1、 1 新情境 激趣引航 血红蛋白是红细胞的主要成份。每个血红蛋白分子由4个血红素 基团与珠蛋白构成，每个血红素又由4个吡咯环组成，在环中央有一 个铁原子。血红蛋白中的铁在二价状态时，可与氧呈可逆性结合(氧 合血红蛋白)，如果铁氧化为三价状态。血红蛋白则转变为高铁血红 蛋白，就失去了载氧能力。 2 新课堂 互动探究 学习目标 1.尝试对血液中血红蛋白的提取和分离。 2.体验从复杂体系中提取生物大分子的基本过程和方法。 3.了解色谱法，电泳法等分离生物大分子的原理。 新知预习 一、分离蛋白质的原理与方法 1分离蛋白质的原理 蛋白质特 性的差异 分子的形状和大小 所带电荷的性质和多少 溶解度 吸附性
2、质 对其他分子的亲和力 2分离蛋白质的方法 (1)凝胶色谱法 概念：根据相对分子质量的大小分离蛋白质的有效方法，也叫 分配色谱法。 过程及原理 a.凝胶 形态：微小的多孔球体 组成：大多数由多糖类化合物构成 结构：内部有许多贯穿的通道 b分离的过程 c.分离原理：依据相对分子质量的不同而将蛋白质分离。 (2)电泳法 电泳的概念：指带电粒子在电场的作用下发生迁移的过程。 原理：利用了待分离样品中各种分子的带电性质的差异、分子 本身的大小以及形状的不同，使带电分子在电场中产生不同的迁移速 度，从而分离样品中的各种分子。 分离方法：琼脂糖凝胶电泳、聚丙烯酰胺凝胶电泳等。其中后 者使用时通常加入带负电
3、荷多的SDS，形成“蛋白质- SDS复合物”， 使蛋白质迁移速率仅取决于分子的大小。 3缓冲溶液 (1)组成：通常由12种缓冲剂溶解于水中配制而成。调节缓冲 剂的使用比例，可配制不同pH的缓冲液。 (2)作用：抵制外界的酸和碱对溶液pH的影响，维持pH基本不 变。 激趣应用1 缓冲溶液的成分是怎样的？ 缓冲溶液中含对酸碱起缓冲作用的缓冲对，每一缓冲对均由弱酸 和相应的强碱盐组成。细胞外液也有酸碱缓冲对，你能回忆并说出细 胞外液中的酸碱缓冲对吗？ 提示：细胞外液中主要的酸碱缓冲对有：H2CO3/NaHCO3、 NaH2PO4/Na2HPO4等。 二、凝胶色谱法的实验操作 1蛋白质的提取和分离步骤
4、 (1)样品处理 2粗分离：透析 方法：将血红蛋白溶液装入透析袋 中，将透析袋放入一定量适宜浓 度的磷酸缓冲液pH为7.0中， 透析12 h 目的：除去样品中相对分子质量较小的杂质 (3)纯化：凝胶色谱法 (4)纯度鉴定：SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳 2凝胶色谱操作 (1)凝胶色谱柱的制作 (2)凝胶色谱柱的装填 (3)样品的加入与洗脱 加样前：打开下端的流出口，使柱内凝胶面上的缓冲液缓慢下 降到与凝胶面平齐，关闭出口。 加透析样品 调整缓冲液面：与凝胶面平齐。 滴加透析样品：用吸管将1 mL透析后的样品加到色谱柱的顶端。 样品渗入凝胶床：加样后，打开下端出口，等样品完全进入凝胶层后，关 闭下端出
5、口。 洗脱：打开下端出口，用20_mmol/L的磷酸缓冲液洗脱。 收集：待红色的蛋白质接近色谱柱底端时，用试管收集流出液，每5_mL收 集一管，连续收集。 3操作提示 (1)红细胞的洗涤：洗涤次数、离心速度与离心时间十分重要。 洗涤次数过少，无法除去血浆蛋白；离心速度过高和时间过长会使白 细胞等一同沉淀，达不到分离效果。 (2)色谱柱填料的处理：商品凝胶使用前需直接放在洗脱液中膨 胀，可以将加入其中的湿凝胶用沸水浴加热，加速膨胀。 (3)凝胶色谱柱的装填：在装填凝胶柱时，不得有气泡存在。气 泡会搅乱洗脱液中蛋白质的洗脱次序，降低分离效果。 (4)蛋白质的分离：如果红色区带均匀一致地移动，说明色
