1、人教版高中生物选修1教学案专题五 课题3 血红蛋白的提取和分离 含答案1课题3血红蛋白的提取和分离1凝胶色谱法是根据相对分子质量的大小分离蛋白质的方法，相对分 子质量大的先洗脱出来，相对分子质量小的后洗脱出来。2在电泳中，待分离样品中分子带电性质的差异以及分子本身的大小、 形状都会影响分子的迁移速度。3SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳的迁移率完全取决于分子的大小。4蛋白质提取和分离的一般步骤是：样品处理及粗分离、纯化和纯度鉴定。5透析法可除去相对分子质量较小的杂质。6在对蛋白质进行纯度鉴定时，使用最多的方法是SDS聚丙烯酰胺凝 胶电泳。一、蛋白质分离的原理和方法1.分离原理依据蛋白质各种特性的差异分离
2、蛋白质，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。2.凝胶色谱法(1)概念：也称为分配色谱法，是根据相对分子质量的大小分离蛋白质的有效方法。(2)凝胶：微小的多孔球体，大多数由多糖类化合物构成，内部有许多贯穿的通道。(3)原理：填表蛋白质类型能否进入凝胶内部移动路程移动速度相对分子质量较小能较长较慢相对分子质量较大不能较短较快3缓冲溶液(1)作用：在一定范围内，抑制外界的酸和碱对溶液pH的影响，维持pH基本不变。(2)配制：由12种缓冲剂溶解于水中配制而成，通过调节缓冲剂的使用比例就可以得到不同pH范围内使用的缓冲液。4电泳(1)概念：指带电粒子在电场
3、的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。方法：常用的电泳方法有琼脂糖凝胶电泳和聚丙烯酰胺凝胶电泳。二、血红蛋白提取和分离的实验操作填图1凝胶色谱法中移动速度快的是()A相对分子质量大的 B相对分子质量小的C溶解度高的 D溶解度低的解析选A凝胶色谱法是根据相对分子质量大小分离蛋白质的有效方法。当不同蛋白质通过
4、凝胶时，相对分子质量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；而相对分子质量大的蛋白质无法进入凝胶内部通道，只能在凝胶外部移动，路程较短，移动速度 较快。2下列各项中，不是电泳使样品中各种分子分离的原因的是()A带电性质差异 B分子的大小C分子的形状 D分子的变性温度解析选D电泳是指带电粒子在电场的作用下发生迁移的过程。带电性质不同、分子的大小和形状不同都会影响带电粒子在电场中的迁移速度，而迁移速度与分子的变性温度无关。3蛋白质提取和分离的一般步骤是()样品处理凝胶色谱操作粗分离SDS聚 丙烯酰胺凝胶电泳纯化纯度鉴定A BC D解析选B蛋白质的提取和分离分为样品处理、粗分离、纯
5、化、纯度鉴定四步。凝胶色谱操作及SDS聚丙烯 酰胺凝胶电泳为实验操作过程中的技术。1原理根据蛋白质各种特性的差异分离蛋白质，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。2凝胶色谱法凝胶色谱法又叫分配色谱法，是根据相对分子质量的大小分离蛋白质的方法：蛋白质项目相对分子质量大相对分子质量小能否进入凝胶内部不能进入能进入运动路径凝胶颗粒之间凝胶颗粒内部运动方式垂直向下垂直向下和无规则扩散运动运动路程较短较长运动速度较快较慢洗脱次序先流出后流出3.电泳(1)原理： (2)常用方法：常用的电泳方法有琼脂糖凝胶电泳和聚丙烯酰胺凝胶电泳。测定蛋白质分子量时通常使用S
