多肽与蛋白质的提取与分离
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关键词:多肽蛋白质提取分离
摘要:多肽是由多个氨基酸缩合形成的,蛋白质是由几十到几千个氨基酸分子
借助肽键和二硫键相互连接的多肽链,随肽数目,氨基酸组成及排列顺序不同,蛋白质分子呈现三维空间结构,并且有生物活性。
采取何种分离方法要由所提取的组织材料、所要提取物质的性质决定。对蛋白质、多肽提取分离常用的方法包括:盐析法、超滤法、凝胶过滤法、等电点沉淀法、离子交换层析、亲和层析、吸附层析、逆流分溶、酶解法等。这些方法常常组合到一起对特定的物质进行分离纯化。
㈠﹑多肽的提取与分离
多肽类化合物广泛存在于自然界中,其中对具有一定生物学活性的多肽的研究,一直是药物开发的一个主要方向。生物体内已知的活性多肽主要是从内分泌腺组织器官、分泌细胞和体液中产生或获得的,生命活动中的细胞分化、神经激素递质调节、肿瘤病变、免疫调节等均与活性多肽密切相关。随着现代科技的飞速发展,从天然产物中获得肽类物质的手段也不断得到提高。
相
1.高效液色谱(HPLC)
HPLC的出现为肽类物质的分离提供了有利的方法手段,因为蛋白质、多肽的HPLC应用与其他化合物相比,在适宜的色谱条件下不仅可以在短时间内完成分离目的,更重要的是HPLC能在制备规模上生产具有生物活性的多肽。因此在寻找多肽类物质分离制备的最佳条件上,不少学者做了大量的工作。如赵骏①等以酪蛋白为原料,采用微生物蛋白酶A水解,其酶解产物为血管紧张素转化酶(ACE)。
2.反相高效液相色谱(RP-HPLC).
用反相色谱法分离多肽和蛋白质的原理是基于蛋白质的疏水性,在不同介质条件下,使不同的蛋白质得以分离,具有快速高效和高回收的特点,在分离和制备多肽及蛋白质上有独特的优越性。吴亚丽②等利用反相高效液相色谱法分析降血压肽AHP的最佳工艺条件。
3.疏水作用色谱(Hydrophobic interaction chromatography,HIC)
HIC是利用多肽中含有疏水基团,可与固定相之间产生疏水作用而达到分离分析的目的,其比RP-HPLC具有较少使多肽变性的特点。利用HIC分离生产激素(GH)产品的结构与活性比RP-HPLC分离的要稳定,活性较稳定。Geng 等利用HIC柱的低变性特点,将大肠杆菌表达出的经盐酸胍乙啶变性得到人重组干扰素-γ,通过HIC柱纯化、折叠出高生物活性的产品。不同人尿表皮生长因子(EGF)也利用HIC纯化到了,均具有良好的生物活性。HIC可将未经离子交换柱的样品纯化。而RP-HPLC则不能达到这一要求。
4.分子排阻色谱(Size-Exclusion chromatography,SEC)
SEC是利用多肽分子大小、形状差异来分离纯化多肽物质,特别对一些较大的聚集态的分子更为方便。如人重组生长激素(hGH)的分离,不同结构、构型的GH在SEC柱上的分离行为完全不同,从而可分离不同构型或在氨基酸序列上有微小差异的变异体。利用SEC研究修饰化的PEG的分离方法,此PEG
具有半衰期长、作用强的特点。一些分子量较大的肽或蛋白均可利用此法分离分析。
5.离子交换色谱(Iron-Exchange chromatography,IEXC)
IEXC可在中性条件下,利用多肽的带电性不同分离纯化具有生物活性的多肽。其可分为阳离子柱与阴离子柱两大类,还有一些新型树脂,如大孔型树脂、均孔型树脂、离子交换纤维素、葡聚糖凝胶、琼脂糖凝胶树脂等。在多肽类物质的分离分析研究中,对多肽的性质、洗脱剂、洗脱条件的研究较多,不同的多肽分离条件有所不同,特别是洗脱剂的离子强度、盐浓度等对纯化影响较大。Wu等报道利用离子交换柱层析法,探讨分离牛碳酸酐酶异构体和牛血清白蛋白、鸡血清白蛋白酶的提取条件,获得了有价值的数据供今后此类物质分离研究。6.膜蛋白色谱(Chromatography of Membrane Protein,CMP)
CMP+分离强疏水性蛋白、多肽混合物的层析系统,一般有去垢剂(如SDS)溶解膜蛋白后形成SDS-融膜蛋白,并由羟基磷灰石为固定相的柱子分离纯化。羟基磷灰石柱具有阴离子磷酸基团(P-端),又具有阳离子钙(C-端),与固定相结合主要决定于膜蛋白的大小、SDS结合量有关。利用原子散射法研究cAMP的分离机制发现,样品与SDS结合后在离子交换柱上存在SDS分子、带电荷氨基酸与固定相中带电离子间的交换,从而达到分级分离的目的。
7.高效置换色谱(High-Performance Displacement Chromatography,HPDC)
HPDC是利用小分子的高效置换剂来交换色谱柱上的样品,从而达到分离目的。它具有分离组分含量较少成分的特性。利用HPDC鉴定分离了低于总量1%组分的活性人重组生长激素(rHG)。
㈡﹑蛋白质的提取与分离
蛋白质种类很多,性质差异很大,既或是同类蛋白质,因选用材料不同,使用方法差别也很大,且又处于不同的体系中,因此不可能有一个固定的程序适用各类蛋白质的分离。但多数分离工作中的关键部分基本手段还是共同的,大部分蛋白质均可溶于水、稀盐、稀酸或稀碱溶液中,少数与脂类结合的蛋白质溶于乙醇、丙酮及丁醇等有机溶剂中。因此可采用不同溶剂提取、分离蛋白质。
蛋白质的提取与分离一般分为4个阶段:①材料的选择和预处理,②细胞的破碎(有时需进行细胞器的分离),③提取,④分离。
一、原料的选择
原料的选择主要依据实验目的定。从工业生产角度考虑,注意选含量高、来源丰富及成本低的原料。尽量要新鲜原料。但有时这几方面不同时具备。含量丰富但来源困难,或含量来源均不理想。但分离纯化操作繁琐,反而不如含量略低些易于获得纯品者。一般要注意种属的关系,如鲣的心肌细胞色素C较马的易结晶,马的血红蛋白较牛的易结晶。不但使用种属一定的原料,而且要取自同一个体的原料。可能时尽量用全年均可采到的原料。对动物生理状态间的差异(如饥饿时脂肪和糖类相对减少),采收期及产地等因素也要注意。
二、前处理
1、细胞的破碎
材料选定通常要进行处理。要剔除结缔组织及脂肪组织。如不能立即进行实验,则应冷冻保存。除了提取及胞细外成分,对细胞内及多细胞生物组织中的蛋白质的分离提取均须先将细胞破碎,使其充分释放到溶液中。
⑴机械方法
主要通过机械切力的作用使组织细胞破坏。常用器械有:①高速组织捣碎机(转速可达10000rpm,具高速转动的锋利的刀片),宜用于动物内脏组织的破碎;②玻璃匀浆器(用两个磨砂面相互摩擦,将细胞磨碎),适用于少量材料。
⑵物理方法
主要通过各种物理因素的作用,使组织细胞破碎的方法。
Ⅰ反复冻融法
于冷藏库或干冰反复于零下15~20℃使之冻固,然后缓慢地融解,如此反复操作,使大部分细胞及细胞内颗粒破坏。由于渗透压的变化。使结合水冻结产生组织的变性,冰片将细胞膜破碎,使蛋白质可溶化,成为粘稠的浓溶液,但脂蛋白冻结变性。
Ⅱ冷热变替法
将材料投入沸水中,于90℃左右维持数分钟,立即置于冰浴中使之迅速冷却,绝大部分细胞被破坏。
Ⅲ超声波法
暴露于9~10千周声波或10~500千周超声波所产生的机械振动,只要有设备该法方便且效果也好,但一次处理量较小。应用超声波处理时应注意避免溶液中气泡的存在。处理一些超声波敏感的蛋白质酶时宜慎重。
Ⅳ加压破碎法
加一定气压或水压也可使细胞破遗留房产的继承碎。
⑶化学及生物化学方法
Ⅰ有机溶媒法
粉碎后的新鲜材料在0℃以下加入5~10倍量的丙酮,迅速搅拌均匀,可破碎细胞膜,破坏蛋白质与脂质的结合,蛋白质一般不变性。
Ⅱ自溶法
将待破碎的鲜材料在一定pH和适当的温度下。利用自身的蛋白酶将细胞破坏,使细胞内含物释放出来。比较稳定,变性较难,蛋白质不被分解而可溶化。因自溶时间较长,不易控制,所以制备活性蛋白质时较少用。
Ⅲ酶法
