的方法分离具有选用一定的物理或化学的方法分离具有不同物理或化学性质的生物大分子。不同物理或化学性质的生物大分子。思考思考2 蛋白质的分离和提取的原理是什么？蛋白质的分离和提取的原理是什么？根据蛋白质各种特性的差异，如分子的根据蛋白质各种特性的差异，如分子的形状和大小、所带电荷的性质和多少、形状和大小、所带电荷的性质和多少、溶解度和吸附的性质和对其他分子的亲溶解度和吸附的性质和对其他分子的亲和力等等，可以用来分离不同蛋白质。和力等等，可以用来分离不同蛋白质。思考思考3 高温灭菌和酒精灭菌分别利用蛋白质高温灭菌和酒精灭菌分别利用蛋白质的何种作用，作用结果是什么被破坏？的何种作用，作用结果是什么被破坏？变性、变性、空间结构变性、变性、空间结构思考思考4 人们用鸡的红细胞提取人们用鸡的红细胞提取DNA，用人，用人 的红细胞提取血红蛋白的原因是什么？的红细胞提取血红蛋白的原因是什么？鸡的红细胞具有细胞核，含有鸡的红细胞具有细胞核，含有DNA，便，便于进行于进行DNA的提取，人的红细胞无细胞的提取，人的红细胞无细胞核，结构简单，血红蛋白含量丰富便于核，结构简单，血红蛋白含量丰富便于提取血红蛋白。提取血红蛋白。一、基础知识：一、基础知识：凝胶色谱法（分配色谱法）：凝胶色谱法（分配色谱法）：1、凝胶：、凝胶：一些微小多孔的球体（内含许多贯穿的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，通道，由多糖类构成如葡聚糖、琼脂糖，具多孔的凝胶就叫分子筛）具多孔的凝胶就叫分子筛）2、概念：、概念：根据被根据被分离物质的蛋白质相对分离物质的蛋白质相对分子质量的大小分子质量的大小，利用具有网状结构的凝，利用具有网状结构的凝胶的分子筛作用，来进行分离。胶的分子筛作用，来进行分离。3、原理：、原理：当不同的蛋白质通过凝胶时，相当不同的蛋白质通过凝胶时，相对（对（）的蛋白质容易进入）的蛋白质容易进入凝胶内部的通道，路程（凝胶内部的通道，路程（），移动速），移动速度（度（），而（），而（）的蛋白）的蛋白质无法进入凝胶内部的通道，只能在质无法进入凝胶内部的通道，只能在（）移动，路程（）移动，路程（），移动速），移动速度（度（），相对分子质量不同的蛋白质因），相对分子质量不同的蛋白质因此得以分离。此得以分离。4、具体过程、具体过程相对分子质量较小相对分子质量较小较长较长较慢较慢相对分子质量较大相对分子质量较大凝胶外部凝胶外部较短较短较快较快凝胶色谱法分离蛋白质的原理凝胶色谱法分离蛋白质的原理 1、概念：在一定的范围内，能对抗外、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。有缓冲作用的溶液叫做缓冲溶液。缓冲溶液：缓冲溶液：2、作用：、作用：能够抵制（能够抵制（）的对溶液）的对溶液的（的（）的影响，维持）的影响，维持PH基本不变。基本不变。外界的酸或碱外界的酸或碱PH值值 3、缓冲溶液的配制、缓冲溶液的配制 通常由（通常由（）种缓冲剂溶解于水）种缓冲剂溶解于水中配制而成。调节缓冲剂的（中配制而成。调节缓冲剂的（）就可以制得（就可以制得（）使用的）使用的缓冲液。缓冲液。12使用比例使用比例在不同在不同PH范围内范围内 思考：说出人体血液中缓冲液。思考：说出人体血液中缓冲液。NaH2PO4 /Na2HPO4H2CO3 /NaHCO3电泳：电泳：1、概念：指带电粒子在电场作用下发、概念：指带电粒子在电场作用下发生迁移的过程。生迁移的过程。在血红蛋白整个实验室中用的缓冲在血红蛋白整个实验室中用的缓冲液是液是磷酸缓冲液磷酸缓冲液，目的是利用缓冲液模，目的是利用缓冲液模拟细胞内的拟细胞内的PHPH环境，保证血红蛋白的正环境，保证血红蛋白的正常结构和功能，便于观察（红色）和材常结构和功能，便于观察（红色）和材料的科学研究（活性）料的科学研究（活性）2、原理：许多重要的生物大分子，如、原理：许多重要的生物大分子，如（）等都具有）等都具有()在在()下下，这些基团会带上，这些基团会带上（）。