6、DS聚丙烯酰胺凝胶电泳。在凝胶中加入SDS，可使蛋白质发生完全变性，解聚成单条肽链，然后与各种蛋白质形成蛋白质SDS复合物，SDS所带负电荷的量远远超过了蛋白质分子原有电荷量，掩盖了不同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。题组冲关1相对分子质量不同的蛋白质在凝胶中的行进过程(见下图)可表示为()解析选B用凝胶色谱法分离蛋白质时，相对分子质量较大的蛋白质迅速通过凝胶间隙，先被洗脱出来；相对分子质量较小的蛋白质进入凝胶内部而被滞留，后被洗脱出来。2关于电泳的说法，不正确的是()A电泳是指带电粒子在电场的作用下发生迁移的过程B带电分子会向着与其所带电荷相反的电极移动C蛋白质在聚丙烯
7、酰胺凝胶中的迁移率只取决于它所带净电荷的多少D用SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳，蛋白质的电泳迁移率完全取决于分子的大小解析选C蛋白质在聚丙烯酰胺凝胶中的迁移率取决 于它所带净电荷的多少以及分子的大小等因素。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异，使电泳迁移率完全取决于 分子的大小。1样品处理(1)红细胞的洗涤目的：去除杂蛋白，以利于后续步骤的分离纯化。过程：(2)血红蛋白的释放目的：使红细胞破裂释放血红蛋白。过程： (3)分离血红蛋白溶液2粗分离透析(1)目的：除去样品中相对分子质量较小的杂质。(2)
8、过程：取1 mL的血红蛋白溶液装入透析袋中，将透析袋放入盛有300 mL物质的量浓度为20 mmol/L的磷酸缓冲液(pH为7.0)的烧杯中，透析12 h。3.纯化凝胶色谱操作 (1)凝胶色谱柱的制作取长40 cm，内径为1.6 cm的玻璃管，两端用砂纸磨平。柱底制作：打孔挖凹穴安装移液管头部覆盖尼龙网，再用100目尼龙纱包好。柱顶制作：打孔安装玻璃管。组装：将上述三者按相应位置组装，并在下端出口连接带开关的尼龙管，尼龙管放入收集器。(2)凝胶色谱柱的装填(3)样品的加入和洗脱4纯度鉴定在鉴定的方法中，使用最多的是SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳。5结果分析与评价项目分析血液样品的处理分层明显样品处理
9、完成凝胶色谱柱的装填放一支与凝胶柱垂直的日光灯直接检查(加入大分子有色物质，如蓝色葡聚糖2 000或红色葡聚糖)色带均匀、狭窄、平整装填成功血红蛋白的分离血红蛋白的红色区带均匀、狭窄、平整，随洗脱液缓慢流出分离成功题组冲关3下列有关“血红蛋白的提取和分离”实验的叙述，正确的是()A用蒸馏水进行红细胞的洗涤，其目的是去除细胞表面的杂蛋白B将血红蛋白溶液进行透析，其目的是去除相对分子质量较大的杂质C血红蛋白释放时加入有机溶剂，其目的是使血红蛋白溶于有机溶剂D整个过程不断用磷酸缓冲液处理，是为了维持血红蛋白的结构解析选D用生理盐水进行红细胞的洗涤，其目的是去除杂蛋白；将血红蛋白溶液进行透析，其目的是
10、去除相对分子质量较小的杂质；血红蛋白释放时加入有机溶剂，其目的是使血红蛋白中的杂质溶于有机溶剂，以获得较为纯净的蛋白质。4如图为血红蛋白的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称为_，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_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：样品处理、粗分离、纯化和纯度鉴定
11、。其中样品处理包括_、_、分离血红蛋白溶液。解析图甲为透析装置，图乙为样品的洗脱装置。(1)血红蛋白能运输氧气，体现了蛋白质的运输功能。(2)甲装置中用磷酸缓冲液来透析；乙装置中C溶液为磷酸缓冲液，其作用是洗脱蛋白质。(3)因透析袋能使小分子自由进出，而将大分子保留在袋内，故透析能去除样品中相对分子质量较小的杂质。乙装置是利用凝胶色谱法分离血红蛋白，它是根据蛋白质相对分子质量的大小来分离蛋白质的。(4)洗脱时先流出的是相对分子质量与血红蛋白相比较大的蛋白质，血红蛋白呈红色，故待红色的蛋白质接近色谱柱底端时就可用试管收集流出液。(5)样品处理包括红细胞的洗涤、血红蛋白的释放和分离血红蛋白溶液。答
