生物選修一第四章導(dǎo)學(xué)案1

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1、 旬陽中學(xué)生物選修一導(dǎo)學(xué)案 編號: 課題 :蛋白質(zhì)的提取和分離 課時: 主編人:王富嬌 審核人:趙長敏 審批人:劉偉 日期 班組: 姓名: 組評: 師評: 學(xué)習(xí)目標(biāo): 1.嘗試從血液中提取和分離血紅蛋白 2.了解色譜法、電泳法等分離生物大分子的基本原理 學(xué)習(xí)重、難點(diǎn): 1.凝膠色譜法的原理和方法 2.樣品的預(yù)處理;色譜柱填料的處理和色譜柱的裝填 第一學(xué)習(xí)時間 自 主 預(yù) 習(xí) 不看不講 & 基礎(chǔ)知識梳理(系統(tǒng)形象化) 知識回顧: 血液由 和

2、 組成,其中紅細(xì)胞最多。紅細(xì)胞具有 的特點(diǎn)。紅細(xì)胞中有一種非常重要的蛋白質(zhì) ,其作用是 ,血紅蛋白有 個肽鏈組成,包括 ,其中每條肽鏈環(huán)繞一個 ,磁基團(tuán)可攜帶 。血紅蛋白因含有 呈現(xiàn)紅色。 思考1:你認(rèn)為鳥類血液和哺乳動物血液中,最好哪種血液來提取血紅蛋白?為什么? 思考2:與其它真核細(xì)胞相比,紅細(xì)胞有什么特點(diǎn)?這一特點(diǎn)對你進(jìn)行蛋白質(zhì)的分離有什么意義? 基礎(chǔ)知識 一

3、、實(shí)驗(yàn)原理 蛋白質(zhì)的物化理性質(zhì):形狀、大小、電荷性質(zhì)和多少、溶解度、吸附性質(zhì)、親和力等千差萬別,由此提取和分離各種蛋白質(zhì)。 二、 實(shí)驗(yàn)步驟 可分為四大步:樣品處理、粗分離、純化和純度鑒定。 1.樣品處理 (1)紅細(xì)胞的洗滌 ①目的:去除 雜質(zhì)蛋白 ②方法:低速短時間離心(速度越高和時間越長會使白細(xì)胞和淋巴細(xì)胞等一同沉淀達(dá)不到分離的效果),然后用膠頭吸管吸出上層透明的 黃色血漿,將下層暗紅色的的紅細(xì)胞液體倒入燒杯再加入用 五倍的 體積質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9%的氯化鈉溶液洗滌。 ⑤低速離心(低速短時間) ⑥重復(fù)4、5步驟 三 次,直至上清液

4、中已沒有 黃色 ,表明洗滌干凈。利于后續(xù)血紅蛋白的分離純化,不可洗滌次數(shù)過少。 (2)血紅蛋白的釋放 在蒸餾水和40%甲苯作用下,攪拌10min,紅細(xì)胞破裂釋放出血紅蛋白。 注:加入蒸餾水后紅細(xì)胞液體積與原血液體積要相同。 加入甲苯的目的是溶解細(xì)胞膜,有利于血紅蛋白的釋放和分離。 細(xì)胞結(jié)構(gòu)不同,破碎的方法不同,常用有: 2. 粗分離 ①分離血紅蛋白溶液 將攪拌好的混合溶液離心后,試管中的溶液分為4層。 第1層為無色透明的甲苯層,第2層為白色薄層固體,是脂溶性物質(zhì)的沉淀層,第3層是紅色透明液體,這是血紅蛋白

5、的水溶液,第4層是其他雜質(zhì)沉淀物(暗紅色)。 將試管中的液體用濾紙過濾,除去之溶性沉淀層,于分液漏斗中靜置片刻后,分出下層的紅色透明液體。 ②透析 取1mL的血紅蛋白溶液裝入透析袋中,將透析袋放入盛有300mL的物質(zhì)的量的濃度為20mmol/L的磷酸緩沖液中,透析12h。 目的:可以去除樣品中分子量較小的雜質(zhì),或用于更換樣品的緩沖液。 3. 純化(一般采用凝膠色譜法對血紅蛋白進(jìn)行分離和純化) 純化主要是根據(jù)蛋白質(zhì)之間以及 與其他物質(zhì)之間在分子大小、 、 、 等方面純在的差異進(jìn)行的。常用的方