与前述的自体融法同理,用胰蛋白酶等蛋白酶除去变性蛋白质。但值得提出的是溶菌酶处理时,它能水解构成枯草菌等菌体膜的多糖类。
2、细胞器的分离
制备某一种生物大分子需要采用细胞中某一部分的材料,或者为了纯化某一特定细胞器上的生物大分子,防止其他细胞组分的干扰,细胞破碎后常将细胞内各组分先行分离,对于制备一些难度较大需求纯度较高的生物大分子是有利的。
细胞器的分离一般采用差速离心法。细胞经过破碎后,在适当介质中进行差速离心。利用细胞各组分质量大小不同,沉降于离心管内不同区域,分离后即得所需组分。细胞器的分离制备、介质的选择十分重要。最早使用的介质是生理盐水。因它容易使亚细胞颗粒发生聚集作用结成块状,沉淀分离效果不理想,现一般改用蔗糖、Ficoll(一种蔗糖多聚物)或葡萄糖-聚乙二醇等高分子溶液。
三﹑提取
1.水溶液提取
大部分蛋白质均溶于水、稀盐、稀碱或稀酸溶液中。因此蛋白质的提取一般以水为主。稀盐溶液和缓冲溶液对蛋白质稳定性好、溶度大,也是提取蛋白质
的最常用溶剂。以盐溶液及缓冲液提取蛋白质进常注意下面几个因素。
⑴盐浓度
等渗盐溶液尤以0.02~0.05mol/L磷酸盐缓冲液和碳酸盐缓冲液常用。
0.15mol/L氯化钠溶液应用也较多。有时为了螯合某些金属离子和解离酶分子与其他杂质的静电结合,也常使用枸橼酸钠缓冲液和焦磷酸钠缓冲液。有些蛋白质在低盐浓度下浓度低,如脱氧核糖核蛋白质需用1mol/L以上氯化钠液提取。总之,只要能溶解在水溶液中而与细胞颗粒结合不太紧密的蛋白质和酶,细胞破碎后选择适当的盐浓度及PH,一般是不难提取的。只有某些与细胞颗粒上的脂类物质结合较紧的,需采用有机溶剂或加入表面活性剂处理等方法提取。
⑵PH值
蛋白质提取液的PH值首先应保证在蛋白质稳定的范围内,即选择在偏离等电点两侧。如碱性蛋白质则选在偏酸一侧,酸性蛋白质选择偏碱一侧,以增大蛋白质的溶解度,提高提取效果。某些蛋白质或酶与其分物质结合常以离子键形式存在,选择PH3~6范围对于分离提取是有利的。
⑶温度
多数酶的提取温度在5℃以下。少数对温度耐受性较高的蛋白质和酶,可适当提高温度,使杂蛋白变性分离且也有利于提取。如胃蛋白酶等及许多多肽激素类,选择37~50℃条件下提取,效果比低温提取更好。
2.有机溶剂提取
有机溶剂提取用于提取蛋白质的实例至今是不多的。但一些和脂结合较牢或分子中非极性侧链较多的蛋白质,不溶于水、稀盐或稀碱液中,可用不同比例的有机溶剂提取。从一些粒线体(Mitochondria)及微粒体(Microsome)等含多量脂质物质中提取蛋白质时,采用Morton的丁醇法效果较好。因丁醇使蛋白质的变性较少,亲脂性强。
四﹑分离纯化
从破碎材料或细胞器提出的蛋白质是不纯的,需进一步纯化。纯化包括将蛋白质与非蛋白质分开。将各种不同的蛋白质分开。选择提取条件时,就要考虑尽量除去非蛋白质。一般总是有其它物质伴随混入提取液中。但有些杂质(如脂肪)以事先除去为宜。先除去便于以后操作。常用有机溶剂提取除去。对于异类物质,提纯蛋白质和酶时常混有核酸或多糖,一般可用专一性酶水解。
有机溶剂抽取及选择性部分沉淀等方法处理。小分子物质常在整个制备过程中通过多次液相与固相转化中被分离或最后用透析法除去。而对同类物质如酶与杂蛋白、RNA、DNA以及不同结构的蛋白质、酶、核酸之间分离,情况则复杂得多。主要采用的方法有盐析法、有机溶剂沉淀法,等电点沉淀法、吸附法、结晶法、电泳法、超离心法及柱层析法等。其中盐析法、等电点法及结晶法用于蛋白质和酶的提纯较多,有机溶剂抽提和沉淀用于核提纯较多,柱层析法、梯度离心法对蛋白质和核酸的提纯应用十分广泛。
蛋白质和蛋白质相互分离主要利用它们之间的各种性质的微小差别。诸如分子形状、分子量大小、电离性质、溶解度、生物功能专一性等。
蛋白质提取液中,除包含所需要的蛋白质(或酶)外,还含有其它蛋白质、多糖、脂类、核酸及肽类等杂质。除去的方法有:
⑴核酸沉淀法
该法可用核酸沉淀剂和氯化锰、硫酸鱼精蛋白或链霉素等。必要时也可用脱氧核糖核酸酶除去核酸。即在粗匀浆中加入少量DNase,于4℃保温30~60min,
可使DNA降解为足够小的碎片,以致不影响以后的纯化。
⑵醋酸铅沉淀法
利用醋酸铅沉淀剂除去杂蛋白。因这些沉淀剂也常常使需要的酶(或蛋白质)缓缓变性而失去活性。所以用这类试剂时应迅速进行盐析,使样品与这类试剂脱离接触。
⑶调pH值或加热沉淀法
利用蛋白质酸碱变性性质的差异除去杂蛋白。利用蛋白质的热变性的温度系数差异。
可在一定的PH下将蛋白提取液加热到一定的温度,使对热不稳定的杂蛋白沉淀而除去。
⑷选择性变性法
利用各种蛋白质稳定性的不同,可用选择性变性法来除去杂蛋白。例如胰蛋白酶及细胞色素C等少数特别稳定的酶,甚至可用2.5%三氯醋酸处理,此时其它杂蛋白均变性而沉淀,而胰蛋白酶和细胞色素C则仍留在溶液中。
⑸盐析法
小分子物质常在整个制备过程中多次液相与固相互转化中被分离或最后用盐析法除去。
透析法是利用溶解度不同的纯化方法其原理为:
蛋白质在低盐浓度下的溶解度随盐液浓度升高而增加(盐溶,与离子强度10~1间成比例增加)。球蛋白当盐浓度不断上升时,蛋白质的溶解度又以不同程度下降并先后析出(盐析)(离子强度I2~10)。这是由于蛋白质分子内和分子间的电荷的极性基团有静电引力。当水中加入少量盐时,盐离子与水分子对蛋白质分子一的极性基团的影响,使蛋白质在水中溶解度增大。但盐浓度增加一定程度时,水的活度降低,蛋白质表面的电荷大量被中和,水化膜被破坏,于是蛋白质相互聚集而沉淀析出。盐析法是根据不同蛋白质在一定浓度盐溶液中溶解度降低程度不同达到彼此分离的方法。
⑹有机溶剂分离纯化法
有机溶剂能降低溶液的介电常数,从而增加蛋白质分子上不同电荷的引力,导致溶解度降低。有机溶剂与水作用能破坏蛋白质的水化膜,使蛋白质在一定浓度的有机溶剂中沉淀析出。常用的有机溶剂是乙醇和丙酮,由于有机溶剂的加入易引起变性失活,尤其乙醇和水混合释放热量,操作一般宜在低温下进行,且在加入有机溶剂时注意搅拌均匀以免局部浓度过大。用此法所析出的沉淀一般比盐析法易过滤或离心沉降。分离后的蛋白质沉淀应立即用水或缓冲液溶解以降低有机溶剂的浓度。操作时的pH值大多数控制在待沉淀蛋白质等电点附近。有机溶剂在中性盐存在时能增加蛋白质的溶解度减少变性和提高分离的效果。一般在有机溶剂沉淀时添加中性盐的浓度在0.05mol左右,过多不仅耗费有机溶剂,而且可能导致沉淀不好.沉淀的条件一经确定,就必须严格控制,才能得到重复性结果.有机溶剂浓度通常以有机溶剂和水容积比或用百分浓度素示.故操作条件比盐析法严格。
⑺凝胶层析
属最常用的蛋白质分离方法。系混合物随流动相流经装有凝胶作为固定相的层析柱时,混合物中各物质因分子大小不同而被分离的技术。所指凝胶从广义上说是一类具有三维空间多孔网状结构的物质,如天然物质中的马铃薯淀粉及琼脂糖凝胶,人工合成品的葡聚糖凝胶及带离子交换基团的葡聚糖凝胶等。把适当的
凝胶颗粒装填到玻璃管中制成层析柱,于柱内加入欲分离的混合物,然后用大量蒸镏水或其它稀溶液洗柱,由于混合物中各物质的分子大小和形状不同,在洗柱过程中,分子量最大的物质不能进入凝胶网孔而沿凝胶颗粒间的空隙最先流出柱外。分子量最小的物质因能进入凝胶网孔而受阻滞,流速缓慢,致使最后流出柱外,整个过程和过滤相似。
综上所述,多肽与蛋白质的提取与分离的方法很多,近年来,随着科技的进步,又出现了新的分离方法,如毛细血管电色谱﹑整体住等,David M.Lubman ③研究小组致力于加压毛细管电色谱的研究,他们同时结合了色谱模式﹑电泳分离机理,实现对多肽,蛋白质消解产物的分离。
参考文献:
①赵骏,宫霞,郭本恒。乳酪蛋白源ACE抑制肽的分离纯化「J」。中国乳品工业,2006,34(6):8-11.
