血红蛋白的提取和分离(优质课)

3、提取分离方法
凝胶电泳法
基础知识
（一） 凝胶色谱法（分配色谱法） 1.概念：
根据被分离的蛋白质相对分子质量的大小， 利用具有网状结构的凝胶的分子筛作用，来进行 分离。
2.凝胶：
大多数凝胶是由多糖类化合物（如葡聚糖或 琼脂糖）构成的多孔小球体，内部有许多贯穿的 通道。
基础知识
（一） 凝胶色谱法（分配色谱法） 3.凝胶色谱法的原理
血红蛋白是有色蛋白，因此在凝胶色谱分离时可以通过 观察颜色来判断什么时候应该收集洗脱液。这使血红蛋 白的分离过程非常直观，大大简化了实验操作。
实验结果分析与评价
1、你是否完成了对血液样品的处理？你能 描述处理后的样品发生了哪些变化吗？
观察处理的血液样品离心后是否分层，如果分层 不明显，可能是洗涤次数少、未能除去血浆蛋白的原 因。 此外，离心速度过高和时间过长，会使白细胞和 淋巴细胞一同沉淀，也得不到纯净的红细胞，影响后 续血红蛋白的提取纯度。
第1层（最上层）：甲苯层（无色透明）； 第2层（中上层）：脂溶性物质沉淀层（白色薄层固体）； 第3层（中下层）：血红蛋白的水溶液层（红色透明液体）； 第4层（最下层）：杂质沉淀层（暗红色）。 ③分离： 滤纸过滤：除去脂溶性沉淀层， 分液漏斗中静置：分出下层的红色透明液 体。
试管中溶液层次
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）
（3）样品加入与洗脱
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。
三、实验结果分析与评价
1、你是否完成了对血液样品的处理？你能描述处 理后的样品发生了哪些变化吗？
观察你处理的血液样品离心后是否分层（见教科书图518），如果分层不明显，可能是洗涤次数少、未能除去血浆蛋 白的原因。此外，离心速度过高和时间过长，会使白细胞和淋 巴细胞一同沉淀，也得不到纯净的红细胞，影响后续血红蛋白 的提取纯度。
凝胶色谱法分离蛋白质过程的动画演示
基础知识
（二）缓冲溶液 1.概念:
在一定的范围内，凡是能够抵制外加少量 强酸或强碱的影响使原来溶液PH值基本保持不 变的混合溶液。
2.作用:
能够抵制外界的酸和碱对溶液PH值的影 响，维持PH基本不变。
基础知识
（二）缓冲溶液 3.缓冲溶液的配制:
通常由1－2 种缓冲剂溶解于水中配制而 成。调节缓冲剂的使用比例就可以制得在不同 PH范围内使用的缓冲液。
(1)红细胞的洗涤:
①目的: 去除杂质蛋白，利于后续血红蛋白的分离纯化. ②操作： 1、采集血样 2、低速短时间离心（速度越高和时间越长，会使白细 胞等一同沉淀，达不到分离的效果） 3、吸取血浆：上层透明的黄色血浆。 4、盐水洗涤：下层暗红色的红细胞+五倍体积的0.9％ 的NaCl溶液洗涤，搅拌10min 5、低速短时间离心： 6、重复3、4、5步骤三次 上清液中已没有黄色：红细胞洗涤干净。
（2）凝胶色谱柱的装填
④洗涤平衡：装填完毕后， 立即用缓冲液洗脱瓶，在 50cm高的操作压下，用300ml 的20mmol/l的磷酸缓冲液 （pH为7.0）充分洗涤平衡12 小时。注意：1、液面不要低 于凝胶表面，否则可能有气 泡混入，影响液体在柱内的 流动与最终生物大分子物质 的分离效果。2、不能发生洗 脱液流干，露出凝胶颗粒的 现象。
(4)透 析：
①过程： 取1ml的血红蛋白溶液装 入透析袋中，将透析袋 放入盛有300ml的 20mmol/l的磷酸缓冲液 中（pH为7.0），透析 12h
1mL
20mmol/L磷酸缓冲液
②目的： 除去样品中分子量较小的杂质和离子。 或用于更换样品的缓冲液。
透析过程动画演示
利用透析袋透析
2.凝胶色谱操作:
4.提问：在本课题中使用的缓冲液是:____ , 其目的是: 磷酸缓冲液
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)
（三） 电泳：
2.原理：
基础知识
1.概念：带电粒子在电场作用下发生迁移的过程。
