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1、2003年4月14日宣布人类基因组序列图完成这标志着进入了后基因组和蛋白质组时代,人类基因组：指DNA分子所携带的全部遗传信息,蛋白质组：生物个体表达的蛋白质分子的总和。主要是对蛋白质功能的研究,(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,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
2、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,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、溶解度和吸附的性质和对其他分子的亲和力等等，可以用来分离不同蛋白质,(二）蛋白质的提取,（三）分离蛋白质的方法,实例：葡聚糖、琼脂糖,（2）凝胶,1、凝胶色谱法（别名分配色谱法）,性质：一些微小多孔的球体，内含许多贯穿的通道,（1）概念：根据被分离物质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,大多数凝
3、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,（3）凝胶色谱法的原理分子筛效应,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,当不同的蛋白质通过凝胶时，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,（5）具体过程,蛋白质分子量的大小,（4）依据的特性,（四）缓冲溶液,1、概念,在一定的范围内，能对抗外来少量强酸、强碱或稍加稀释不引起溶液PH发生明显变化的作用叫做缓冲作用，具有缓冲作用的溶液叫做缓冲溶液,能够抵制外界的酸或碱的对溶液的PH值的影响，维持PH基本不变
4、,2、作用,4、缓冲溶液的组分分类,弱酸和弱酸盐组合,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,弱碱和弱碱盐,多元弱酸的酸式盐和其他所对应的次级盐,如何证明色谱法获得的蛋白质是目的蛋白？,（五）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
5、速度，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、在测定蛋白质分子量时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。,N,N-亚甲基双丙烯酰胺（形成交联）,丙烯酰胺和交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺的交联共聚反应,蛋白质在聚丙烯酰胺凝胶中的迁移率取决于它所带静电荷的多少以及分子的大小等因素,2、原理,3、SDS作用,为了消除静电荷对迁移率的影响可以在凝胶中加入SDS,SDS能使蛋白质发生完全变性。由几条肽链组成的
6、蛋白质复合体在SDS的作用下会解聚成单条肽链，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电荷量。因而掩盖了不同种电荷间的电荷差别，使电泳迁移率完全取决于分子的大小,4、SDS作用机理,讨论：如何测定蛋白质的分子量？,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，用电泳迁移率和分子量的对数作标准曲线，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.,二、实验操作,样品处理粗分离纯化纯度鉴定,
7、1、样品处理,（一）蛋白质提取和分离步骤,(1)血液组成,（二）操作过程,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。,血红蛋白的特点：,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)红细胞的洗涤,洗涤红细胞目的,除去其中的杂蛋白，以利于后续血红蛋白的分离纯化，不可洗涤次数过少,洗涤操作,A、采集血样,B、低速短时间离心（速度越高和时间越长会使白细胞和淋巴细胞等一同沉淀达不到分离
8、的效果）,C、吸取血浆：上层透明的黄色血浆,D、盐水洗涤：用五倍体积的质量分数为0.9的氯化钠溶液洗涤,E、低速离心（低速短时间）,F、重复4、5步骤三次，直至上清液中已没有黄色，表明洗涤干净,初次离心后的结果,3次洗涤后的结果,(3)血红蛋白的释放,加蒸馏水到原血液体积，再加40体积的甲苯，置于磁力搅拌器上充分搅拌10分钟（加速细胞破裂）,细胞破裂释放出血红蛋白,(4)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2000r/min的速度离心10 min,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（
9、红色透明液体）,第4层（最下层）：杂质沉淀层（暗红色）,试管中溶液层次,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,分离,取1ml的血红蛋白溶液装入透析袋中，将透析袋放入盛有300ml的物质的量浓度为20mmol/l的磷酸缓冲液中（pH为7.0），透析12小时,(5)透析,除去样品中分子量较小的杂质,过程,透析目的,利用透析袋透析,2、凝胶色谱,（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：,底塞中插入的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,注意事项：,安装其
10、他附属结构,顶塞的制作,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,“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,B、代表意义：,交联葡聚糖凝胶（G-75）,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,凝胶的前处理,凝胶色谱柱的装填方法,A、固定,B、装填,将色谱柱处置固定在支架上,将凝胶悬浮液一次性的装填入色谱柱内，装填时轻轻敲动色谱柱，使凝胶填装均匀,注意：,2、装填凝胶柱时不得气泡存在：,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,1、凝胶
11、装填时尽量紧密，以降低凝胶颗粒之间的空隙,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,注意：,2、不能发生洗脱液流干，露出凝胶颗粒的现象,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,洗涤平衡,（3）样品加入与洗脱,调节缓冲液面,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,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,样品渗入凝胶床,洗脱,加样后打开下端出口，使样品渗入凝
12、胶床内，等样品完全进入凝胶层后，关闭下端出口,小心加入pH为7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,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）,开始进行层析,收集得到的纯化后的蛋白,讨论：,答：让血红蛋白处在稳定的pH范围内，维持结构和功能,注意：正确的加样操作,1、不要触及破坏凝胶面,2、贴壁加样,3、使吸管管口沿管壁环绕移动,1、在血红蛋白的整个过程中不断用磷酸缓冲液处理的目的是什么？,2、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
13、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。,思考：在血红蛋白整个实验室中用的缓冲液是什么？它的目的是什么？,使用的是磷酸缓冲液，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),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
14、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,3、你能描述血红蛋白分离的完整过程吗？,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，
15、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？,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
16、时间短，还能除去微生物和气泡3.色谱柱的装填：装填尽量紧密，降低颗粒间隙；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。,注意事项,教学反馈,1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2缓冲液的作用是：在一定范围内，抵制外界的影响来维持（）基本不变。A温度 B pH C渗透压 D氧气浓度3电泳是指带电粒子在电场的作用下向着与其所带电荷（）的电极移动。A相同 B相反 C相对 D相向4.哺乳动物和人的成熟的红细胞中的（）与氧气的运输有关。A血红蛋白 B肌红蛋白 C肌动蛋白 D肌球蛋白,B,B,B,A,5血液由血浆和各种血细胞组成，其中（）的含量最多。A白细胞 B血小板 C红细胞 D淋巴细胞6为防止血液凝固，在采血容器中要预先加入抗凝血剂（）。A.NaCl B.甲苯 C.蒸馏水 D.柠檬酸钠7将搅拌好的混合液转移到离心管中，离心后，可以明显看到试管中的溶液分为4层，其中第3层是（）A无色透明的甲苯层 B脂溶性物质的沉淀层 C血红蛋白的水溶液 D其他杂质的暗红色沉淀物,C,D,C,影响蛋白质分子运动速度的因素,