②吴亚丽,邓毛程,梁世中。反相高效液相色谱法在降血压肽分离与纯化中应用的研究「J」。广东轻工职业技术学院学报,2007,6(3):27-29.
③P.q.Huang,J.T.Wu,D.M.Lubman,Anal,Chem,1998,70,3003.
多肽与蛋白质的提取与分离
班级:2009级化学工程与工艺
姓名:闫彩霞
学号:00910124
指导老师:韩景芬
生物化学试题库及其答案——蛋白质的生物合成 (1)
一、选择题 1.下列有关mRAN的论述,正确的一项是() A、mRNA是基因表达的最终产物 B、mRNA遗传密码的阅读方向是3′→5′ C、mRNA遗传密码的阅读方向是3′→5′ D、mRNA密码子与tRNA反密码子通过A-T,G-C配对结合 E、每分子mRNA有3个终止密码子 2.下列反密码子中能与密码子UAC配对的是() A、AUG B、AUI C、ACU D、GUA 3.下列密码子中,终止密码子是() A、UUA B、UGA C、UGU D、UAU 4.下列密码子中,属于起始密码子的是() A、AUG B、AUU C、AUC D、GAG 5.下列有关密码子的叙述,错误的一项是() A、密码子阅读是有特定起始位点的 B、密码子阅读无间断性 C、密码子都具有简并性 D、密码子对生物界具有通用性 6.密码子变偶性叙述中,不恰当的一项是() A、密码子中的第三位碱基专一性较小,所以密码子的专一性完全由前两位决定 B、第三位碱基如果发生了突变如A G、C U,由于密码子的简并性与变 偶性特点,使之仍能翻译出正确的氨基酸来,从而使蛋白质的生物学功能不变 C、次黄嘌呤经常出现在反密码子的第三位,使之具有更广泛的阅读能力,(I-U、I-C、I-A)从而可减少由于点突变引起的误差 D、几乎有密码子可用或表示,其意义为密码子专一性主要由头两个 碱基决定 7.关于核糖体叙述不恰当的一项是() A、核糖体是由多种酶缔合而成的能够协调活动共同完成翻译工作的多酶复合体 B、核糖体中的各种酶单独存在(解聚体)时,同样具有相应的功能 C、在核糖体的大亚基上存在着肽酰基(P)位点和氨酰基(A)位点 D、在核糖体大亚基上含有肽酰转移酶及能与各种起始因子,延伸因子,释放因 子和各种酶相结合的位点 8.tRNA的叙述中,哪一项不恰当() A、tRNA在蛋白质合成中转运活化了的氨基酸 B、起始tRNA在真核原核生物中仅用于蛋白质合成的起始作用 C、除起始tRNA外,其余tRNA是蛋白质合成延伸中起作用,统称为延伸tRNA D、原核与真核生物中的起始tRNA均为fMet-tRNA 9.tRNA结构与功能紧密相关,下列叙述哪一项不恰当() A、tRNA的二级结构均为“三叶草形” B、tRNA3′-末端为受体臂的功能部位,均有CCA的结构末端 C、TyC环的序列比较保守,它对识别核糖体并与核糖体结合有关
生物化学蛋白质的结构与功能试题及答案
第一章蛋白质的结构与功能 [测试题] 一、名词解释:1.氨基酸 2.肽 3.肽键 4.肽键平面 5.蛋白质一级结构 6.α-螺旋 7.模序 8.次级键 9.结构域 10.亚基 11.协同效应 12.蛋白质等电点 13.蛋白质的变性 14.蛋白质的沉淀 15.电泳 16.透析 17.层析 18.沉降系数 19.双缩脲反应 20.谷胱甘肽 二、填空题 21.在各种蛋白质分子中,含量比较相近的元素是____,测得某蛋白质样品含氮量为15.2克,该样品白质含量应为____克。 22.组成蛋白质的基本单位是____,它们的结构均为____,它们之间靠____键彼此连接而形成的物质称为____。 23.由于氨基酸既含有碱性的氨基和酸性的羧基,可以在酸性溶液中带____电荷,在碱性溶液中带____电荷,因此,氨基酸是____电解质。当所带的正、负电荷相等时,氨基酸成为____离子,此时溶液的pH值称为该氨基酸的____。 24.决定蛋白质的空间构象和生物学功能的是蛋白质的____级结构,该结构是指多肽链中____的排列顺序。25.蛋白质的二级结构是蛋白质分子中某一段肽链的____构象,多肽链的折叠盘绕是以____为基础的,常见的二级结构形式包括____,____,____和____。 26.维持蛋白质二级结构的化学键是____,它们是在肽键平面上的____和____之间形成。 27.稳定蛋白质三级结构的次级键包括____,____,____和____等。 28.构成蛋白质的氨基酸有____种,除____外都有旋光性。其中碱性氨基酸有____,____,____。酸性氨基酸有____,____。 29.电泳法分离蛋白质主要根据在某一pH值条件下,蛋白质所带的净电荷____而达到分离的目的,还和蛋白质的____及____有一定关系。 30.蛋白质在pI时以____离子的形式存在,在pH>pI的溶液中,大部分以____离子形式存在,在pH 生物化学-蛋白质化学练习含答案 第三章蛋白质化学练习卷 一、填空题 (一)基础知识填空 1. 组成蛋白质的碱性氨基酸 有、 和。酸性氨基酸有 和。 2. 在下列空格中填入合适的氨基酸名称。 (1) 是带芳香族侧链的极性氨基酸。 (2) 和是带芳香族侧链的非极性氨基酸。 (3) 和是含硫的氨基酸。 (4) 是最小的氨基酸, 是亚氨基酸。 (5)在一些酶的活性中心起重要作用并 含有羟基的分子量较小的氨基酸 是,体内还有另两个含羟基的氨基酸分别是 和。 3. 氨基酸在等电点时,主要以 离子形式存在,在pH>pI的溶液中,大部分以离子形式存在,在 pH 6. 个以内的氨基酸残基所组 成的肽称为寡肽。 7. 1953年维格诺尔德(D. Vingneaud) 第一次用化学法合成了具有生物活性 的肽—,因而获得诺贝尔奖。 9. 人工合成肽时常用的氨基保护基有、、、 。 10. 胰蛋白酶能水解和 的氨基酸的羧基所形成的肽键。 11. 胰凝乳蛋白酶能水解、 和的氨基酸的羧基侧所形成的肽键。 12. 溴化氰能水解羧基侧所 形成的肽键。13. 拆开蛋白质分子中二硫键的常用的 方法有一种还原法,其常用的试剂 是。 14. 蛋白质之所以出现各种无穷的构象 主要是因为键和键 能有不同程度的转动。 15. Pauling等人提出的蛋白质α螺旋模型,每圈螺旋包含 氨基酸残基,高度为 nm。每个氨基酸残基上升 nm。 16. 一般来说,球状蛋白质的 性氨基酸侧链位于分子内部, 性氨基酸侧链位于分子表面。 17. 维持蛋白质一级结构的化学键是 和。 18. 维持蛋白质二级结构的化学键 是。 3 蛋白质的提取和分离专题训练 一.选择题 1.下列有关蛋白质的提取和分离的操作,其中排序正确的是()。 A.样品处理、凝胶色谱操作、SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳 B.