①许多重要的生物大分子，如多肽、核酸 等都具有可解离的基团，在一定的PH下，这些 基团会带上正电或负电。②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。③电泳利用了待分离样品中各种分子带 电性质的差异以及分子本身的大小，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。
丙烯酰胺和交联剂
N,N’-亚甲基双丙烯酰胺（形成交联）
N,N’-亚甲基双丙烯酰胺的交联共聚反应
2.原理：
蛋白质在聚丙烯酰胺凝胶中的迁移率取于 它所带净电荷的多少以及分子的大小等因素。
3. SDS作用机理:
SDS能使蛋白质发生完全变性。解聚成单 条肽链，因此测定的结果只是单条肽链的分 子量。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 质分子原有的电荷量。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。
影响蛋白质分子运动速度的因素
决定 运动方向 形成 库仑力 形成 阻力 决定 运动速率
电荷性质 电荷量
分子形状 分子大小
√ √ √ √ √ √ √
3.类型:
琼脂糖凝胶电泳、聚丙稀酰胺凝胶电泳。
琼脂糖凝胶电泳示意图
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
聚丙烯酰胺凝胶电泳
1、测定蛋白质分子量:常用十二烷基硫酸钠 （SDS）—聚丙烯酰胺凝胶电泳。 聚丙烯酰胺凝胶是由单体丙烯酰胺和交联剂 N,N’-亚甲基双丙烯酰胺在引发剂和催化剂的作 用下聚合交联成的具有三维网状结构的凝胶。
③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、装填时尽量紧密：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。
（2）凝胶色谱柱的装填
2.凝胶色谱操作:
（2）凝胶色谱柱的装填
①凝胶的选择： A、材料：交联葡聚糖凝胶（G-75）。 B、代表意义：“G”表示凝胶的交联程度，膨胀程度 及分离范围。 75表示凝胶的得水值，即每克凝胶膨 胀时吸水7.5克。 ②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。
（3）样品加入与洗脱
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。
收集得到的纯化后的蛋白
思考下面的问题：
1、在血红蛋白纯化的整个过程中不断用磷酸缓 冲液处理的目的是什么？ 让血红蛋白处在稳定的pH范围内，维持结构和 功能正常。 2、与其他蛋白质相比，血红蛋白有什么特点？ 这一特点对你进行血红蛋白的分离有什么启示？
血红蛋白的提取与分离
基础知识
1.分离生物大分子的基本思路：
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。
2.蛋白质分离和提取的原理：
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、溶解度、吸附性质 和对其他分子的亲和力等等，可以用来分离不同种 类的蛋白质。 凝胶色谱法
①当相对分子量不同的蛋白质通过凝胶时， 相对分子量较小的蛋白质容易进入凝胶内部的通 道，路程较长，移动速度较慢;②而相对分子量 较大的蛋白质无法进入凝胶内部的通道，只能在 凝胶外部移动，路程较短，移动速度较快。相对 分子质量不同的蛋白质分子因此得以分离。③依 据的特性是：蛋白质分子量的大小。
4.凝胶色谱法分离蛋白质的原理和具体过程
2、你装填的凝胶色谱柱是否有气泡产生？你 的色谱柱装填得成功吗？你是如何判断的？
1、由于凝胶是一种半透明的介质，因此可以在凝 胶柱旁放一支与凝胶柱垂直的日光灯，检查凝胶是 否装填得均匀。 2、加入大分子的有色物质，例如蓝色葡聚糖— 2000或红色葡聚糖，观察色带移动的情况。如果色 带均匀、狭窄、平整，说明凝胶色谱柱的性能良好。
洗涤次数过少,无法除去血浆蛋白。
(2)血红蛋白的释放：
加蒸馏水到原血液体积， 加40％体积的甲苯 （溶解细胞膜）
置于磁力搅拌器搅拌10min（加速细胞破裂）
红细胞破裂，释放出血红蛋白
(3)分离血红蛋白溶液：
①过程：将搅拌好混合液转移到离心管内，以2000r/min的速 度离心10 min。
