血红蛋白的提取和分离(经典)ppt课件.ppt
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1、(一)蛋白质,占细胞干重的50以上,细胞中含量最多的有机物,2、组成元素,C、H、O、N,一、基础知识,1、含量,3、相对分子质量,高分子化合物,4、基本组成单位,氨基酸,5、氨基酸通式,6、氨基酸连接方式,脱水缩合,写出氨基酸脱水缩合形成二肽示意图,氨基酸的结合方式,C,H,COOH,R1,C,H,NH2,COOH,R2,NH2,C,O,H,N,H,OH,氨基酸的结合方式,C,H,R1,NH2,OH,C,O,H2O,H,氨基酸的结合方式:,C,H,R1,NH2,C,O,H2O,二肽,肽键,脱水缩合,氨基酸的结合方式:脱水缩合,肽键,OH,H,二肽,H2O,H2O,氨基酸的结合方式:脱水缩合,
2、肽键,二肽,H2O,肽键,三肽,以此类推,由多个氨基酸分子缩合而成的含有多个肽键的化合物,叫多肽(链状)。肽链盘曲,折叠,形成有一定空间结构的蛋白质分子。,H2O,8、分子结构,7、肽键,10、生理功能,细胞和生物体的结构物质,是人体发育和组织更新的主要原料,具有运输、调节、免疫、催化等作用,是一切生命活动的主要承担者,氨基酸的种类不同;数目成百上千;排列顺序变化多端;多肽链的空间结构千差万别,9、蛋白质结构的多样性,氨基酸间脱水缩合时,原来的氨基和羧基就不存在了,形成的化合物即多肽的一端只有一个氨基,另一端只有一个羧基(不计R基上的氨基和羧基)。所以对于一条多肽链说,至少应有的氨基和羧基都是
3、一个,若有个n氨基酸分子缩和成m条肽链,则可形成 _个肽键,脱去_个水分子,至有氨基和 羧基各 _个,11、相关计算,n - m,n - m,m,蛋白质可以含有一条或n条肽链、肽链通过化学键(如二硫键)互相连接,具有不同的空间结构,关于蛋白质相对分子量的计算: n 个氨基酸形成m条肽链,每个氨基酸的平均相对质量为a,那么由此形成的蛋白质的相对分子量为_,n a - (n - m) 18,血红蛋白,思考1 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?,变性、变性、空间结构,思考2 人们用鸡的红细胞提取DNA,用人 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
4、有DNA,便于进行DNA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提取血红蛋白。,本课题学习目标,体验从复杂体系中提取生物大分子的基本过程和方法,并了解色谱法、电泳法等分离生物大分子的基本原理。1、主要概念:凝胶色谱法 电泳法 缓冲溶液 它们在血红蛋白的提取中分别起到什么作用。2、主要原理:凝胶色谱法分离蛋白质的原理 电泳法分离样品的原理 缓冲溶液的组成和作用机理3、课题重点:凝胶色谱法的原理和方法4、课题难点: 样品的处理 色谱柱填料的处理和色谱柱的装填。,1、凝胶色谱法 凝胶色谱法也称为分配色谱法,它是根据分子量的大小分离蛋白质的方法之一,又称分子筛层析 。 凝胶实际上是一
5、些微小的多孔球体,例如:浮石、琼脂、琼脂糖、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、葡聚糖凝胶等,一、基本概念及原理,原理:,当不同的蛋白质通过凝胶时,相对分子质量较小,相对分子质量较大,凝胶内部的通道,容易进入,无法进入凝胶内部的通道,只能在凝胶外部移动,路程较长移动速度较慢,路程较短移动速度较快,相对分子质量不同的蛋白质因此得以分离。,4.凝胶色谱法分离蛋白质的原理和具体过程,凝胶色谱法分离蛋白质过程的动画演示,二、缓冲溶液,在一定范围内,能够抵制 对溶液PH值的影响,维持PH 不变。,1.作用:,2.配制:,通常由 溶解于水中配制而成。调节缓冲剂 的就可以制得在 使用的缓冲液。,3.提问:在本课题中使用的