样品处理、凝胶色谱操作、纯化C.样品处理、粗分离、纯化、纯度鉴定D.样品处理、纯化、粗分离、纯度鉴定 2.下列对在凝胶柱上加入样品和洗脱的操作不正确的是()。 A.加样前要使柱内凝胶面上的缓冲液下降到与凝胶面平齐 B.让吸管管口沿管壁环绕移动,贴壁加样至色谱柱顶端,不要破坏凝胶面 C.打开下端出口,待样品完全进入凝胶层后直接连接缓冲液洗脱瓶开始洗脱 3.在蛋白质的提取和分离中,下列对样品处理过程的分析正确的是()。 A.洗涤红细胞的目的是去除血浆中的葡萄糖、无机盐 B.洗涤时离心速度过小,时间过短,白细胞等会沉淀,达不到分离的结果 C.洗涤过程选用质量分数0.1%的NaCl溶液(生理盐水) D.透析的目的是去除样品中相对分子质量较小的杂质 4.下列是有关血红蛋白提取和分离的相关操作,其中正确的是()。 A.可采集猪血作为实验材料B.用蒸馏水重复洗涤红细胞 C.血红蛋白释放后应低速短时间离心 D.洗脱液接近色谱柱底端时开始收集流出液 5.蛋白质的分离与纯化技术是蛋白质研究的重要技术。下列叙述不正确的是()。 A.根据蛋白质分子不能透过半透膜的特性,可将样品中各种不同的蛋白质分离 B.根据蛋白质所带电荷性质的差异及分子大小等,可通过电泳分离蛋白质 C.根据蛋白质相对分子质量的大小,可通过凝胶色谱法分离蛋白质 D.根据蛋白质的分子大小、密度不同,可通过离心沉降法分离蛋白质 6.凝胶色谱法分离蛋白质时使用的凝胶是交联葡聚糖凝胶(SephadexG—75),其中G、75的含义分别是()。 A.G表示凝胶的使用量,75表示加75 g水 B.G表示凝胶的交联程度,75表示需加热75 ℃ C.G表示凝胶的交联程度、膨胀程度及分离范围,75表示每克凝胶膨胀时吸水7.5 g D.G表示凝胶的膨胀体积,75表示每克凝胶膨胀后体积可达75 cm3 7.用凝胶色谱法分离蛋白质时,相对分子质量大的蛋白质()。 A.路程较长,移动速度较慢B.路程较长,移动速度较快 C.路程较短,移动速度较慢D.路程较短,移动速度较快 8.下列关于蛋白质提取和分离实验中样品处理步骤的描述,正确的是()。 A.红细胞的洗涤:加入蒸馏水,缓慢搅拌,低速短时间离心 B.血红蛋白的释放:加入生理盐水和甲苯,置于磁力搅拌器上充分搅拌 C.分离血红蛋白:将搅拌好的混合液离心,过滤后,用分液漏斗分离 D.透析:将血红蛋白溶液装入透析袋,然后置于pH为4.0的磷酸缓冲液中透析12 h 9.下列各项中不属于电泳使样品中各分子分离的原因的是()。 A.分子带电性质的差异B.分子的大小C.分子的形状D.分子的变性温度10.下列有关提取和分离血红蛋白的程序叙述错误的是()。 A.样品的处理就是通过一系列操作收集到血红蛋白溶液 B.通过透析可以去除样品中相对分子质量较大的杂质,此为样品的粗提取 C.可通过凝胶色谱法将相对分子质量大的杂质蛋白除去,即样品的纯化 D.可通过SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳鉴定血红蛋白的纯度 11.下列有关蛋白质提取和分离的叙述中,错误的是()。 A.透析法分离蛋白质的原理是利用蛋白质不能通过半透膜的特性 B.采用透析法使蛋白质与其他小分子化合物分离开来 C.离心沉降法通过控制离心速率使分子大小、密度不同的蛋白质分离 D.蛋白质在电场中可以向与其自身所带电荷相同的电极移动 简单蛋白质:完全由氨基酸构成的蛋白质 结合蛋白质:由AAs和其他非蛋白质化合物所组成 球状蛋白质:多肽链能够折叠,使分子外形成为球状的蛋白质。 纤维状蛋白质:能够聚集为纤维状或细丝状的蛋白质。主要起结构蛋白的作用,其多肽链沿一个方向伸展或卷曲,其结构主要通过多肽链之间的氢键维持。 单体蛋白质:仅含有AAs 寡聚蛋白质:由两个以上、十个以下亚基或单体通过非共价连接缔合而成的蛋白质。 等电点:蛋白质或两性电解质(如氨基酸)所带净电荷为零时溶液的pH,此时蛋白质或两性电解质在电场中的迁移率为零。符号为pI。 氨基酸残基:在多肽链中的氨基酸,由于其部分基团参与了肽键的形成,剩余的结构部分则称氨基酸残基。它是一个分子的一部分,而不是一个分子。氨基酸的氨基上缺了一个氢,羧基上缺了一个羟基。简单的说,氨基酸残基就是指不完整的氨基酸。一个完整的氨基酸包括一个羧基(—COOH),一个氨基(—NH2),一个H,一个R基。缺少一个部分都算是氨基酸残基,并没有包括肽键的。 钛键:氨基和羧基脱去一分子水形成的化学键。 钛键平面:肽键所在的酰胺基成为的刚性平面。由于肽键具有部分双键性质,使得肽基的六个原子共处一个平面,称为肽平面。 同源蛋白质:在不同有机体中实现同一功能的蛋白质。(结构和功能类似的蛋白质。) 蛋白质一级结构:蛋白质多肽链的氨基酸通过肽键连接形成的线性序列。 蛋白质二级结构:指多肽链借助H键折叠盘绕成沿一维方向具有周期性结构的构象。 构象:分子的三维结构即分子中的所有原子在空间的位置总和。 构型:分子中的原子在空间的相对取向。 α-螺旋:它是蛋白质当中最为常见、最丰富的二级结构。多肽主链沿中心轴盘绕成右手或左手螺旋;每个螺旋周期有3.6个氨基酸残基,螺距0.54nm,螺旋直径0.5nm;氨基酸残基侧链伸向外侧;同一肽链上的每个残基的酰胺氢原子和位于它后面的第4个残基上的羰基氧原子之间形成氢键,并且与螺旋轴保持大致上的平行。此外,肽键上的酰胺氢和羰基氧既能形成内部氢键,也能与水分子形成外部氢键。 β-折叠:常见的蛋白质的二级结构之一。呈片状,肽链主链取锯齿状折叠构象;肽链走向可能是平行的,也可能是反平行的。两条或多条肽链之间侧向聚集在一起,相邻多肽链羰基氧和酰胺氢之间形成氢键,氢键与肽链的长轴几乎呈直角;侧链R基交替分布于片层平面两侧。 β-转角:它大多分布在球状蛋白质分子表面,以改变肽链。它是一个发夹式转折,其特点是在于多肽链中第n个残基的一CO基与第n+3个残基的-NH基形成氢键。因此,一个多肽链的走向可以得到很好的扭转。因此,β-转角在球状蛋白质中是重要的二级结构,起到连接其他二级结构的作用。 超二级结构:蛋白质中,由若干相邻的二级结构单元组合在一起,彼此相互作用,形成有规则、在空间上能辨认的二级结构组合体,以充当三级结构的构件。 结构域:对于较大的蛋白质分子(或亚基),多肽链往往由两个或两个以上相对独立的三维实体缔合而成三级结构,这种独立的折叠单位称为结构域。 蛋白质三级结构:指多肽链在二级结构的基础上借助各种次级键进一步盘绕成具有特定肽链走向的紧密球状构象。 蛋白质四级结构:具三级结构的球状蛋白质以非共价键缔合在一起,形成的聚集体称为蛋白质的四级结构。其中每个球状蛋白质称为亚基。 疏水相互作用:非极性的基团在极性溶液中相互靠近的相互作用。 别构蛋白质:是指除了具有结合底物的活性部位,还具有结合调节物别构部位的蛋白质。