②试管中溶液层次：
3、色谱柱出现纹路或是气泡，轻轻敲打柱体以消 除气泡，消除不了时要重新装柱。
3、你能描述血红蛋白分离的完整过程吗？
血红蛋白提取和分离的程序包括： 样品处理、粗分离、纯化和纯度鉴定。 样品的处理：通过洗涤红细胞、血红蛋白的释放、 离心等操作收集到血红蛋白溶液， 样品的粗分离:透析→去除分子量较小的杂质 样品的纯化：凝胶色谱法→除去相对分子质量较大 的杂质蛋白 纯度鉴定:聚丙烯酰胺凝胶电泳进行纯度鉴定。
（1）凝胶色谱柱的制作：
①取长40厘米，内径1.6厘米的玻璃管，两端磨平。 ②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目尼龙纱包好，插到玻璃管的一端。注意事项：玻璃管的 上部不得超出橡皮塞的凹穴底面，否则难以铺实尼龙网，还 会导致液体残留，蛋白质分离不彻底。 ③顶塞的制作：打孔→安装玻璃管。 ④组装：将上述三者按相应位置组装成一个整体。 ⑤安装其他附属结构。
50cm高
（3）样品加入与洗脱
①调节缓冲液面：打开下端出口，使柱内缓冲液缓慢下降 到与凝胶面平齐，关闭出口。 ②滴加透析样品：吸管吸1ml样品加到色谱柱的顶端，滴加 样品时，吸管管口贴着管壁环绕移动加样，同时注意不要破坏 凝胶面。 ③样品渗入凝胶床：加样后打开下端出口，使样品渗入凝 胶床内，等样品完全进入凝胶层后，关闭下端出口。 ④洗脱：小心加入pH=7.0 的20mmol/l的磷酸缓冲液到适当 高度，连接缓冲液洗脱瓶，打开下端出口进行洗脱。 ⑤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5ml收集一试管，连续收集。（在分离过程中，如 果红色区带均匀一致的移动，说明色谱柱制作成功） ⑥注意：正确的加样操作：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。
水 分
血 液
固体物质： 血浆蛋白、无机盐、磷脂、葡萄糖等 白细胞 两个α－肽链 血细胞 血小板 红细胞 血红蛋白 两个β一肽链 （最多） （90％） 四个亚铁血红素基团
血红蛋白的特点：
血红蛋白 两个α－肽链 两个β一肽链 四个亚铁血红素基团
每个肽链环绕一个亚铁血红素基团， 此基团可携带一分子O2或一分子CO2，
用SDS测定蛋白质分子量的方法
使用SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳测定蛋 白质的分子量时，可选用一组已知分子量 的标准蛋白同时进行电泳，根据已知分子 量的标准蛋白的电泳区带位置，可以测定 未知蛋白质的分子量。市场上有高分子量、 次高分子量及低分子量的标准蛋白试剂出 售。
来自百度文库
电泳检测结果
琼脂糖凝胶电泳
实验操作
④洗涤平衡： 连接缓冲液洗脱瓶，在50cm高的 操作压下，用300ml的20mmol/L的 磷酸缓冲液（pH为7.0）充分洗涤 平衡12h。
注意：
1、液面不要低于凝胶表面，否则 可能有气泡混入，影响分离效果 2、不能发生洗脱液流干，露出凝 胶颗粒的现象。
50cm高
（3）样品加入与洗脱
①调节缓冲液面： 打开下端出口，使缓冲液下降到与凝胶面平齐，关闭出口 ②滴加透析样品：吸管吸1ml样品加到色谱柱的顶端， 注意： 1、不要触及并破坏凝胶面。 2、贴壁加样 3、吸管管口贴着管壁环绕移动加样 ③样品渗入凝胶床：打开下端出口，使样品渗入凝胶床内， 样品完全进入凝胶层后，关闭下端出口 ④洗脱：加入pH=7.0 的20mmol/l的磷酸缓冲液到适当高度， 连接缓冲液洗脱瓶，打开下端出口进行洗脱。 ⑤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5ml收集一试管，连续收集。 （如果红色区带均匀一致的移动，说明色谱柱制作成功）
（一）蛋白质提取和分离步骤
样品处理→粗分离→纯化→纯度鉴定
（二）操作过程
1.样品处理：
可选用猪、牛、羊或其他脊椎动物的 血液来分离血红蛋白。
1.提问：用鸡的红细胞提取DNA，用猪、牛、羊的 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。 2.提问：血液有哪些成分？ 血浆