6、缓冲液是:_ ,其目的是:,利用缓冲液模拟细胞内的PH环境,保证 血红蛋白的正常结构和功能,便于观察(红色)和科 学研究(活性),磷酸缓冲液,外界的酸和碱,基本,12 种缓冲剂,使用比例,不同PH范围内,思考:说出人体血液中缓冲对。,NaH2PO4 / Na2HPO4,H2CO3 / NaHCO3,三、 电泳-血红蛋白的分离鉴定方法,1.概念:,带电粒子在 作用下发生 的过程。,2.原理:,许多重要的生物大分子,如多肽、核酸等都具有 的基团,在一定的PH下,这些基团会带上 或 。在电场的作用下,这些带电分子会向着的 的电极移动。电泳利用了待分离样品中各种分子 以及分子本身的 、 的不同,使带电
7、分子产生不同的 ,从而实现样品中各种分子的分离。,3.类型:,琼脂糖凝胶电泳、聚丙稀酰胺凝胶电泳。,电场,迁移,可解离,正电,负电,与其所带电荷相反,带电性质的差异,大小,形状,迁移速度,最常用的电泳支持介质是聚丙烯酰胺和琼脂糖凝胶。琼脂糖有一个相对较大的孔径,用来分离大分子例如核酸、大蛋白和蛋白复合物,聚丙烯酰胺形成孔径较小的胶,适合于分离大多数蛋白和小片段核酸。,聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE),在电场的作用下,这些带电分子会向着与其所带电荷相反的电极移动,琼脂糖凝胶电泳示意图,迷你双垂直电泳槽,等电聚焦多用电泳槽,卧式电泳槽,电泳槽,9,(1)、蛋白质在聚丙烯酰胺凝胶中的迁移率取决于 等因
8、素。,它所带静电荷的多少以及分子的大小,(2)、SDS能与各种蛋白质形成蛋白质-SDS复合物,SDS所带负电荷的量大大超过了蛋白质分子原有电荷量。因而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( )。,分子的大小,SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE),聚丙烯酰胺凝胶圆盘电泳示意图(A为正面,B为剖面)1:样品胶pH6.7 2:浓缩胶pH6.73:分离胶pH8.9 4:电极缓冲液pH8.3,10,琼脂糖凝胶电泳操作简单,电泳速度快,样品不需要事先处理;电泳后区带易染色,样品极易洗脱,便于定量测定。测定蛋白质的相对分子质量常用SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳,这是因为该方法分离蛋白质
9、完全取决于分子的大小,而非所带电荷的性质和分子的大小、形状。,【典例1】有关凝胶色谱法和电泳法的说法正确的是A.它们都是分离蛋白质的重要方法B.它们的原理相同C.使用凝胶色谱法需要使用缓冲溶液而电泳不需要D.以上说法都正确 【解题关键】解答本题的关键应明确以下两点:(1)凝胶色谱法的原理;(2)电泳法的原理。,A,二、实验步骤,蛋白质的提取和分离一般分为四步:,样品处理粗分离纯化纯度鉴定(电泳),实验操作,样品处理,(一)蛋白质提取和分离步骤,(二)操作过程,红细胞的洗涤,粗分离:,血红蛋白的释放,分离血红蛋白溶液,纯化:,纯度鉴定,透析去除样品中分子量较小的杂质,用凝胶色谱法除去相对分子质量
10、较大的杂质,SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳,2. 血液有哪些成分?,1. 用鸡的红细胞提取DNA,用哺乳动物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DNA,便于进行DNA的提取;人的红细胞无细胞核,结构简单,血红蛋白含量丰富,便于提取血红蛋白。,血红蛋白,每个肽链环绕一个亚铁血红素基团,此基团可携带一分子氧或一分子二氧化碳,血红蛋白因含有血红素而呈红色。,血红蛋白的特点:,采集得到血液(加入抗凝血剂柠檬酸钠),(1)红细胞的洗涤A、洗涤目的:B、分离时采用 离心,用 洗 涤,重复洗涤 ,直至 C、能否用蒸馏水代替生理盐水?,去除杂质血浆蛋白,以利于后续步骤的分离纯化,低速短时