别构蛋白的活性部位和别构部位可以分属不同的亚基(活性亚基和调节亚基),活性部位之间以及活性部位与调节部位之间通过蛋白质构象的变化而相互作用。 蛋白质提取与制备蛋白质种类很多,性质上的差异很大,既或是同类蛋白质,因选用材料不同,使用方法差别也很大,且又处于不同的体系中,因此不可能有一个固定的程序适用各类蛋白质的分离。但多数分离工作中的关键部分基本手段还是共同的,大部分蛋白质均可溶于水、稀盐、稀酸或稀碱溶液中,少数与脂类结合的蛋白质溶于乙醇、丙酮及丁醇等有机溶剂中。因此可采用不同溶剂提取、分离及纯化蛋白质和酶。 蛋白质与酶在不同溶剂中溶解度的差异,主要取决于蛋白分子中非极性疏水基团与极性亲水基团的比例,其次取决于这些基团的排列和偶极矩。故分子结构性质是不同蛋白质溶解差异的内因。温度、pH、离子强度等是影响蛋白质溶解度的外界条件。提取蛋白质时常根据这些内外因素综合加以利用。将细胞内蛋白质提取出来。并与其它不需要的物质分开。但动物材料中的蛋白质有些可溶性的形式存在于体液(如血浆、消化硫等)中,可以不必经过提取直接进行分离。蛋白质中的角蛋白、胶原及丝蛋白等不溶性蛋白质,只需要适当的溶剂洗去可溶性的伴随物,如脂类、糖类以及其他可溶性蛋白质,最后剩下的就是不溶性蛋白质。这些蛋白质经细胞破碎后,用水、稀盐酸及缓冲液等适当溶剂,将蛋白质溶解出来,再用离心法除去不溶物,即得粗提取液。水适用于白蛋白类蛋白质的抽提。如果抽提物的pH用适当缓冲液控制时,共稳定性及溶解度均能增加。如球蛋白类能溶于稀盐溶液中,脂蛋白可用 稀的去垢剂溶液如十二烷基硫酸钠、洋地黄皂苷(Digitonin)溶液或有机溶剂来抽提。其它不溶于水的蛋白质通常用稀碱溶液抽提。 蛋白质类别和溶解性质 白蛋白和球蛋白: 溶于水及稀盐、稀酸、稀碱溶液,可被50%饱和度硫酸铵析出。真球蛋白: 一般在等电点时不溶于水,但加入少量的盐、酸、碱则可溶解。 拟球蛋白: 溶于水,可为50%饱和度硫酸铵析出 醇溶蛋白: 溶于70~80%乙醇中,不溶于水及无水乙醇 壳蛋白: 在等电点不溶于水,也不溶于稀盐酸,易溶于稀酸、稀碱溶液 精蛋白: 溶于水和稀酸,易在稀氨水中沉淀 组蛋白: 溶于水和稀酸,易在稀氨水中沉淀 硬蛋白质: 不溶于水、盐、稀酸及稀碱 缀合蛋白(包括磷蛋白、粘蛋白、糖蛋白、核蛋白、脂蛋白、血红蛋白、金属蛋白、黄素蛋白和氮苯蛋白等) : 此类蛋白质溶解性质随蛋白质与非蛋白质结合部分的不同而异,除脂蛋白外,一般可溶于稀酸、稀碱及盐溶液中,脂蛋白如脂肪部分露于外,则脂溶性占优势,如脂肪部分被包围于分子之中,则水溶性占优势。 蛋白质的制备是一项十分细致的工作。涉及物理学、化学和生物学的知识很广。近年来虽然有了不改进,但其主要原理仍不外乎两个方面: 一是利用混合物中几个组分分配率的差别,把它们分配于可用机械方法分离的两个或几个物相中,如盐析、有机溶剂提取、层析和结晶等; 二是将混合物置于单一物相中,通过物理力场的作用使各组分分配于不同区域而达到分离的目的,如电泳、超离心、超滤等。由于蛋白质不能溶化,也不能蒸发,所能分配的物相只限于固相和液相,并在这两相间互相交替进行分离纯化。 制备方法可按照分子大小、形状、带电性质及溶解度等主要因素进行分类。按分子大小和形态分为差速离心、超滤、分子筛及透析等方法;按溶解度分为盐析、溶剂抽提、分配层析、逆流分配及结晶等方法;按电荷差异分为电泳、电渗析、等电点沉淀、离子交换层析及吸附层析等;按生物功能专一性有亲合层析法等。 由于不同生物大分子结构及理化性质不同,分离方法也不一样。即同一类生物大分子由于选用材料不同,使用方法差别也很大。因此很难有一个统一标准的方法对任何蛋白质均可循用。因此实验前应进行充分调查研究,查阅有关文献资料,对欲分离提纯物质的物理、化学及生物学性质先有一定了解,然后 生物化学 第一章蛋白质化学 第一节蛋白质的重要性 ?蛋白质是机体最丰富的有机分子,占人体重量的16~20%,占干重的45%,肺组织高达80%。 ?蛋白质的生物学功能:生物催化作用、调节作用(激素,基因表达调控作用)、免疫防御与保护作用(细胞因子、补体、抗体)、转运和储存作用(转运蛋白)、结构功能(保护和维持细胞、组织、器官的正常生理形态,细胞骨架)、运动与支撑作用、信息接收 传递作用(受体蛋白)、生物膜功能 ?蛋白质组学:蛋白质组指的是基因组编码的全部蛋白质,即包括一种细胞乃至一种生物所表达的全部蛋白质;蛋白质组学本质上指的是在机体整体水平上系统地研究蛋白质的 特征,包括蛋白质的表达水平、翻译后的修饰、蛋白与蛋白相互作用等,由此获得蛋白 质水平上的关于疾病发生、细胞代等过程的整体而全面的认识。 第二节蛋白质的化学组成 ?蛋白质含氮量平均为16%,蛋白质的含量=含氮量x6.25。 ?天然存在的氨基酸约180种,组成蛋白质的氨基酸只有20余种(基本氨基酸)。 ?基本氨基酸的共同特点:①除脯氨酸为α-亚氨基酸外,其他组成蛋白质的基本氨基酸均为α-氨基酸;②除甘氨酸外,其他氨基酸的α-碳原子为手性碳原子,且天然蛋白质中基本氨基酸皆为L-型;③不同的氨基酸的R链不同,对蛋白质的空间结构和理化性质有重要影响。 ?20种常见氨基酸的名称和结构式(见书P11) ?氨基酸的分类非极性R基氨基酸:丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、色氨酸;极性不带电R基氨基酸(易溶于水):甘氨酸、丝氨酸、 氨酸、酪氨酸、半胱氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺;带负电的R基氨基酸:天冬氨酸、谷氨酸;带正电的R基氨基酸:赖氨酸、组氨酸、精氨酸。 ?氨基酸的物理性质:①高熔点,200℃以上,以离子状态存在;②一般均溶于水,溶于强酸、强碱;不溶于乙醚、氯仿等有机溶剂;③氨基酸一般有味;④除甘氨酸外均有旋 光性。 ?氨基酸的化学性质:①两性解离与等电点:pH高于等电点带负电,低于等电点带正电。 等电点时主要以两性离子存在,极少量以中性分子存在。中性氨基酸的pI在微酸性围,践行氨基酸的pI在碱性围,酸性氨基酸的pI在酸性围。②紫外吸收性质:色氨酸(280nm)、酪氨酸(275nm)和苯丙氨酸(257nm)含有苯环共轭双键系统,具有紫外吸收特性。③茚三酮反应:与大多数α-氨基酸加热反应产生蓝紫色物质,与脯氨酸、羟脯氨酸反应呈黄色,与天冬酰胺反应呈棕色;④α-羧基的反应:与碱、醇、硼氢化锂反应;⑤R基的反应:Million反应(Tyr-红色)、Folin反应(Tyr-蓝色)、坂口反应(Arg-红色)、Pauly反应(His、Tyr-橘红色)、乙醛酸的反应(Trp-紫红色环)。 ?氨基酸的功能:①寡肽、多肽、蛋白质的基本结构单位;②多种生物活性物质的前体; ③作为神经递质或神经营养素;④参与生物体的物质代和能量代。 