12、案(1)运输(2)磷酸缓冲液洗脱血红蛋白(3)透析(粗分离)去除样品中相对分子质量较小的杂质凝胶色谱法相对分子质量的大小(4)红色的蛋白质接近色谱柱底端(5)红细胞的洗涤血红蛋白的释放随堂基础巩固1在实验中，人们用鸡的红细胞提取DNA，用人的红细胞提取血红蛋白的原因是()A鸡的红细胞无血红蛋白，人的红细胞有血红蛋白B鸡的红细胞有线粒体，人的红细胞无线粒体C鸡的红细胞有细胞核，人的成熟红细胞无细胞核，含较多的血红蛋白D鸡的红细胞进行有氧呼吸，人的红细胞进行无氧呼吸解析选C鸡(鸟类)的红细胞具有完整的细胞核，含有核DNA，便于进行DNA的提取；人的成熟红细胞无细胞核，结构简单，血红蛋白含量丰富，便
13、于提取血红蛋白。2用凝胶色谱法分离蛋白质时，分子量大的蛋白质()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，移动速度较快解析选D在小球体内部有许多贯穿的通道，当相对分子质量不同的蛋白质通过凝胶时，相对分子质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；而相对分子质量较大的蛋白质无法进入凝胶内部的通道，只有在凝胶外部移动，路程较短，移动速度较快。3下列有关缓冲溶液的说法，不正确的是()A缓冲溶液能够抵制外界任何酸和碱对溶液pH的影响，维持pH基本不变B缓冲溶液通常由12种缓冲剂溶解于水中配制而成C调节缓冲剂的使用比例就可以制得在不同pH范围
14、内使用的缓冲溶液D生物体内进行的各种生物化学反应都是在一定的pH下进行的解析选A缓冲溶液通常由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。在一定范围内，缓冲溶液能够抵制外界的酸和碱对溶液pH的影响，维持pH基本不变，但其调节能力有一定的限度。4在血红蛋白的提取和分离中，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从上到下分为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解析选C从上到下第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
15、明液体，是血红蛋白的水溶液，第4层是其他杂质的暗红色沉淀物。5下列关于凝胶色谱操作的说法不正确的是()A干的凝胶要用蒸馏水充分溶胀后，才能装填B在装填凝胶柱时，不得有气泡产生C在操作过程中，不能让洗脱液流干D洗脱液接近色谱柱底端时开始收集流出液解析选D在分离时，要等到红色的蛋白质接近色谱柱 底端时开始收集流出液。6在血红蛋白的整个提取过程中，不断用磷酸缓冲液处理 的目的是()防止血红蛋白被氧气氧化血红蛋白是一种碱性物质，需要酸中和防止色谱柱内产生气泡，影响洗脱效果让血红蛋白处在稳定的pH范围内，维持其结构和功能A BC D解析选D在血红蛋白的提取过程中，不断用磷酸缓冲液处理的目的是防止色谱柱内
16、产生气泡，影响洗脱效果，同时也是为了让血红蛋白处在稳定的pH范围内，以维持其结构和功能。7电泳技术和凝胶色谱法都可对蛋白质进行分离。回答下列问题：(1)利用琼脂糖凝胶电泳技术对蛋白质进行分离时，在电泳过程中，影响蛋白质迁移速度的因素包括蛋白质分子的_以及分子的形状等。(2)图1、图2分别表示对同一样品分离得到的结果，则图2中曲线与图1中蛋白质P相对应的是_。解析(1)电泳时，影响蛋白质迁移的因素有蛋白质分子的大小、带电性质和所带净电荷量及分子的形状等。(2)SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳装置是垂直的装置，电泳时蛋白质的迁移率主要取决于蛋白质相对分子质量的大小，相对分子质量小的蛋白质分子，移动距离大，