在电场的作用下，这些带。在电场的作用下，这些带电分子会向着与其（电分子会向着与其（）移动。电泳利用了待分离样品中各种分子移动。电泳利用了待分离样品中各种分子（）以及分子本身）以及分子本身（）、（）、（）的）的不同使带电分子不同使带电分子产生不同的（产生不同的（），从而实现样），从而实现样品中各种分子的分离。品中各种分子的分离。多肽、核酸多肽、核酸可解离的基团可解离的基团正电或负电正电或负电所带电荷相反的电极所带电荷相反的电极带电性质的差异带电性质的差异大小大小形状形状迁移速度迁移速度一定的一定的PH分类：分类：琼脂糖凝胶电泳琼脂糖凝胶电泳和和聚丙稀酰胺凝胶电泳。聚丙稀酰胺凝胶电泳。测定（测定（）通）通常用十二烷基硫酸钠（常用十二烷基硫酸钠（SDS）聚丙稀聚丙稀酰胺凝胶电泳酰胺凝胶电泳蛋白质相对分子质量蛋白质相对分子质量为了消除静电荷对迁移率的影响可以在凝胶为了消除静电荷对迁移率的影响可以在凝胶中加入中加入()。SDS能使蛋白质发生完全变性。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由几条肽链组成的蛋白质复合体在SDS的作用的作用下会解聚成单条肽链，下会解聚成单条肽链，因此测定的结果只是因此测定的结果只是()。SDS能与各种蛋白质能与各种蛋白质形成蛋白质形成蛋白质SDS复合物，复合物，SDS所所带带负电荷负电荷的的量大大超过了蛋白质分子原有电荷量。量大大超过了蛋白质分子原有电荷量。因而因而掩盖了不同种蛋白质间的电荷差别，使电泳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迁移率完全取决于()。蛋白质在聚丙烯酰胺凝胶中的迁移率取决于蛋白质在聚丙烯酰胺凝胶中的迁移率取决于它所带静电荷的多少以及分子的大小等因素。它所带静电荷的多少以及分子的大小等因素。SDS单条肽链的分子量单条肽链的分子量分子的大小分子的大小聚丙烯酰胺凝胶电泳对分离大分子具有聚丙烯酰胺凝胶电泳对分离大分子具有较高的分辨率，但核酸比蛋白质分子大较高的分辨率，但核酸比蛋白质分子大得多，只能采用较大孔径的琼脂糖凝胶得多，只能采用较大孔径的琼脂糖凝胶电泳。核酸分子本身含有大量的磷酸根，电泳。核酸分子本身含有大量的磷酸根，核酸带负电荷核酸带负电荷，在电场中向正极移动。，在电场中向正极移动。溴化乙啶荧光染料对核酸染色在紫外线溴化乙啶荧光染料对核酸染色在紫外线的照射下，发出橙红色荧光。根据荧光的照射下，发出橙红色荧光。根据荧光条带的粗细和分布的位置，可以对其鉴条带的粗细和分布的位置，可以对其鉴定。定。说明：说明：电泳检测结果电泳检测结果（四）血红蛋白（四）血红蛋白n在红细胞的组成中，在红细胞的组成中，约约90%是血红蛋白。是血红蛋白。它由它由四个肽链四个肽链组成，组成，包括两个包括两个肽链和肽链和两个两个肽链。每条肽链。每条肽链环绕一个肽链环绕一个亚铁血亚铁血红素红素基团，可携带基团，可携带一一分子氧或一分子二氧分子氧或一分子二氧化碳化碳。血红蛋白因含。血红蛋白因含血红血红素而呈现红色。素而呈现红色。二、实验操作二、实验操作n蛋白质的提取和分离一般分为四步：蛋白质的提取和分离一般分为四步：n（1）样品处理：包括洗涤红细胞；血红蛋）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白稀释；离心等操作收集到的血红蛋白溶液。液。n（2）粗分离：透析除去分子较小的杂质。）粗分离：透析除去分子较小的杂质。