6、谱柱 制作成功。 激趣应用2 凝胶色谱柱和固定化酶的反应柱有何区别？ (1)凝胶色谱柱和固定化酶的反应柱都装填有不能通过“柱”下 端多孔板(或多孔筛板)的颗粒，它们的颗粒功能有何不同？ (2)凝胶色谱柱和固定化酶的反应柱都能进行化学反应吗？ 提示：(1)凝胶色谱柱装填的是凝胶颗粒，允许小分子进入，不 允许大分子进入，通过延长小分子的路程使大分子与小分子分离。固 定化酶的反应柱装填的是固定有酶的载体颗粒，既能催化反应物的反 应，又保证了酶与反应物分子的分离，实现了酶的重复利用，节约了 生产成本。 (2)不是。固定化酶的反应柱能进行化学反应，凝胶色谱柱不能 进行化学反应。 3 新课堂 互动探究 知
7、识点一 血红蛋白的提取和分离的原理 1蛋白质分子在凝胶中的运动情况分析： 相对分子质量大 相对分子质量小 直径大小 大于凝胶颗粒空隙直径 小于凝胶颗粒空隙直径 运动方式 垂直向下运动 无规则的扩散运动 运动速度 较快 较慢 运动路程 较短 较长 洗脱顺序 先从凝胶柱中洗脱出来 后从凝胶柱中洗脱出来 2.电泳方法： 琼脂糖凝胶电泳 聚丙烯酰胺凝胶电泳 由于琼脂糖本身不带电荷，各种 分子在电场中迁移速度决定于所 带电荷性质的差异及分子的大 小、形状的不同 在凝胶中加入SDS，使蛋白质解 聚成单链，与各种蛋白质形成蛋 白质SDS复合物，使其迁移速 度完全取决于分子的大小 特 别 提 醒 (1)琼脂糖
8、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。 (2)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完全取决于分子的大小，而非所带电荷的 性质和分子的形状。 典例精析 2015 邛崃月考利用凝胶色谱法分离蛋白质的原理是( ) A蛋白质分子与凝胶的亲和力的大小 B蛋白质相对分子质量的大小 C蛋白质所带电荷的多少 D蛋白质溶解度的大小 【解析】 凝胶色谱法是根据相对分子质量的大小来分离蛋白质 的有效方法，相对分子质量小的蛋白质容易进入凝胶内部的通道，路 程长，移动的速度慢，相对分子质量大的蛋白质不容易进入凝胶内部
9、 的通道，路程短，移动的速度快，因此相对分子质量不同的蛋白质得 以分离。 【答案】 B 跟踪练习 1凝胶色谱法分离蛋白质时，凝胶的种类较多，但其作用的共 同点是( ) A改变蛋白质分子通过凝胶时的路径 B吸附一部分蛋白质，从而影响蛋白质分子的移动速度 C将酶或细胞固定在细胞中 D与蛋白质分子进行化学反应，从而影响其移动速率 【解析】 凝胶是一些微小的多孔的球体，较小的蛋白质分子进 入凝胶内部，所经过的路径长，所以洗脱出来较慢，而较大的蛋白质 分子则相反，并且，由于凝胶种类多，孔径大小不同，可进一步改变 进入凝胶内部不同大小蛋白质的路径。 【答案】 A 知识点二 蛋白质提取和分离的实验过程 1样
10、品处理及粗分离 2凝胶色谱操作 3纯度鉴定SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳 判断纯化的蛋白质是否达到要求，需要进行蛋白质纯度的鉴定。 鉴定的方法中，使用最多的是 SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳。 特 别 提 醒 样品处理、分离与纯化的目的不同 目的 红细胞洗涤 去除杂质，如血浆蛋白 血红蛋白释放 使红细胞破裂，释放血红蛋白 分离血红蛋白溶液 经过离心使血红蛋白与其他杂质分离开 透析 除去样品中相对分子质量较小的杂质 纯化 除去相对分子质量较大的蛋白质 典例精析 2015 雅安中学月考红细胞中含有大量的血红蛋白，红细 胞的机能主要是由血红蛋白完成的，血红蛋白的主要功能是携带 O2 和 CO2，可选用猪、牛、羊
11、或其他哺乳动物的血液进行实验，来提取 和分离血红蛋白。请回答下列有关问题： (1) 血 红 蛋 白 提 取 和 分 离 的 程 序 可 分 为 四 步 ： _、_、 _和_。 (2)实验前取新鲜的血液，要切记在采血容器中预先加入柠檬酸 钠，取血回来，马上进行离心，收集血红蛋白溶液。 加入柠檬酸钠的目的是_。 以上所述的过程即是_，它包括 _、_、分离血红蛋白溶液和透析。 样品处理 粗分离 纯化 纯度鉴定 防止血液凝固 样品处理 红细胞的洗涤 血红蛋白的释放 (3)然后通过凝胶色谱法将样品进一步纯化，最后经 SDS聚丙烯 酰 胺 凝 胶 电 泳 法 进 行 纯 度 鉴 定 。 样 品 纯 化 的