17、因此从图1的电泳结果分析，蛋白质P比蛋白质N、M移向“”极的距离大，说明蛋白质P的相对分子质量比较小，因此其从层析柱中洗脱出来的时间较长，图2中的曲线c符合。答案(1)大小、带电性质和所带净电荷量(2)c课时跟踪检测一、选择题1凝胶色谱法是分离蛋白质分子的一种常用方法，但并非 所有的蛋白质都可用此方法进行分离。能分离的蛋白质 分子之间必须()A具有相同的相对分子质量B相对分子质量不同，但都是相对分子质量较大的分子C相对分子质量不同，但都是相对分子质量较小的分子D相对分子质量不同，但都在一定范围之内解析选D相对分子质量大小不同的多种成分在通过凝胶时，按照相对分子质量大小“排队”，从而将各种成分分
18、开。在每种凝胶分离范围之外的分子，在不改变凝胶种类的情况下是很难分离的。2下列关于血红蛋白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解析选C红细胞洗涤过程中应该用生理盐水，不能用蒸馏水；血红蛋白的释放应该加入蒸馏水和甲苯，使红细胞吸水涨破，释放其中的血红蛋白；将搅拌好的混合液通 过离心、过滤后，用分液漏斗分离出血红蛋白溶液；透析所用的磷
19、酸缓冲液的pH为7.0。3下列关于凝胶色谱法的原理及操作，不正确的是()A是利用凝胶把分子大小不同的物质分离开的一种方法B在洗脱过程中，大分子不能进入凝胶内部而最先流出；小分子因进入凝胶内部而流速缓慢，后流出C凝胶内部有很微细的多孔网状结构，其孔隙大小与被分离的物质分子的大小无相应关系D一般情况下，凝胶对要分离的物质没有吸附作用，因此所有要分离的物质都应该被洗脱出来解析选C选用不同种凝胶，其立体网状结构不同，孔隙大小不同，因此可分离出的分子大小也不同。凝胶一般对分离的物质无吸附作用，所有要分离的物质都应该被洗脱出来，这是凝胶色谱法与一般层析法的不同。4下列关于凝胶柱上加入样品和洗脱操作的叙述，
20、 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D待红色的蛋白质接近色谱柱底端时，每5 mL收集一管，连续收集流出液解析选C样品完全进入凝胶层后，加入磷酸缓冲液到 适当高度，再连接缓冲液洗脱瓶，开始洗脱。5凝胶色谱柱制作的程序一般是()橡皮塞打孔挖凹穴装玻璃管盖尼龙网盖尼龙纱将橡皮塞插入玻璃管接尼龙管、装 螺旋夹柱顶插入安装了玻璃管的橡皮塞ABCD解析选B凝胶柱制作的一般流程是：选择玻璃管选择合适的橡皮塞打孔挖凹穴装玻璃管盖尼龙网盖尼龙纱将橡皮塞插
21、入玻璃管接尼龙管装螺旋夹柱顶插入安装了玻璃管的橡皮塞。6蛋白质的分离与纯化技术是蛋白质研究的重要技术。下列有关叙述不正确的是()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解析选A蛋白质分子不能透过半透膜，而溶液中的小分子物质则可以透过半透膜，因此透析可以将蛋白质和 溶液中的小分子物质分离。7在提取和分离猪血红蛋白的实验中，应使用()A柠檬酸钠溶液洗涤红细胞，防止红细胞破裂B蒸馏水和甲苯处理红细胞，使其释放出血红蛋白C生
22、理盐水透析血红蛋白溶液，保持血红蛋白活性D生理盐水洗脱，有利于血红蛋白在凝胶柱中移动解析选B柠檬酸钠可与血浆中的钙离子结合，防止血 液凝固；在蒸馏水和甲苯的作用下，红细胞破裂，释放出 血红蛋白；透析用的是磷酸缓冲液；磷酸缓冲液有利于血 红蛋白在凝胶柱中移动。8以下关于猪血红蛋白的分离与提取的描述，正确的是()A透析的目的是去除样品中分子量较大的杂质B血红蛋白释放后应进行低速短时间离心C蛋白质通过凝胶时，相对分子质量较大的移动速度慢D血红蛋白的颜色可用于凝胶色谱法分离过程的监测解析选D透析可以除去分子量较小的杂质；血红蛋白释放后，以2 000 r/min的高速离心10 min，从而分离血红蛋白溶