第三节蛋白质的分子结构 ?蛋白质的一级结构包括:①组成蛋白质的多肽链的数目;②多肽链的氨基酸顺序;③多肽链或链间二硫键的数目和位置。 ?体多肽和蛋白质生物合成时,均是从氨基端开始,延长到羧基端终止,因此N末端被定为多肽链的头。 ?蛋白质一级结构的概念:蛋白质是由不同种类、数量和排列顺序的氨基酸,通过肽键而构成的高分子有机含氮化合物。它是蛋白质作用的特异性、空间结构的差异性和生物学 蛋白质的分离纯化方法 2.1根据分子大小不同进行分离纯化 蛋白质是一种大分子物质,并且不同蛋白质的分子大小不同,因此可以利用一些较简单的方法使蛋白 质和小分子物质分开,并使蛋白质混合物也得到分离。根据蛋白质分子大小不同进行分离的方法主要有透析、超滤、离心和凝胶过滤等。透析和超滤是分离蛋白质时常用的方法。透析是将待分离的混合物放入半透膜制成的透析袋中,再浸入透析液进行分离。超滤是利用离心力或压力强行使水和其它小分子通过半透膜,而蛋白质被截留在半透膜上的过程。这两种方法都可以将蛋白质大分子与以无机盐为主的小分子分开。它们经常和盐析、盐溶方法联合使用,在进行盐析或盐溶后可以利用这两种方法除去引入的无机盐。由于超滤过程中,滤膜表面容易被吸附的蛋白质堵塞,以致超滤速度减慢,截流物质的分子量也越来越小。所以在使用超滤方法时要选择合适的滤膜,也可以选择切向流过滤得到更理想的效果离心也是经常和其它方法联合使用的一种分离蛋白质的方法。当蛋白质和杂质的溶解度不同时可以利用离心的方法将它们分开。例如,在从大米渣中提取蛋白质的实验中,加入纤维素酶和α-淀粉酶进行预处理后,再用离心的方法将有用物质与分解掉的杂质进行初步分离[3]。使蛋白质在具有密度梯度的介质中离心的方法称为密度梯度(区带)离心。常用的密度梯度有蔗糖梯度、聚蔗糖梯度和其它合成材料的密度梯度。可以根据所需密度和渗透压的范围选择合适的密度梯度。密度梯度离心曾用于纯化苏云金芽孢杆菌伴孢晶体蛋白,得到的产品纯度高但产量偏低。蒋辰等[6]通过比较不同密度梯度介质的分离效果,利用溴化钠密度梯度得到了高纯度的苏云金芽孢杆菌伴孢晶体蛋白。凝胶过滤也称凝胶渗透层析,是根据蛋白质分子大小不同分离蛋白质最有效的方法之一。凝胶过滤的原理是当不同蛋白质流经凝胶层析柱时,比凝胶珠孔径大的分子不能进入珠内网状结构,而被排阻在凝胶珠之外,随着溶剂在凝胶珠之间的空隙向下运动并最先流出柱外;反之,比凝胶珠孔径小的分子后流出柱外。目前常用的凝胶有交联葡聚糖凝胶、聚丙烯酰胺凝胶和琼脂糖凝胶等。在甘露糖蛋白提纯的过程中使用凝胶过滤方法可以得到很好的效果,纯度鉴定证明产品为分子量约为32 kDa、成分是多糖∶蛋白质(88∶12)、多糖为甘露糖的单一均匀糖蛋白[1]。凝胶过滤在抗凝血蛋白的提取过程中也被用来除去大多数杂蛋白及小分子的杂质[7]。 2.2 根据溶解度不同进行分离纯化 影响蛋白质溶解度的外部条件有很多,比如溶液的pH值、离子强度、介电常数和温度等。但在同一条件下,不同的蛋白质因其分子结构的不同而有不同的溶解度,根据蛋白质分子结构的特点,适当地改变外部条件,就可以选择性地控制蛋白质混合物中某一成分的溶解度,达到分离纯化蛋白质的目的。常用的方法有等电点沉淀和pH值调节、蛋白质的盐溶和盐析、有机溶剂法、双水相萃取法、反胶团萃取法等。 等电点沉淀和pH值调节是最常用的方法。每种蛋白质都有自己的等电点,而且在等电点时溶解度最 蛋白质的提取与纯化 一,蛋白质的提取 大部分蛋白质都可溶于水、稀盐、稀酸或碱溶液,少数与脂类结合的蛋白质则溶于乙醇、丙酮、丁醇等有机溶剂中,因些,可采用不同溶剂提取分离和纯化蛋白质及酶。 (一)水溶液提取法 稀盐和缓冲系统的水溶液对蛋白质稳定性好、溶解度大、是提取蛋白质最常用的溶剂,通常用量是原材料体积的1-5倍,提取时需要均匀的搅拌,以利于蛋白质的溶解。提取的温度要视有效成份性质而定。一方面,多数蛋白质的溶解度随着温度的升高而增大,因此,温度高利于溶解,缩短提取时间。但另一方面,温度升高会使蛋白质变性失活,因此,基于这一点考虑提取蛋白质和酶时一般采用低温(5度以下)操作。为了避免蛋白质提以过程中的降解,可加入蛋白水解酶抑制剂(如二异丙基氟磷酸,碘乙酸等)。 下面着重讨论提取液的pH值和盐浓度的选择。 1、pH值 蛋白质,酶是具有等电点的两性电解质,提取液的pH值应选择在偏离等电点两侧的pH 范围内。用稀酸或稀碱提取时,应防止过酸或过碱而引起蛋白质可解离基团发生变化,从而导致蛋白质构象的不可逆变化,一般来说,碱性蛋白质用偏酸性的提取液提取,而酸性蛋白质用偏碱性的提取液。 2、盐浓度 稀浓度可促进蛋白质的溶,称为盐溶作用。同时稀盐溶液因盐离子与蛋白质部分结合,具有保护蛋白质不易变性的优点,因此在提取液中加入少量NaCl等 中性盐,一般以0.15摩尔。升浓度为宜。缓冲液常采用0.02-0.05M磷酸盐和碳酸盐等渗盐溶液。 (二)有机溶剂提取法 一些和脂质结合比较牢固或分子中非极性侧链较多的蛋白质和酶,不溶于水、稀盐溶液、稀酸或稀碱中,可用乙醇、丙酮和丁醇等有机溶剂,它们具的一定的亲水性,还有较强的亲脂性、是理想的提脂蛋白的提取液。但必须在低温下操作。丁醇提取法对提取一些与脂质结合紧密的蛋白质和酶特别优越,一是因为丁醇亲脂性强,特别是溶解磷脂的能力强;二是丁醇兼具亲水性,在溶解度范围内(度为10%,40度为6.6%)不会引起酶的变性失活。另外,丁醇提取法的pH及温度选择范围较广,也适用于动植物及微生物材料。 二、蛋白质的分离纯化 蛋白质的分离纯化方法很多,主要有: (一)根据蛋白质溶解度不同的分离方法 1、蛋白质的盐析 中性盐对蛋白质的溶解度有显著影响,一般在低盐浓度下随着盐浓度升高,蛋白质的溶解度增加,此称盐溶;当盐浓度继续升高时,蛋白质的溶解度不同程度下降并先后析出,这种现象称盐析,将大量盐加到蛋白质溶液中,高浓度的盐离子(如硫酸铵的SO4和NH4)有很强的水化力,可夺取蛋白质分子的水化层,使之“失水”,于是蛋白质胶粒凝结并沉淀析出。盐析时若溶液pH在蛋白质等电点则效果更好。由于各种蛋白质分子颗粒大小、亲水程度不同,故盐析所需的盐浓度也不一样,因此调节混合蛋白质溶液中的中性盐浓度可使各种蛋白质分段沉淀。 第三章蛋白质化学练习卷 一、填空题 (一)基础知识填空 1. 组成蛋白质的碱性氨基酸有、和。酸性氨基酸有和。 2. 在下列空格中填入合适的氨基酸名称。 (1) 是带芳香族侧链的极性氨基酸。 (2) 和是带芳香族侧链的非极性氨基酸。 (3) 和是含硫的氨基酸。 (4) 是最小的氨基酸,是亚氨基酸。 (5)在一些酶的活性中心起重要作用并含有羟基的分子量较小的氨基酸 是,体内还有另两个含羟基的氨基酸分别是 和。 3. 氨基酸在等电点时,主要以离子形式存在,在pH>pI的溶液中, 大部分以离子形式存在,在pH 单元测试一:蛋白质化学 班级:姓名:分数: 一.