5.3血红蛋白的提取和分离(共44张PPT).ppt

课题3血红蛋白的提取和分离,一、课题的目标：通过尝试对血液中血红蛋白的提取和分离，理解色谱法、电泳法二、课题重点：凝胶色谱法的原理和方法三、课题难点：样品的预处理、色谱柱填料的处理和色谱柱的装填,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,基础知识,3、分离方法,凝胶电泳法,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。,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。,1.概念：,（一）凝胶色谱法,3.凝胶色谱法的原理,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;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。,4.凝胶色谱法分离蛋白质的原理和具体过程,洗脱：从色谱柱上端不断注入缓冲液，促使蛋白质分子的差速流动。,凝胶色谱法分离蛋白质过程的动画演示,（二）缓冲溶液-洗脱剂,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。,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。,2.作用:,（二）缓冲溶液,3.缓冲溶液的配制:,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就可以制得在不同PH范围内使用的缓冲液。,4.提问：在本课题中使用的缓冲液是:_,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,（三）电泳：,1.概念：,带电粒子在电场作用下发生迁移的过程。,2.原理：,许多重要的生物大分子，如多肽、核酸等都具有可解离的基团，在一定的PH下，这些基团会带上正电或负电。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。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。,阳极（+）,阴极（）,带正电的离子,带负电的离子,电泳原理示意图,带电性质以及分子大小，形状的不同分子迁移速度不同，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。,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。,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。,2.原理：,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。,3.SDS作用机理:,二、实验操作实验步骤,血液组成成分,1、样品处理,3、纯化,4、纯度鉴定,2、粗分离,SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳鉴定血红蛋白纯度,凝胶色谱法进行纯化,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；,猪、牛、羊等哺乳动物的红细胞无细胞核，结构简单，血红蛋白含量丰富，便于提取血红蛋白。,2.血液有哪些成分？,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。,(1)红细胞的洗涤:,去除，利于后续血红蛋白的分离纯化.,1、采集血样2、低速离心（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）,目的:,操作：,杂质蛋白,短时间,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10min5、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。,洗涤次数过少,无法完全除去血浆蛋白。,(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：,过程：将搅拌好混合液转移到离心管内，以r/min的速度离心min。,试管中溶液层次：第1层：层（无色透明）；第2层：层（白色薄层固体）；第3层：层（红色透明液体）；第4层：层（暗红色）。,2000,10,甲苯,脂溶性物质沉淀,血红蛋白的水溶液,杂质沉淀,分离：滤纸过滤：除去层，分液漏斗中静置：分出下层的红色透明液体。,脂溶性沉淀,(4)透析：,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,目的：,除去样品中分子量较小的杂质和离子。,2.凝胶色谱操作:,（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。顶塞的制作：打孔安装玻璃管。组装：将上述三者按相应位置组装成一个整体。,（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）。B、代表意义：“G”表示。75表示。,凝胶的交联程度，膨胀程度及分离范围,凝胶的得水值，即每克凝胶膨胀时吸水7.5克,配置凝胶悬浮液：凝胶用蒸馏水充分溶胀后，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、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。,洗涤平衡：连接缓冲液洗脱瓶，在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（pH为7.0）充分洗涤平衡凝胶12h，使凝胶装填紧密。,50cm高,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。导致有气泡混入，影响分离效果。,为加快凝胶膨胀，可以将加入洗脱液的湿凝胶用沸水浴加热，逐渐升温至接近沸腾，通常只需12h,（3）样品加入与洗脱,打开下端出口，使缓冲液下降到与凝胶面平齐，关闭出口吸管吸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,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。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。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。,红色区带均匀一致的移动，说明色谱柱制作成功,色谱柱成功标志？,收集得到的纯化后的蛋白,通过凝胶色谱法将相对分子质量较大的杂质蛋白除去，即样品的纯化,（三）SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳（选做）,2.试剂的配制：,鉴定血红蛋白纯度。,1.目的：,3.方法步骤：（略）,注意事项,1.红细胞的洗涤：洗涤次数不能过少；低速、短时离心。2.凝胶的预处理：沸水浴法，还能除去微生物和气泡3.色谱柱的装填：装填尽量紧密；无气泡；洗脱液不能断流。4.色谱柱成功标志：红色区带均匀一致地移动。,你能从凝胶色谱的分离原理分析为什么凝胶的装填要紧密、均匀吗？,如果凝胶装填得不够紧密、均匀，就会在色谱柱内形成无数的空隙，使本该进入凝胶内部的样品分子从这些空隙中通过，搅乱洗脱液的流动次序，影响分离的效果。,观察你处理的血液样品离心后是否分层（见教科书图5-18），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。,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？,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。此外，还可以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。如果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。,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？,如果凝胶色谱柱装填得很成功、分离操作也正确的话，能清楚地看到血红蛋白的红色区带均匀、狭窄、平整，随着洗脱液缓慢流出；如果红色区带歪曲、散乱、变宽，说明分离的效果不好，这与凝胶色谱柱的装填有关。,3、你能观察到蛋白质的分离过程中，红色区带的移动吗？请描述红色区带的移动情况，并据此判断分离效果？,血红蛋白提取和分离的程序可分为四大步，包括：样品处理、粗分离、纯化和纯度鉴定。首先通过洗涤红细胞、血红蛋白的释放、离心等操作收集到血红蛋白溶液，即样品的处理；再经过透析去除分子量较小的杂质，即样品的粗分离；然后通过凝胶色谱法将相对分子质量较大杂质蛋白除去，即样品的纯化；最后经聚丙烯酰胺凝胶电泳进行纯度鉴定,你能描述血红蛋白分离的完整过程吗？,与其他真核细胞相比，红细胞有什么特点？这一特点对你进行蛋白质得分离有什么意义？,答：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。,知识总结,血红蛋白的提取和分离,蛋白质的提取分离,样品处理,粗分离,纯化,纯度鉴定,电泳检测结果,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,透析过程动画演示,利用透析袋透析,影响蛋白质分子运动速度的因素,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。,