23、液；凝胶色谱法分离蛋白质时，相对分子质量较大的在凝胶外部移动，移动速度快；血红蛋白的颜色可用于观察红色区带的移动情况。9下列关于DNA和血红蛋白的提取与分离实验的叙述，错误的是()A可用蒸馏水涨破细胞的方法从猪的红细胞中提取到 DNA和蛋白质B用不同浓度的NaCl溶液反复溶解与析出DNA可除去部分杂质C透析法分离蛋白质的依据是蛋白质不能通过半透膜D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解析选A猪是哺乳动物，哺乳动物成熟的红细胞中无细胞核和线粒体，不能从其红细胞中提取出DNA。10已知某样品中存在甲、乙、丙、丁、戊五种蛋白质分子，其分子大小、所带电荷的性质和数量情况如图所示，下
24、列 有关该样品中蛋白质的分离的叙述，正确的是()A将样品装入透析袋中透析12 h，若分子乙保留在袋内，则分子丙也保留在袋内B若用凝胶色谱柱分离样品中的蛋白质，则分子甲移动 速度最快C若将样品以2 000 r/min的速度离心10 min，分子戊存在于沉淀中，则分子甲也存在于沉淀中D若用SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳分离样品中的蛋白质分子，则分子甲和分子戊形成的电泳带相距最远解析选A分子甲的相对分子质量最小，会进入凝胶内部通道而移动速度慢；若分子乙留在透析袋内，说明其相对分子质量比较大，分子丙比分子乙相对分子质量大，所以分子丙也留在袋内；分子戊比分子甲的相对分子质量大，分子戊存在于沉淀中分子甲可能不在
25、沉淀物中；SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳中的样品，其电泳迁移率完全取决于分子的大小，相对分子质量相差越大，形成的电泳带相距越远，故分子甲和分子丙形成的电泳带相距最远。二、非选择题11对蛋白质进行研究和应用，首先需要获得高纯度的蛋白 质。请回答下列问题：(1)蛋白质的提取和分离一般分为四步：_、_、_和纯度鉴定。(2)在血红蛋白的提取与分离实验中，采集新鲜血液前 要在采血容器中加入柠檬酸钠溶液的目的是_。(3)样品的处理过程又可以细分为：红细胞的洗涤、_和分离血红蛋白溶液。其中分离血红蛋白溶液时需要用到_(仪器)分出下层红色透明液体。(4)收集的血红蛋白溶液在透析袋中可以经过透析进行粗分离。透析的目的
26、是_；透析的原理是_。(5)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进行纯度鉴定。样品纯化的目的是_；血红蛋白的特点是_；这一特点对分离血红蛋白的意义是_。解析透析袋能使小分子物质自由进出，而大分子物质被保留在袋内，所以透析可以除去相对分子质量较小的杂质；样品纯化的目的是通过凝胶色谱法将相对分子质量大的杂质蛋白除去；血红蛋白呈现红色，在用凝胶色谱法分离时可以通过观察颜色来判断收集洗脱液的时期；同时，通过观察颜色，使血红蛋白的分离过程更直观，大大简化了实验操作。答案(1)样品处理粗分离纯化(2)防止血液凝固(3)血红蛋白的释放分液漏斗(4)去除相对分子质量较小的杂质透析袋能使小分子自由进出，而大分子则被留在袋内(5)通过凝胶色谱法将相对分子质量大的杂蛋白除去呈现红色在用凝胶色谱法分离血红蛋白时，可以通过观察颜色来判断什么时期该收集洗脱液，这使血红蛋白的分离过程非常直观，大大简化了实验操作12如图表示血红蛋白提取和分离实验的部分装置或操作方法，请回答下列问题：(1)为了提取和分离血红蛋白，首先对红细胞进行洗涤以去除杂质蛋白，洗涤时应使用生理盐水而不使用蒸馏水的原因是_