11、间,五倍体积的生理盐水,三次,上清液不再呈现黄色,表明红细胞已洗涤干净,不能,生理盐水能保持红细胞的渗透压而不至于破裂,若红细胞提前破裂,使血红蛋白与杂质血浆蛋白混在一起,加大分离难度。,初次离心后的结果,3次洗涤后的结果,(2)释放血红蛋白,思考:释放血红蛋白过程中,在洗涤好的红细胞加入了哪些物质?为了加速释放过程,采取了什么措施? (使用磁力搅拌器充分搅拌),目的分析:蒸馏水的作用是_。加入甲苯的作用是_。充分搅拌的目的是_。,使红细胞大量吸水胀裂,溶解红细胞的细胞膜,加速红细胞的破裂,磁力搅拌器,搅拌器转子,搅拌器正在工作,(3)分离血红蛋白溶液:,用滤纸过滤,除去脂溶性沉淀层,于分液漏
12、斗中静置片刻后,分出下层的红色透明液体。,甲苯层(无色透明),白色薄层固体,红色透明液体,杂质沉淀层(暗红色),试管中溶液层次,柜式离心机,2.粗分离-透析(去除分子量较小的杂质),(1)用 方法进行粗分离,透析袋由半透膜制 成,常用 。将透析袋放入 溶液中进行透析。(2)透析的原理是(3)透析的目的是 。,透析,玻璃纸、肠衣、膀胱膜,透析袋能使小分子自由进出,而将大分子保留在袋内,去除样品中分子量较小的杂质,磷酸缓冲,透析过程动画演示,(1)凝胶色谱柱的制作,取长40厘米,内径1.6厘米的玻璃管,两端需用砂纸磨平。,底塞的制作: 打孔 挖出凹穴 安装移液管头部 覆盖尼龙网,再用100目尼龙纱
13、包好。,3、纯化(凝胶色谱)-去除相对分子量较大的杂质蛋白,凝胶色谱柱的制作,(2)凝胶色谱柱的装填,凝胶的选择:A、材料:交联葡聚糖凝胶(G-75)。 凝胶的前处理:配置凝胶悬浮液:计算并称取一定量的凝胶浸泡于蒸馏水或洗脱液中充分溶胀后,配成凝胶悬浮液。凝胶色谱柱的装填方法: A、固定:将色谱柱装置固定在支架上。 B、装填:将凝胶悬浮液一次性缓慢倒入色谱柱 内,装填时轻轻敲动色谱柱,使凝胶填装均匀。注意:1、凝胶装填时尽量紧密,以降低凝胶颗粒之间的空隙。 2、装填凝胶柱时不得有气泡存在:因为气泡会搅乱洗脱液中蛋白质的洗脱次序,降低分离效果。,教材P70:为什么凝胶的装填要紧密、均匀?,如果装
14、填不够紧密、均匀,就会在色谱柱内形成无效的空隙,使本该进入凝胶内部的样品分子从这些空隙中通过,搅乱洗脱液中蛋白质的洗脱次序,影响分离的效果。,思考,装配好的凝胶柱,(3)样品加入与洗脱,加样前,打开下端出口,使柱内凝胶面上的( )缓慢下降到与( )平齐,关闭出口,缓冲液,凝胶面,注意:正确的加样操作是:1、不要触及并破坏凝胶面。2、贴壁加样。3、使吸管管口沿管壁环绕移动。,加透析样品,立刻用磷酸缓冲液洗涤平衡12h,洗涤平衡,一次性缓慢倒入;轻轻敲打,装填悬浮液,凝胶颗粒蒸馏水充分溶胀,根据色谱柱体积计算凝胶用量,色谱柱垂直固定在支架上,配制悬浮液,计算称量凝胶,固定色谱柱,材料:交联葡聚糖凝
15、胶G-75 20mmol/L磷酸缓冲液“G”表示什么?75代表什么?,3.样品的加入和洗脱,1.调液面,2.加样 3.再调液面,4.洗脱,5.收集,调整缓冲液面:与凝胶面平齐滴加透析样品:加到色谱柱的( )样品渗入凝胶床:( )再调整缓冲液面洗脱:收集:待( )接近色谱柱底端时收集,顶端,样品完全进凝胶层,红色的蛋白质,色谱柱制作成功的标志: 红色区带均匀一致的移动,记,4、纯度鉴定(电泳)SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳判断纯化的蛋白质是否达到要求,需要进行蛋白质的鉴定。1、垂直板电泳装置2、稳流稳压电泳仪;3、微量进样器(可用微量移液器代替),(1)、 胶板的制备: .将玻璃板用蒸馏水洗净晾干 .
16、把玻璃板在灌胶支架上固定好,(2)、分离胶的制备:,按下表制备分离胶(T=12%,pH=8.8)试剂 双蒸水 分离胶缓冲液 丙胶贮液 Ap TEMED用量 1.65mL 1.3mL 2.0mL 0.05mL 0.002mL胶灌至距梳子齿下端1cm灌毕封上一层水当胶与水出现清晰界限时表明聚合好。,(3)、 浓缩胶的制备:,按下表制备浓缩胶(T=4%,pH=6.8)试剂 双蒸水 浓缩胶缓冲液 丙胶贮液 Ap TEMED用量 1.46mL 0.25mL 0.27mL 0.02mL 0.002mL用滤纸吸干水倒入浓缩胶插入梳子聚合。,(4)、取样 取纯化后的血红蛋白样品10 L加入10 L上样buff
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