6、法有: (其原理見名師P38) 4. SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳鑒定 判斷 的蛋白質(zhì)是否達(dá)到要求,需要進(jìn)行蛋白質(zhì)純度的鑒定。 SDS—聚丙烯酰胺凝膠電泳鑒定血紅蛋白純度 SDS電泳的成功關(guān)鍵之一是電泳過程中,蛋白質(zhì)與SDS的結(jié)合程度。 思考:是否所有種類的蛋白質(zhì)的提取和分離都是這樣的?為什么? 第二學(xué)習(xí)時間 新 知 學(xué) 習(xí) 不議不講 & 重難點(diǎn)合作探究(技能系統(tǒng)化) 一.凝膠色譜法(原理) 凝膠色譜法也稱做 ,是根據(jù)

7、 分離蛋白質(zhì)的有效方法。凝膠實(shí)際上是一些由 構(gòu)成的多孔球體,在小球體內(nèi)部有許多貫穿的通道,相對分子質(zhì)量不同的蛋白質(zhì)分子通過凝膠時速度不同,相對分子質(zhì)量較小的蛋白質(zhì) 進(jìn)入凝膠內(nèi)部的通道,路程 ,移動速度 ;而相對分子質(zhì)量 的蛋白質(zhì)無法進(jìn)入凝膠內(nèi)部的通道,只能在 移動,路程 ,移動速度 。相對分子質(zhì)量不同的蛋白質(zhì)分子因此得以分離。 具體過程: 凝膠顆粒 相對分子質(zhì)量較小的蛋白質(zhì) 相對分子質(zhì)量較大的蛋白質(zhì) (1) (2) (3) (4) (5) B A

8、 多孔板 A. 的蛋白質(zhì)由于 作用進(jìn)入凝膠顆粒內(nèi)部而被滯留; 的蛋白質(zhì)被排阻在凝膠顆粒外面,在了里之間迅速通過。 B.1) 混合物上柱; 2)洗脫開始, 的蛋白質(zhì)擴(kuò)散進(jìn)入凝膠顆粒內(nèi); 的蛋白質(zhì)被排阻于凝膠顆粒之外; 3) 的蛋白質(zhì)被滯留; 的蛋白質(zhì)被向下移動。 4) 不同的蛋白質(zhì)分子完全分開

9、; 5) 的蛋白質(zhì)行程較短,已從 中洗脫出來, 的蛋白質(zhì)還在行進(jìn)中。 2.緩沖溶液 緩沖溶液的作用是 。緩沖溶液通常由 溶解于水中配制而成的。生物體內(nèi)進(jìn)行的各種生物化學(xué)反應(yīng)都是在一定的pH下進(jìn)行的,例如:血漿的pH是 ,要在實(shí)驗(yàn)條件下準(zhǔn)確模擬生物體內(nèi)的過程,必須保持體外的pH與體內(nèi)的基本一致。 思考:說出人體血液中緩沖對? 思考:在血紅蛋白整個實(shí)驗(yàn)室中用的緩沖液是什么?它的目的

10、是什么? 3.凝膠色譜操作 第一步要制作 ,第二步要 ,因?yàn)? ,所以裝柱前需要根據(jù)色譜柱的內(nèi)體積計(jì)算所需要的凝膠量。在裝填凝膠柱時,不得有 存在。因?yàn)闅馀輹? ,降低分離效果。第三步是 。 用凝膠色譜法分離蛋白質(zhì)時,分子量大的蛋白質(zhì) ( ) A.路程較長,移動速度較慢 B.路程較長,移動速度較快 C.路程較短,移動速度較慢 D.路程較短,移動速度較快 二、電泳

11、 (1)概念:電泳是指 。 (2)原理:許多重要的生物大分子,如 等都具有 。 在 下,這些基團(tuán)會帶上 。在電場的作用下,這些帶電分子會向著與其 移動。電泳利用了待分離樣品中各種分子 以及分子本身 、 的

12、不同使帶電分子產(chǎn)生不同的 ,從而實(shí)現(xiàn)樣品中各種分子的分離。 兩種常用的電泳方法是 和 ,在測定蛋白質(zhì)分子量時通常使用 。蛋白質(zhì)在聚丙烯酰胺凝膠中的遷移率取決于 以及 等因素。(3)泳動特點(diǎn):帶電顆粒直徑越小,越接近于球形,所帶近電荷 , 在電場中泳動速度就 ,反之,則慢。 三、注意事項(xiàng) 1. 電泳技術(shù) 電泳技術(shù)就是在電場的作用下,利用