填空题(每空1.5分,共30分) 1.当溶液pH等于某种氨基酸的等电点时,其带_ 零 _电荷;当溶液pH大于某种氨基酸的等电点时,其带_ 负 _电;溶液pH小于某种氨基酸的等电点时,其带_ 正电。 2.盐浓度低时,盐的加入使蛋白质的溶解度_ 增大 _,称为_ 盐溶__现象。当盐浓度高时,盐的加入使蛋白质的溶解度降低,称为盐析现象。 3.由甘氨酸、赖氨酸、谷氨酸、丙氨酸、丝氨酸、天冬氨酸6种氨基酸残基组成的肽链 有 5 个肽平面,有 3 个游离羧基。 4.蛋白质分子结构包括一级结构和二级结构。 蛋白质的一级结构是由氨基酸通过肽键连接而成的多肽链。 6.蛋白质分子的基本组成单位是氨基酸。蛋白质的一级结构维持作用力是肽 键。蛋白质的分子结构决定蛋白质的性质和功能。 7.蛋白质二级结构主要有 a螺旋和B折叠形状,维持其稳定结构的化学键是 氢键。 判断题 1.用凝胶过滤(Sephadex G-100)柱层析分离蛋白质时,总是分子量大的先被洗脱下来,分子量小的后下来。对 2.变性后,蛋白质的溶解度增加(减小),这是因为电荷被中和(空间结构被破坏),以及水化膜破坏所引起的。错 3.变性后(物理变性不可逆,化学变性可逆,可复性)的蛋白质在一定条件下,有些还能复性,恢复其生物学功能。对 4.有机溶剂沉淀法分离纯化蛋白质的优点是有机溶剂容易蒸发除去,且不会使蛋白质变性。错 5.蛋白质分子的种类和差别,是由其空间结构决定的。错(一级结构) 6.蛋白质主要是由C、H、O、N四种元素组成。对 7.氨基酸通过肽键连接而成的化合物称为肽。对 8.天然蛋白质的基本组成单位主要是L-α-氨基酸。对 9.肽键(-CO-NH-)中的C-N键可自由旋转,使多肽链出现多种构象。错(不可旋转) 10.维持蛋白质二级结构的化学键是氢键及范德华力(不是)。错 11.蛋白质一级结构对空间结构起决定作用,空间结构的改变会引起功能的改变。对 12.维持蛋白质二级结构稳定的主要作用力是氢键。对 13.蛋白质必须具有四级结构才具有生物活性。错(肌球蛋白是三级结构可存活) 14.蛋白质四级结构中的每个亚基单独都具有生物活性。错(不具有活性) 15.具有四级结构的蛋白质分子一定是由两条或两条以上的多肽链组成的。对 16.溶液中带电粒子在电场中向电性相同(相反)的电极移动,这种现象称为电泳。错 17.溶液pH值等于7时,蛋白质不带电荷。错 18.加热、紫外线、X射线均可破坏蛋白质的空间结构。对 蛋白质的提取和分离 【教学目标】 1.知道蛋白质分离和提取技术的基本原理。 2.能进行血清蛋白的提取和分离。 3.尝试提取和检测牛奶中的酪蛋白。 4.尝试卵清蛋白的分离。 【教学重难点】 1.知道蛋白质分离和提取技术的基本原理。 2.能进行血清蛋白的提取和分离。 【教学过程】 一、蛋白质分离提纯技术 1.将生物体内的蛋白质提取出来并加以分离,就可以得到高纯度的、甚至是单一种类的蛋白质。 2.蛋白质分离提纯技术包括离心技术、层析技术和电泳技术等。其中,电泳技术最为快捷灵敏、简便易行。 二、电泳技术及分离蛋白质的原理 1.电泳现象:带电粒子在电场中可以向与其自身所带电荷相反的电极方向移动。电泳常用的支持物是聚丙烯酰胺凝胶,由此而来的技术称为聚丙烯酰胺凝胶电泳。 2.电泳技术分离蛋白质的原理: (1)蛋白质含有游离的氨基和羧基,是两性电解质,在一定pH条件下带有电荷。 (2)蛋白质所带的电荷数越多,移动得越快;电荷数相同时,分子量越小,则移动越快。 (3)不同蛋白质的混合溶液,在经过同一个电场电泳后,会在凝胶上形成不同的带纹。每一种带纹可能就是一种蛋白质。将这些带纹一个一个地剪下来,分别予以洗脱,然后对洗脱液中的蛋白质做进一步的分离。如果待测洗脱液不能再分离,则这个带纹中很可能含有一种单纯蛋白质。如果待测洗脱液还能再分离,则这个带纹中含有多种蛋白质,需要作进一步分离,直至提纯。 三、血清蛋白的提取和分离 1.新鲜血液在体外凝固后,会析出清亮的淡黄色液体——血清。血清中含有丙种球蛋白、 凝集素等多种蛋白质。 2.过程: (1)点样:取新制血清与蔗糖溶液及溴酚蓝指示剂等体积混匀后,小心加到电泳样品槽的胶面上。 (2)电泳。 (3)染色:取出凝胶,放入质量分数为0.05%的考马斯亮蓝R250染色液中。染色与固定同时进行,使染色液没过胶板,染色30min。 (4)脱色:用体积分数为7%的醋酸溶液浸泡漂洗数次,每隔1~2h更换脱色液,直至底色脱净,背景清晰。 (5)制干胶板:将已脱色的凝胶板放在保存液中浸泡3~4h,然后放在两层透气玻璃纸中间,自然干燥即可获得血清蛋白的电泳谱带。 四、其他蛋白质的提取与分离 1.牛奶中酪蛋白的提取与检测: 当pH=4.8时,酪蛋白的溶解度降低,并析出沉淀。用酒精除去酪蛋白沉淀中的脂肪后,即得到纯的酪蛋白。 酪蛋白中含有酪氨酸,能与米伦试剂起颜色反应,首先生成白色沉淀,加热后变成红色。 2.卵清蛋白质的分离: 选取鸡、鸭、鹅、鹌鹑等动物的新鲜卵清做实验材料。采用电泳法分离卵清蛋白质。 自主思考: 可否利用蛋白质的提取与分离技术快速诊断早期癌变? 提示:可以。只需从早期患者的尿液、血液或细胞裂解液中提取少量蛋白质样品,采用蛋白质指纹图谱技术,就可以更加快速、简便、准确地对细胞癌变做出诊断。 探究一:蛋白质的分离原理 问题导引: 为年老多病的人注射丙种球蛋白,可以在一定程度上增强其身体的抵抗力。在动物体内,丙种球蛋白和许多蛋白质混在一起。要获得纯净的丙种球蛋白,就必须进行提取和分离。你能提供分离蛋白质的思路吗? 提示:可根据蛋白质各种特性的差异,如分子的大小、所带电荷的性质和多少等来分离不同种类的蛋白质。 名师精讲: 蛋白质的分离方法: 蛋白质提取与制备具体操作方法 1、原料的选择 早年为了研究的方便,尽量寻找含某种蛋白质丰富的器官从中提取蛋白质。但至目前经常遇到的多是含量低的器官或组织且量也很小,如下丘脑、松果体、细胞膜或内膜等原材料,因而对提取要求更复杂一些。 原料的选择主要依据实验目的定。从工业生产角度考虑,注意选含量高、来源丰富及成 本低的原料。尽量要新鲜原料。但有时这几方面不同时具备。含量丰富但来源困难,或含量 来源均理想,但分离纯化操作繁琐,反而不如含量略低些易于获得纯品者。一般要注意种属 的关系,如鲣的心肌细胞色素C较马的易结晶,马的血红蛋白较牛的易结晶。要事前调查 制备的难易情况。若利用蛋白质的活性,对原料的种属应几乎无影响。如利用胰蛋白酶水解 蛋白质的活性,用猪或牛胰脏均可。但若研究蛋白质自身的性质及结构时,原料的来源种属 必须一定。研究由于病态引起的特殊蛋白质(本斯.琼斯氏蛋白、贫血血红蛋白)时,不但 使用种属一定的原料,而且要取自同一个体的原料。可能时尽量用全年均可采到的原料。