n（3）纯化：通过凝胶色谱法将分子量较大）纯化：通过凝胶色谱法将分子量较大的杂质蛋白质除去。的杂质蛋白质除去。n（4）纯度鉴定：通过聚丙烯酰胺凝胶电泳）纯度鉴定：通过聚丙烯酰胺凝胶电泳鉴定。鉴定。二二 实验操作实验操作蛋白质的提取和分离一般分为四步：蛋白质的提取和分离一般分为四步：1.样品处理样品处理血血液液血浆血浆水分水分固体物质固体物质血浆蛋白血浆蛋白无机盐无机盐磷脂磷脂葡萄糖等葡萄糖等血细胞血细胞白细胞白细胞血小板血小板红细胞红细胞（最多）（最多）血红血红蛋白蛋白（）两个两个a a肽链肽链两个两个一肽链肽链样品处理样品处理粗分离粗分离纯化纯化纯度鉴定纯度鉴定共四条肽链共四条肽链90（一）样品处理（一）样品处理n1、红细胞的洗涤：、红细胞的洗涤：n目的是去除杂蛋白。要加入柠檬酸钠防止血液凝目的是去除杂蛋白。要加入柠檬酸钠防止血液凝固；离心将血液分层，用胶头吸管吸出黄色血浆；固；离心将血液分层，用胶头吸管吸出黄色血浆；用生理盐水洗涤。用生理盐水洗涤。n2、血红蛋白的释放：、血红蛋白的释放：n在蒸馏水和甲苯作用下，红细胞破裂释放在蒸馏水和甲苯作用下，红细胞破裂释放n3、分离血红蛋白溶液：、分离血红蛋白溶液：n离心分层；滤纸过滤去除脂溶性沉淀层；分液漏离心分层；滤纸过滤去除脂溶性沉淀层；分液漏斗分出红色透明液体。斗分出红色透明液体。n4、透析：、透析：n装入透析袋并置于磷酸缓冲液中（装入透析袋并置于磷酸缓冲液中（PH为为7.0）透）透析。析。红细胞的洗涤红细胞的洗涤分离血红蛋白溶液分离血红蛋白溶液有机溶剂有机溶剂 无色透明的甲苯层无色透明的甲苯层脂类物质脂类物质 白色脂溶性物质沉淀白色脂溶性物质沉淀层层血红蛋白溶液血红蛋白溶液 红色透明液体红色透明液体红细胞破碎物沉淀红细胞破碎物沉淀 暗红色沉淀暗红色沉淀物物练习巩固1、随着人类跨入蛋白质组时代，对蛋、随着人类跨入蛋白质组时代，对蛋白质的研究和应用越来越深入，首先要白质的研究和应用越来越深入，首先要做的一步是做的一步是A 弄清各种蛋白质的空间结构弄清各种蛋白质的空间结构B 弄清各种蛋白质的功能弄清各种蛋白质的功能C 弄清各种蛋白质的合成过程弄清各种蛋白质的合成过程D 获得高纯度的蛋白质获得高纯度的蛋白质2、用凝胶色谱法分离蛋白质的过程中，、用凝胶色谱法分离蛋白质的过程中，关于蛋白质的叙述，正确的是关于蛋白质的叙述，正确的是A 相对分子质量较小的蛋白质行程大于相对分子质量较小的蛋白质行程大于相对分子质量较大的蛋白质相对分子质量较大的蛋白质B 相对分子质量较小的蛋白质行程小于相对分子质量较小的蛋白质行程小于相对分子质量较大的蛋白质相对分子质量较大的蛋白质C 相对分子质量较小的蛋白质行程等于相对分子质量较小的蛋白质行程等于相对分子质量较大的蛋白质相对分子质量较大的蛋白质D 二者根本无法比较二者根本无法比较3、使用、使用SDS-聚丙烯酰胺电泳过程中，不聚丙烯酰胺电泳过程中，不同蛋白质的电泳迁移率完全取决于同蛋白质的电泳迁移率完全取决于A 电荷的多少电荷的多少 B 分子的大小分子的大小C 肽链的多少肽链的多少 D 分子形状的差异分子形状的差异4、在采血容器中加入柠檬酸钠的目的是、在采血容器中加入柠檬酸钠的目的是A 调节调节pH B 维持红细胞的能量供应维持红细胞的能量供应C 防止微生物生长防止微生物生长 D 防止血液凝固防止血液凝固5、一分子血红蛋白最多可携带的、一分子血红蛋白最多可携带的 O2分子分子数和数和CO2分子数分别是分子数分别是A 4、2 B 4、4 C 2、1 D、1、16、记住样品处理中的血红蛋白溶液离心后、记住样品处理中的血红蛋白溶液离心后分层顺序分层顺序自上而下自上而下是：是：有有机溶剂机溶剂-脂脂类物质类物质-血血红蛋白溶液红蛋白溶液-红红细胞破碎物沉淀细胞破碎物沉淀