13、待分離樣品中各種分子帶電性質(zhì)以及分子本身大小、形狀等性質(zhì)的差異,使帶電分子產(chǎn)生不同的遷移速度,從而達(dá)到對樣品進(jìn)行分離、鑒定或提純的目的。 2.加入檸檬酸鈉有何目的?為什么要低速、短時離心?為什么要緩慢攪拌? 防止血液凝固;防止白細(xì)胞沉淀;防止紅細(xì)胞破裂釋放出血紅蛋白。 3.與其他真核細(xì)胞相比,紅細(xì)胞的特點(diǎn)及這一特點(diǎn)對進(jìn)行蛋白質(zhì)的分離的意義? 哺乳動物及人的成熟的紅細(xì)胞是雙面凹圓餅狀,沒有細(xì)胞核和細(xì)胞器。其含有的血紅蛋白是有色蛋白,因此在凝膠色譜分離時可以通過觀察顏色來判斷什么時候應(yīng)該收集脫液。這使血紅蛋白的分離過程非常直觀,大大簡化了實(shí)驗(yàn)操作。 4. 紅細(xì)胞的洗滌 如果分層不明顯

14、,可能是洗滌次數(shù)少、未能除去血漿蛋白的原因。此外,離心速度過高和時間過長,會使白細(xì)胞和淋巴細(xì)胞一同沉淀,也得不到純凈的紅細(xì)胞,影響后續(xù)血紅蛋白的提取純度。 5.如何檢測凝膠色譜柱的裝填是否成功 由于凝膠是一種半透明的介質(zhì),因此可以在凝膠柱旁放一支與凝膠柱垂直的日光燈,檢查凝膠是否裝填得均勻。 此外,還可以加入大分子的有色物質(zhì),觀察色帶移動的情況。如果色帶均勻、狹窄、平整,說明凝膠色譜柱的性能良好。如果色譜柱出現(xiàn)紋路或是氣泡,輕輕敲打柱體以消除氣泡,消除不了時要重新裝柱。 6.為什么凝膠的裝填要緊密、均勻? 如果凝膠裝填得不夠緊密、均勻,就會在色譜柱內(nèi)形成無效的空隙,使本該進(jìn)入凝膠內(nèi)部

15、的樣品分子從這些空隙中通過,攪亂洗脫液的流動次序,影響分離的效果。 7.沸水浴處理加入洗脫液的濕凝膠的目的? 不但節(jié)約時間,還能除去凝膠中可能帶有的微生物和排除凝膠內(nèi)的空氣。 8.G-75的含義? “G”代表凝膠的交聯(lián)程度,膨脹程度及分離范圍,75表示凝膠得水值,即每克凝膠膨脹時吸水7.5g。 9.裝填完后,立即用洗脫液洗脫的目的:使凝膠裝填緊密 10.如何檢測血紅蛋白的分離是否成功? 如果凝膠色譜柱裝填得很成功、分離操作也正確的話,能清楚地看到血紅蛋白的紅色區(qū)帶均勻、狹窄、平整,隨著洗脫液緩慢流出;如果紅色區(qū)帶歪曲、散亂、變寬,說明分離的效果不好,這與凝膠色譜柱的裝填有關(guān)。

16、11. 如何測定蛋白質(zhì)的分子量? 使用SDS—聚丙烯酰胺凝膠電泳測定蛋白質(zhì)的分子量時,可選用一組已知分子量的標(biāo)準(zhǔn)蛋白同時進(jìn)行電泳,根據(jù)已知分子量的標(biāo)準(zhǔn)蛋白的電泳區(qū)帶位置,用電泳遷移率和分子量的對數(shù)作標(biāo)準(zhǔn)曲線,可以測定未知蛋白質(zhì)的分子量。 【課堂總結(jié)】 血 紅 蛋 白 的 取 和 分 離 凝膠色譜法 原 理 分離過程 凝膠電泳法 緩沖溶液 組 成 作 用 蛋白質(zhì)的 提取分離 樣品處理 粗 分 離 純 化 純度鑒定 血 紅 蛋 白 的 提 取 和 離 蛋白質(zhì)分子的差異性 蛋白質(zhì)分子的差異性 凝膠色譜法

17、 原 理 分離過程 凝膠電泳法 凝膠色譜法 原 理 分離過程 凝膠電泳法 緩沖溶液 組 成 作 用 緩沖溶液 組 成 作 用 蛋白質(zhì)的 提取分離 樣品處理 粗 分 離 純 化 純度鑒定 蛋白質(zhì)的 提取分離 樣品處理 粗 分 離 純 化 純度鑒定 第三學(xué)習(xí)時間 課 程 訓(xùn) 練 不練不講 ! 自我檢測(能力具體化,練習(xí)層次化) 一、非選擇題 1、細(xì)胞含有大量的血紅蛋白,紅細(xì)胞的機(jī)能主要是由血紅蛋白完成,血紅蛋白的主要功能是攜帶氧氣或二氧化碳,我們可以選用豬、牛、羊或其他脊椎動物的血液進(jìn)行實(shí)驗(yàn),來提取和分