对 动物生理状态间的差异(如饥饿时脂肪和糖类相对减少),采收期及产地等因素也要注意。 2、前处理 a、细胞的破碎 材料选定通常要进行处理。要剔除结缔组织及脂肪组织。如不能立即进行实验,则应冷 冻保存。除了提取及胞细外成分,对细胞内及多细胞生物组织中的蛋白质的分离提取均须先 将细胞破碎,使其充分释放到溶液中。不同生物体或同一生物体不同的组织,其细胞破坏难 易不一,使用方法也不完全相同。如动物胰、肝、脑组织一般较柔软,作普通匀浆器磨研即 可,肌肉及心组织较韧,需预先绞碎再制成匀桨。 ⑴机械方法 主要通过机械切力的作用使组织细胞破坏。常用器械有:①高速组织捣碎机(转速可达 10000rpm,具高速转动的锋利的刀片),宜用于动物内脏组织的破碎;②玻璃匀浆器(用两 个磨砂面相互摩擦,将细胞磨碎),适用于少量材料,也可用不锈钢或硬质塑料等,两面间 隔只有十分之几毫米,对细胞破碎程度较高速捣碎机高,机械切力对分子破坏较小。小量的 也可用乳钵与适当的缓冲剂磨碎提取,也可加氧化铝、石英砂及玻璃粉磨细。但在磨细时局 部往往生热导致变性或pH显著变化,尤其用玻璃粉和氧化铝时。磨细剂的吸附也可导致损 失。 ⑵物理方法 主要通过各种物理因素的作用,使组织细胞破碎的方法。 蛋白质分离与纯化教学设计 一、教学背景分析 【教材分析】 “蛋白质的分离与纯化”实验是《高中生物》选修1生物技术实践 5.3血红蛋白的提取与分离中的容。本节课的主要容包括蛋白质的提取、分离纯化等基本知识,主要要求学生掌握凝胶电泳的实验原理以及操作方法。“血红蛋白分离与纯化”实验不仅是学习血红蛋白的提取、分离纯化方法,而且也是进一步掌握蛋白质的组成、结构和功能的基础。 【学情分析】 到目前为止,学生已经学习了蛋白质的相关知识,对蛋白质有了一定的了解,“蛋白质的分离与纯化”实验目的是使学生体验从复杂细胞混合物体系中提取和纯化生物大分子的基本原理、过程和方法,虽然操作难度较大,但原理清晰,动手机会较多,学习兴趣很高。学生有必修“生命活动的主要承担者——蛋白质”的基础,在一定程度上掌握了蛋白质的组成、结构和功能等基础知识,学生在进行实验前还是能大概了解影响蛋白质分离纯化的因素的,再者经过老师的指导,实验能取得良好的结果的。 二、教学目标 【知识目标】 1.了解从血液中提取蛋白质的原理与方法。 2.说出凝胶电泳的基本原理与方法。 【能力目标】 运用凝胶电泳对蛋白质进行分离纯化。 【情感态度与价值观目标】 1.培养学生科学实验的观点。 2.初步形成科学的思维方式,发展科学素养和人文精神。 三、教学重难点 【教学重点】 从血液中提取蛋白质;凝胶电泳分离纯化蛋白质。 【教学难点】 样品预处理,色谱柱的装柱,纯化分离操作。 四、实验实施准备 【教师准备】 1.分组。学生按学科能力的强中弱平均分组,各组尽量平衡,各组自行分工,并由实验员统一安排实验过程。 2.实验材料:血液 仪器:试管、胶头滴管、烧杯、玻璃棒、离心机、研磨器、透析袋、电泳仪等。 试剂:20mmol/L磷酸缓冲液(pH为8.6)、蒸馏水、聚丙烯酸铵、生理盐水、5%醋酸水溶液等。 【学生准备】 1.预习实验“蛋白质分离纯化”,了解蛋白质的相关信息。 2.进行分组。 五、教学方法 【教法】分析评价法、任务驱动法、直观演示法 【学法】自主学习法、合作交流法 六、教学媒体 黑板、多媒体 七、课时安排 两个课时(80min) 一个课时用来讲述理论部分知识:样品处理与色谱柱分离纯化蛋白质的原理与方法; 另一课时用来进行实验。 优选精品资源欢迎下载选用 实验操作 蛋白质的提取和分离一般分为四步:样品处理、粗分离、纯化和纯度鉴定。 (1)样品处理 ①红细胞的洗涤洗涤红细胞的目的:去除杂蛋白,以利于后续步骤的分离纯化。采集的血样要及时分离红细胞,分离时采用低速短时间离心,如500r/min离心2min,然后用胶头吸管吸出上层透明的黄色血浆,将下层暗红色的红细胞液体倒入烧杯,再加入五倍体积的生理盐水,缓慢搅拌10min,低速短时间离心,如此重复洗涤三次,直至上清液中没有黄色,表明红细胞已洗涤干净。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,达不到分离的效果。 ②血红蛋白的释放将洗涤好的红细胞倒人烧杯中,加蒸馏水到原血液的体积,再加40%体积的甲苯,置于磁力搅拌器上充分搅拌10min。蒸馏水和甲苯作用:使红细胞破裂释放出血红蛋白。 ③分离血红蛋白溶液将搅拌好的混合液转移到离心管中,以20**r/min的速度离心10min后,可以明显看到试管中的液体分为4层。第1层为无色透明的甲苯层,第2层为白色薄层固体,是脂溶性物质的沉淀层,第3层是红色透明液体,这是血红蛋白的水溶液,第4层是其他杂质的暗红色沉淀物。将试管中的液体用滤纸过滤,除去脂溶性沉淀层,于分液漏斗中静置片刻后,分出下层的红色透明液体。 ④透析取lmL的血红蛋白溶液装入透析袋中,将透析袋故人盛有300mL的物质的量浓度为20mmol/L的磷酸缓冲液中(pH为7.0),透析12h。 (2)凝胶色谱操作 ①凝胶色谱柱的制作 ②凝胶色谱柱的装填将色谱柱垂直固定在支架上。计算所用凝胶量,并称量。凝胶用蒸馏水充分溶胀后,配成凝胶悬浮液,在与色谱柱下端连接的尼龙臂打开的情况下,一次性缓慢倒入色谱柱内,装填时可轻轻敲动色谱柱,使凝胶装填均匀。色谱柱内不能有气泡存在,一旦发现有气泡,必须重装。装填完后,立即连接缓冲液洗脱瓶,在约50cm高的操作压下,用300ml的物质的量浓度为20mmol/L的磷酸缓冲液充分洗涤平衡凝胶12h,使凝胶装填紧密。 ③样品的加入和洗脱打开色谱柱下端的流出口。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。用吸管小心地将lmL透析后的样品加到色谱柱的顶端,加样时使吸管管口沿管壁环绕移动,注意不要破坏凝胶面。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。小心加入物质的量浓度为20mmol/L 的磷酸缓冲液(pH为7.0)到适当高度,连接缓冲液洗脱瓶,打开下端出口,进行洗脱。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收集一管,连续收集。生物化学-蛋白质化学练习含答案
蛋白质的提取和分离 专题训练
生物化学名词解释——蛋白质
蛋白质提取
生物化学蛋白质化学
蛋白质的分离纯化方法(参考资料)
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中图版高中生物选修1 6.1蛋白质的提取和分离_教案设计1
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