高二生物選修1知識(shí)點(diǎn)總結(jié)(3)
《血紅蛋白的提取和分離》
基礎(chǔ)知識(shí)
1.凝膠色譜法
凝膠色譜法也稱做 ，是根據(jù) 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(duì)分子質(zhì)量不同的蛋白質(zhì)分子通過凝膠時(shí)速度不同，相對(duì)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(dòng)速度 ;而相對(duì)分子質(zhì)量 的蛋白質(zhì)無(wú)法進(jìn)入凝膠內(nèi)部的通道，只能在 移動(dòng)，路程 ，移動(dòng)速度 。相對(duì)分子質(zhì)量不同的蛋白質(zhì)分子因此得以分離。
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。
3.電泳
電泳是指 。許多重要的生物大分子，如多肽、核酸等都具有可解離的基團(tuán)，在一定的pH下，這些基團(tuán)會(huì)帶上 。在電場(chǎng)的作用下，這些帶電分子會(huì)向著與其所帶電荷 的電極移動(dòng)。電泳利用了待分離樣品中各分子 以及分子本身的 、 的不同，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(cè)定蛋白質(zhì)分子量時(shí)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。
4.蛋白質(zhì)的提取和分離
蛋白質(zhì)的提取和分離一般分為四步： 、 、 和 。
5.樣品處理
血液由 和 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(gè)肽鏈組成，包括 ，其中每條肽鏈環(huán)繞一個(gè) ，磁基團(tuán)可攜帶 。血紅蛋白因含有 呈現(xiàn)紅色。
紅細(xì)胞的洗滌 洗滌紅細(xì)胞的目的是 ，采集的血樣要及時(shí)采用 分離紅細(xì)胞，然后用膠頭吸管吸出上層透明的 ，將下層暗紅色的 倒入燒杯，再加入 ，緩慢攪拌 ，低速短時(shí)間離心，如此重復(fù)洗滌三次，直至 ，表明紅細(xì)胞已洗滌干凈。
血紅蛋白的釋放 在 和 作用下，紅細(xì)胞破裂釋放出血紅蛋白。
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。第一層為無(wú)色透明的 ，第2層為白色薄層固體，是 ，第3層是紅色透明液體，這是 ，第4層是其他雜質(zhì)的暗紅色沉淀物。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。
透析 取1mL的血紅蛋白溶液裝入 中，將透析袋放入盛有300mL的物質(zhì)的量的濃度為20mmol/L的 中，透析12h。透析可以去除樣品中 的雜質(zhì)，或用于更換樣品的 。
6.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(shí)，不得有 存在。因?yàn)闅馀輹?huì) ，降低分離效果。第三步是 。
[疑難點(diǎn)撥]
1.凝膠色譜法分離蛋白質(zhì)的原理
凝膠色譜法也稱為分配色譜法，它是根據(jù)分子量的大小分離蛋白質(zhì)的方法之一。所用的凝膠實(shí)際上是一些微小的多孔球體，這些小球體大多數(shù)是由多糖類化合物構(gòu)成，小球體內(nèi)部有許多貫穿的通道，當(dāng)一個(gè)含有各種分子的樣品溶液緩慢流經(jīng)時(shí)，各分子在色譜柱內(nèi)進(jìn)行兩種不同的運(yùn)動(dòng)，即垂直向下的運(yùn)動(dòng)和無(wú)規(guī)則的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，相對(duì)分子質(zhì)量較大的蛋白質(zhì)分子不能進(jìn)入凝膠顆粒內(nèi)部，只能分布在顆粒之間，通過的路程較短，移動(dòng)速度較快;相對(duì)分子質(zhì)量較小的蛋白質(zhì)分子比較容易進(jìn)入凝膠內(nèi)的通道，通過的路程較長(zhǎng)，移動(dòng)速度較慢。因此，樣品中相對(duì)分子質(zhì)量較大的蛋白質(zhì)先流出，相對(duì)分子質(zhì)量中等的分子后流出，相對(duì)分子質(zhì)量最小的分子最后流出，這種現(xiàn)象又叫分子篩現(xiàn)象。此外，凝膠本身具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，相對(duì)分子質(zhì)量大的分子通過這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)上的空襲時(shí)阻力大，而相對(duì)分子質(zhì)量小的分子通過時(shí)阻力小，因此不同分子量的蛋白質(zhì)分子可以獲得分離。
2.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(duì)進(jìn)行蛋白質(zhì)的分離的意義
哺乳動(dòng)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(shí)可以通過觀察顏色來(lái)判斷什么時(shí)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(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)操作。
3.電泳的作用及其原理
電泳是指帶電粒子在電場(chǎng)的作用下發(fā)生遷移的過程。許多重要的生物大分子，如氨基酸、多肽、蛋白質(zhì)、核苷酸、核酸等都具有可解離基團(tuán)，它們?cè)谀硞€(gè)特定的pH下會(huì)帶上正電或負(fù)電;在電場(chǎng)的作用下，這些帶電分子會(huì)向著與其所帶電荷相反的電極方向移動(dòng)。電泳技術(shù)就是在電場(chǎng)的作用下，利用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(duì)樣品進(jìn)行分離、鑒定或提純的目的。
4.你能從凝膠色譜的分離原理分析為什么凝膠的裝填要緊密、均勻嗎?