18、離血紅蛋白,請回答下列有關(guān)問題: (1)血紅蛋白提取和分離的程度可分為四步:______、______、______和______。 (2)實(shí)驗(yàn)前取新鮮的血液,要切記在采血容器中預(yù)先加入檸檬酸鈉,取血回來,馬上進(jìn)行離心,收集血紅蛋白溶液。 ①加入檸檬酸鈉的目的是__________________。 ②以上所述的過程即是樣品處理,它包括______、______、收集血紅蛋白溶液。 (3)收集的血紅蛋白溶液在透析袋中可以經(jīng)過透析,這就是樣品的粗分離。 ①透析的目的是__________________。 ②透析的原理是______________________

19、________。 (4)然后通過凝膠色譜法將樣品進(jìn)一步純化,最后經(jīng)SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳進(jìn)行純度鑒定。 ①樣品純化的目的是______________________________。 ②血紅蛋白有什么特點(diǎn)?______________________________。這一特點(diǎn)對進(jìn)行蛋白質(zhì)的分離有什么意義?_______________________________。 2、下面是凝膠色譜法分離血紅蛋白時樣品的加入(圖I)和洗脫(圖Ⅱ)示意圖,請據(jù)圖回答下列問題。 (1)在加樣示意圖中,正確的加樣順序是 。 (2)用吸管加樣時,應(yīng)注意正確操作,分別

20、是① 。②貼著管壁加樣、③ 。(3)等樣品 。時,才加入緩沖液 。 待 接近色譜柱底端時,用試管收集流出液,每 mL收集一管,連續(xù)收集。 3、凝膠色譜技術(shù)是一種快速而又簡單的分離技術(shù),由于設(shè)備簡單、操作方便,不需要有機(jī)溶劑,對高分子物質(zhì)有很高的分離效果,目前已經(jīng)被生物化學(xué)、分子生物學(xué)、生物工程學(xué)、分子免疫學(xué)以及醫(yī)學(xué)等有關(guān)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用,不但應(yīng)用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究,而且,已經(jīng)大規(guī)模地用于工業(yè)生產(chǎn)。據(jù)圖回答問題: (1)a、b均為蛋白質(zhì)分子,其中先從層析柱中洗脫出來的是 ,原因是

21、 。 (2)自己制作凝膠色譜柱時,在色譜柱底部d位置相當(dāng)于多孔板的結(jié)構(gòu)可由 替代。 (3)裝填凝膠色譜柱時,色譜柱內(nèi)不能有氣泡存在,原因是 。 (4)洗脫用的液體應(yīng)盡量與浸泡凝膠所用的液體 (填“相同”或“不同”),洗脫時,對洗脫液的流速要求是 。 49.早在上世紀(jì)六十年代,在美國的黃石國家森林公園發(fā)現(xiàn)了一種嗜熱細(xì)菌,從這種細(xì)菌中分離提取了一種酶,稱為TaqDNA聚合酶。實(shí)

22、驗(yàn)得知PCR反應(yīng)變性時溫度為950C,經(jīng)50個循環(huán)后TaqDNA聚合酶仍有65%的活性; TaqDNA聚合酶表現(xiàn)為Mg2+依賴,濃度在2.0mmol/L的MgCl2能最大限度地激活TaqDNA聚合酶的活性 ; (1)若要培養(yǎng)嗜熱細(xì)菌,培養(yǎng)基中應(yīng)有水、碳源、 、 等營養(yǎng)物質(zhì)。在此基礎(chǔ)上,培養(yǎng)該菌時需先將培養(yǎng)基 。 (2)若將培養(yǎng)細(xì)菌的培養(yǎng)基用于植物組織培養(yǎng),還應(yīng)加入 。 (3)TaqDNA聚合酶可用于PCR,原因是該酶有 ,因此在PCR擴(kuò)增時可以 加入。 (4)請將下列實(shí)驗(yàn)流程圖補(bǔ)充完整: (5)凝膠色譜法和凝膠電泳法是分離蛋白質(zhì)的兩種常用方法,據(jù)此回答問題。 ①凝膠色譜法分離蛋白質(zhì)的原理是根據(jù)不同大小的蛋白質(zhì)分子在凝膠柱中的 不同而實(shí)現(xiàn)分離的: ②使用電泳法分離蛋白質(zhì).是利用了待分離樣品中各種分子的 差異,以及分子本身的 、形狀的不同。 - 9 - 崇德 勵志 篤學(xué) 尚健

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