12、 目 的 是 _。 (4)电泳法利用了待分离样品中各种分子带电性质的差异以及 _、形状的不同，使带电分子产生不同的 迁移速度，从而实现样品中各种分子的分离。 通过凝胶色谱法将相对分子量大的杂蛋白除去 分子的大小 【解析】 血红蛋白提取和分离的程序可分为四步，分别是：样 品处理、粗分离、纯化、纯度鉴定。在实验中加入柠檬酸钠的目的是 防止血液凝固；样品处理包括红细胞的洗涤、血红蛋白的释放、分离 血红蛋白溶液和透析四步。样品纯化的目的是通过凝胶色谱法将相对 分子量大的杂蛋白除去，进而使 SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳法中迁移 速率只取决于分子大小。电泳法利用了待分离样品中各种分子带电性 质的差异以及分子的
13、大小、形状的不同，使带电分子产生不同的迁移 速度，从而实现样品中各种分子的分离。 跟踪练习 2. 下图甲乙表示血红蛋白提取和分离的部分实验装置，请回答下 列问题： (1)血红蛋白是人和其他脊椎动物红细胞的主要组成成分，其在红 细胞中的作用体现了蛋白质具有_功能。 (2)甲装置中，B 是血红蛋白溶液，则 A 是_；乙 装置中，C 溶液的作用是_。 (3)甲装置用于_，目的是_。用 乙装置分离蛋白质的方法叫_，是根 据_分离蛋白质的有效方法。 (4)用乙装置分离血红蛋白时，待_ 接近色谱柱底端时，用试管收集流出液，每 5 mL 收集一管，连续收 集。 (5)血红蛋白提取和分离的程序可分为四步：样品
14、处理、粗分离纯 化、纯度鉴定。其中样品处理包括_、 _、收集血红蛋白溶液。 运输 磷酸缓冲液 洗脱血红蛋白 透析(粗分离) 去除样品中分子量较小的杂质 凝胶色谱法 相对分子质量的大小 红色的蛋白质 红细胞的洗涤 血红蛋白的释放 【解析】 (1)血红蛋白具有运输氧气的作用。 (2)透析是将血红蛋白溶液装入透析袋，放入磷酸缓冲液。磷酸缓 冲液溶液的作用是洗脱血红蛋白。 (3) 甲装置用于透析(粗分离)， 目的是去除样品中分子量较小的杂 质 。乙装置分离蛋白质的方法叫凝胶色谱法 ，是根据相对分子质量 的大小分离蛋白质的有效方法。 (4)乙装置分离血红蛋白时，待红色的蛋白质(血红蛋白)接近色谱 柱底端
15、时，用试管收集流出液。 (5)样品处理包括：红细胞的洗涤、血红蛋白的释放、收集血红蛋 白溶液。 4 新思维 随堂自测 1.2015 广元实验中学期中凝胶色谱法是根据 分离蛋白质的有效方法( ) A分子的大小 B相对分子质量的大小 C带电荷的多少 D溶解度 【解析】 凝胶色谱法是根据相对分子质量的大小分离蛋白质的 有效方法，A、C、D 三项均错误，B 项正确。 【答案】 B 2 将搅拌好的混合液离心来分离血红蛋白溶液时， 第 2 层是( ) A甲苯 B血红蛋白水溶液 C脂溶性物质的沉淀层 D其他杂质的沉淀 【解析】 血红蛋白液离心后分四层，其中第二层是脂溶性物质 的沉淀层，A、B、D 三项均错误
16、，C 项正确。 【答案】 C 3 使用 SDS聚丙烯酰胺电泳的过程中， 不同蛋白质的电泳迁移 率完全取决于( ) A电荷的多少 B分子的大小 C肽链的多少 D分子形状的差异 【解析】 使用 SDS聚丙烯酰胺电泳的过程中，不同蛋白质的 电泳迁移率完全取决于分子的大小。 【答案】 B 4红细胞含有大量血红蛋白，红细胞的机能主要是由血红蛋白完 成的。我们可以选用猪、牛、羊或其他脊椎动物的血液进行实验，来 提取和分离血红蛋白，请回答下列有关问题： (1)分离蛋白质分子的一种常用方法是凝胶色谱法，也叫做 _，是根据_分离蛋白质的有效方法。 (2) 血 红 蛋 白 提 取 和 分 离 的 程 序 可 分