答：凝膠實(shí)際上是一些微小的多孔球體，小球體內(nèi)部有許多貫穿的通道。相對(duì)分子質(zhì)量較大的蛋白質(zhì)分子不能進(jìn)入凝膠顆粒內(nèi)部，只能分布在顆粒之間，通過的路程較短，移動(dòng)速度較快;相對(duì)分子質(zhì)量較小的蛋白質(zhì)分子比較容易進(jìn)入凝膠內(nèi)的通道，通過的路程較長(zhǎng)，移動(dòng)速度較慢。因此，樣品中相對(duì)分子質(zhì)量較大的蛋白質(zhì)先流出，相對(duì)分子質(zhì)量中等的分子后流出，相對(duì)分子質(zhì)量最小的分子最后流出，從而使各種相對(duì)分子質(zhì)量不同的分子得以分離。如果凝膠裝填得不夠緊密、均勻，就會(huì)在色譜柱內(nèi)形成無(wú)效的空隙，使本該進(jìn)入凝膠內(nèi)部的樣品分子從這些空隙中通過，攪亂洗脫液的流動(dòng)次序，影響分離的效果。
[典例解析]
用凝膠色譜法分離蛋白質(zhì)時(shí)，分子量大的蛋白質(zhì)( D )
A路程較長(zhǎng)，移動(dòng)速度較慢 B路程較長(zhǎng)，移動(dòng)速度較快
C路程較短，移動(dòng)速度較慢 D路程較短，移動(dòng)速度較快
解析：在小球體內(nèi)部有許多貫穿的通道，當(dāng)相對(duì)分子質(zhì)量不同的蛋白質(zhì)通過凝膠時(shí)，相對(duì)分子質(zhì)量較小的蛋白質(zhì)容易進(jìn)入凝膠內(nèi)部的通道，路程較長(zhǎng)，移動(dòng)速度較慢;而相對(duì)分子質(zhì)量較大的蛋白質(zhì)無(wú)法進(jìn)入凝膠內(nèi)部的通道，只能在凝膠外部移動(dòng)，路程較短，移動(dòng)速度較快。
經(jīng)典例題剖析
例題1、關(guān)于果酒制作過程中的敘述正確的是( B )
A先去爛子粒和枝梗，再用清水沖洗污物 B發(fā)酵的溫度維持在20℃最好
C發(fā)酵過程中需要適時(shí)打開瓶蓋放氣，以防發(fā)酵瓶破裂 D需要不斷的充入氧氣
解析：為防雜菌污染，爛子粒應(yīng)該沖洗之前去除，而去枝梗應(yīng)在沖洗之后;酵母菌酒精發(fā)酵需在無(wú)氧條件下進(jìn)行，通氣時(shí)只能擰松瓶蓋不可打開瓶蓋;最適宜溫度為20℃。
例題2、關(guān)于果醋制作過程中的敘述正確的是( C )
A打開發(fā)酵瓶是因?yàn)槿^程需要通入氧氣，排出二氧化碳
B醋酸菌在糖源和氧氣充足時(shí)，能將葡萄糖分解成醋酸和二氧化碳
C當(dāng)糖源不足時(shí)，醋酸菌可將酒精分解成醋酸
D要使果酒變成果醋只需通入氧氣，加入醋酸菌就可以了
解析：醋酸菌和酵母菌發(fā)酵的區(qū)別在于前者需氧，不產(chǎn)生二氧化碳，而且發(fā)酵的最適溫度也不同。
例題3、腐乳制作過程中影響其風(fēng)味和品質(zhì)的因素有哪些?( A )
?、冫}的用量 ② 酒的種類和用量 ③發(fā)酵溫度 ④ 發(fā)酵時(shí)間 ⑤辛香料的用量
A①②③④⑤ B ①②③ C ①②⑤ D ③④
解析：鹽、酒、辛香料不僅用來(lái)調(diào)味，還可抑菌，防腐乳變質(zhì)。適宜的鹽的用量和酒的濃度還影響發(fā)酵中蛋白酶的作用發(fā)揮;發(fā)酵時(shí)間和溫度都會(huì)影響腐乳的風(fēng)味。
例題4、將10毫升酵母菌液放在適宜的溫度下培養(yǎng)，并且于不同時(shí)間內(nèi)等量均勻取樣4次，分別測(cè)定樣品中酵母菌的數(shù)量和PH，結(jié)果如下表。請(qǐng)分析回答：
樣品 酵母菌的數(shù)量(個(gè)/mm3) PH 1 1210 4.8 2 820 5.4 3 1210 3.7 4 1000 5.0 ① 表中樣品取樣先后次序是
?、趯?duì)酵母菌而言，10毫升該培養(yǎng)液的環(huán)境負(fù)荷量為 個(gè)。