17、为 _ 、 _、_和纯度鉴定。 分配色谱法 相对分子质量 样品处理 粗分离 纯化 (3)洗涤红细胞的目的是_，以利于后续步骤的分离强 化。采集的血样要及时分离红细胞，分离时采用低速短时间 _，然后用胶头吸管吸出上层透明的_，将下 层暗红色的红细胞液体倒入烧杯，再加入_洗涤， 如此重复，直至上清液中没有黄色。 (4) 将 洗 涤 好 的 红 细 胞 倒 入 烧 杯 中 ， 加 入 _ 和 _充分搅拌，红细胞破裂，释放出血红蛋白。 去除杂蛋白 离心 黄色血浆 五倍体积的生理盐水 蒸馏水 40%体积的甲苯 【解析】 (1)凝胶色谱法也叫分配色谱法，其依据是相对分子质 量的大小； (2)血红蛋白提取和
18、分离的步骤为： 样品处理、 粗分离(透析)、 纯化和纯度鉴定；(3)红细胞洗涤目的是去除杂蛋白，以利于后续步骤 的分离纯化；洗涤红细胞是采用低速短时间离心；(4)血红蛋白释放时 要加入蒸馏水和甲苯，分离血红蛋白是采用高速长时间离心的方法。 5红细胞含有大量血红蛋白，红细胞的机能主要是由血红蛋白完 成，血红蛋白的主要功能是携带 O2和 CO2，我们可以选用猪、牛、羊 或其他脊椎动物的血液进行实验，来提取和分离血红蛋白。请回答下 列有关问题： (1)实验前取新鲜的血液，要切记在采血容器中预先加入柠檬酸 钠，加入柠檬酸钠的目的是_。洗涤红细胞时要用_(填 溶液)反复洗涤、离心。要让红细胞破裂，释放血
19、红蛋白时要加入 _。 (2)得到的血红蛋白溶液装入透析袋中透析，即血红蛋白的粗分 离，目的是_。 (3)然后通过_(填方法)将样品进一步纯化，最后进行纯度 鉴定，使用最多的是_(填方法)。 防止血液凝固 生理盐水 蒸馏水和甲苯 去除样品中相对分子质量较小的杂质 凝胶色谱法 SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳 【解析】 (1)提取和分离血红蛋白时，新鲜的血液加入柠檬酸钠 的目的是防止血液凝固。洗涤红细胞时要用生理盐水反复洗涤、离心。 要让红细胞破裂，释放血红蛋白时要加入蒸馏水和甲苯。 (2)得到的血红蛋白溶液装入透析袋中透析，即血红蛋白的粗分 离，目的是除去样品中相对分子质量较小的杂质。 (3)通过凝胶色
20、谱法可将样品进一步纯化，最后进行纯度鉴定，使 用最多的是 SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳。 6 新视点 名师讲座 蛋白质的理化性质 (1)具有酸碱两性：蛋白质是由 氨基酸通过肽键形成的高分子 化合物，在肽链的两端分别有一个NH2和一个COOH，因此蛋白 质的性质同氨基酸一致，也分别显示了NH2的碱性和COOH 的酸 性，具有酸碱两性。 (2)水解反应：在一定浓度的酸、碱液中或在蛋白酶的催化作用 下，蛋白质可水解为小分子的肽或多种氨基酸，该过程有水参与。 (3)溶解性：蛋白质可溶于水中，形成溶液。蛋白质的水溶液具 有胶体的性质。 (4)盐析： 蛋白质溶液中加入少量电解质NaCl、 Na2SO4、 (N
21、H4)2SO4 等，能促进蛋白质溶解；如果向溶液中加入高浓度的电解质液，可以 使蛋白质从溶液中析出，而出现盐析现象。盐析得到的蛋白质仍可以 溶于水，而不影响其原来的理化性质，这一过程是可逆的。借助这一 原理，可以采用盐析的方法分离提纯蛋白质。 (5)蛋白质变性：在高温、强酸、强碱、重金属盐或紫外线照射 的条件下，蛋白质结构可以发生不可逆的改变而凝结(固)，这种变化 叫做蛋白质的变性，蛋白质变性凝固后，就失去了原有的理化性质， 失去原有的生理作用，也称作变性失活。 (6)颜色反应：蛋白质可跟许多试剂发生颜色反应，如蛋白质中 的肽键可以与双缩脲试剂产生紫色反应；蛋白质溶液中滴加浓硝酸， 可以使溶液呈现黄色的颜色反应。故以此原理鉴定蛋白质。