③若第五次均勻取樣時(shí)，樣品中的酵母菌數(shù)量為760(個(gè)/mm3)，產(chǎn)生這一結(jié)果的原因是 。
解析:(1)由于酵母菌進(jìn)行有氧呼吸和無(wú)氧呼吸都產(chǎn)生二氧化碳，使發(fā)酵液的酸性增強(qiáng)。根據(jù)樣品PH大小，越早取樣PH越大，由此取樣順序?yàn)?、4、1、3。
(2)經(jīng)過培養(yǎng)10mL培養(yǎng)液中有菌數(shù)1210個(gè)/mm3，環(huán)境負(fù)荷量應(yīng)為1.21×107。
(3)培養(yǎng)液中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不斷被消耗，pH值減小，部分酵母菌因營(yíng)養(yǎng)缺乏不適應(yīng)而死亡并解體。
答案： 2、4、1、3;1.21×107;培養(yǎng)液中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不斷被消耗，pH值減小，部分酵母菌因營(yíng)養(yǎng)缺乏不適應(yīng)而死亡并解體。
例題5、水果罐頭蓋上印有"如發(fā)現(xiàn)蓋子鼓起，請(qǐng)勿選購(gòu)"的字樣，引起蓋子鼓起的最可能原因是( B )
A、好氧型細(xì)菌呼吸，產(chǎn)生CO2和H2O B、酵母菌呼吸，產(chǎn)生CO2和C2H5OH
C、乳酸菌呼吸，產(chǎn)生 CO2和 C3H6O3 D、酵母菌呼吸，產(chǎn)生CO2和 H2O
[解析] 罐頭是密封、殺菌的，但不排除有微生物的孢子等存活下來(lái)，只有進(jìn)行無(wú)氧呼吸的微生物可以生存;罐頭鼓脹是過期后微生物生活產(chǎn)氣的結(jié)果，乳酸菌無(wú)氧呼吸產(chǎn)生乳酸，無(wú)氣體產(chǎn)生;酵母菌既可以在有氧條件下生活，也可以在無(wú)氧條件下發(fā)酵產(chǎn)生酒精和二氧化碳。
例題6、有人測(cè)定了A、B、C、D四種植物體內(nèi)多種酶的活性與溫度的關(guān)系，結(jié)果如下圖所示。根據(jù)圖中的信息，你認(rèn)為在25攝氏度條件下，競(jìng)爭(zhēng)能力最強(qiáng)的生物和對(duì)溫度適應(yīng)范圍最廣的生物分別是( A )
A B和D B B和C C B和A D A和C
催 C D
化 100 A B
效
率 50
( %)
0 5 10 15 20 25 30 35 40
[解析] 酶活性具有一定的溫度范圍和適宜溫度，溫度過高酶會(huì)失活，低溫對(duì)酶活性抑制;在一定溫度下，最適宜該溫度的酶活性最強(qiáng)，該生物生活的也最好，競(jìng)爭(zhēng)力就強(qiáng);酶有活性的范圍最大，生物的生存溫度范圍就越廣。
例題7、(05年杭州高三第一次檢測(cè))下圖是人體內(nèi)某個(gè)化學(xué)反應(yīng)的示意圖，圖中代表酶的英文字母是( A )
[解析] 酶是起催化作用的，它在反應(yīng)前后的性質(zhì)保持不變，據(jù)圖可以解釋A 所代表的物質(zhì)是酶。所以在特定條件和一定的時(shí)間內(nèi)，酶的催化作用可以一直保持。
例題8、(04年北京東城區(qū)綜合檢測(cè)) 實(shí)驗(yàn)研究pH對(duì)酶活性的影響，準(zhǔn)備5支含有等量胃蛋白酶溶液但pH各不相同的試管，每支試管加1塊1 cm3的正方體凝固蛋白塊，試管均置于25 ℃室溫條件下，將各試管蛋白塊消失的時(shí)間記錄于下表：
酶溶液的pH 蛋白塊消失的時(shí)間(min) 1
2
3
4
5 13
9
11
45
>60 (1)酶活性最強(qiáng)時(shí)的pH是_________。
(2)蛋白塊消失的時(shí)間與酶活性強(qiáng)弱的關(guān)系是_________。
(3)請(qǐng)以2種方法改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，使實(shí)驗(yàn)在更短的時(shí)間內(nèi)完成。
(4)在人體消化道中，能分泌本實(shí)驗(yàn)中酶的部位是_________。
(5)為確認(rèn)蛋白塊的消失是由于酶的作用，還應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行什么設(shè)計(jì)
[答案] (1)2
(2)酶活性越大，蛋白質(zhì)分解越快，蛋白塊消失的時(shí)間越短
(3)方法Ⅰ：將題給溫度由25℃提高至大約37℃。方法Ⅱ：將原題中正方體蛋白塊處理得更小(如切成0.5×0.5×0.5=0.125 cm3)，這相當(dāng)于消化道內(nèi)進(jìn)行的物理性消化
(4)胃(答小腸不給分，因pH與題意不符)
(5)另增加一個(gè)試管，放入等量的蛋白塊并將pH調(diào)得適當(dāng)，但不加酶溶液
例題9、現(xiàn)有相同容積的玻璃缸幾只，利用自然的清水、同齡且發(fā)育狀態(tài)相同的小蝌蚪60只、飼喂蝌蚪的飼料、未經(jīng)處理的具有生物活性的甲狀腺激素，并把具有生物活性的甲狀腺激素放在50℃的溫水中處理10 min。根據(jù)這些現(xiàn)有的條件，請(qǐng)你設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證甲狀腺激素經(jīng)過處理以后，是否還有生物活性。?
(1) 實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)
第一步，取玻璃缸3只，分別標(biāo)記為甲、乙、丙;
第二步， ;
第三步，如果甲缸每天飼喂飼料，丙缸每天飼喂用具有生物活性的甲狀腺激素相拌的飼料，則乙缸怎樣飼喂? ;
最后經(jīng)過一定時(shí)間的飼喂，觀察現(xiàn)象，得出結(jié)果和結(jié)論。?
(2) 結(jié)果分析
?、偃粢?、丙缸的蝌蚪發(fā)育同步，迅速變態(tài)為小青蛙，而甲缸還是蝌蚪狀態(tài)，說明
;
②若甲、乙缸的蝌蚪發(fā)育同步，而丙缸發(fā)育變態(tài)迅速，說明了 ?
。
?、廴粢腋椎尿蝌桨l(fā)育比甲缸快，比丙缸慢，則說明了
。?
(3)該實(shí)驗(yàn)設(shè)置甲、丙兩組實(shí)驗(yàn)的目的是 。?
[答案](1)分別加入等量的清水和20只蝌蚪 每天飼喂用經(jīng)過處理過的甲狀腺激素
相拌的飼料
(2)①甲狀腺激素經(jīng)過50℃的溫水處理后，對(duì)其生物活性沒有影響 ②甲狀腺激素經(jīng)過50℃的溫水處理后，完全喪失了生物活性 ③甲狀腺激素經(jīng)過50℃的溫水處理后，使生物活性有所降低
(3)起對(duì)照作用
例10、 在DNA分子的粗提取實(shí)驗(yàn)中，兩次向燒杯中加入蒸餾水的作用是( )
A. 稀釋血液、沖洗樣品
B. 使血細(xì)胞破裂，降低NaCl濃度使DNA析出
C. 使血細(xì)胞破裂，增大DNA溶解度
D. 使血細(xì)胞破裂，提取含雜質(zhì)較少的DNA
解析：在該實(shí)驗(yàn)過程中，第一次加入蒸餾水的目的是使血細(xì)胞過度吸水而破裂，以便核物質(zhì)溶解。第二次加入蒸餾水是為了降低NaCl濃度至0.14mol/l，因?yàn)榇藭r(shí)的DNA溶解度最小，可使DNA析出。
例11、 在制備雞血細(xì)胞液的過程中，加入檸檬酸鈉的目的是( A )
A. 防止凝血 B. 加快DNA析出 C. 加快DNA溶解 D. 加速凝血
解析：檸檬酸鈉的作用是利用檸檬酸根離子與血漿中Ca2+離子結(jié)合成檸檬酸鈉，降低Ca2+離子濃度，使有關(guān)凝血酶活性降低。因此檸檬酸鈉是抗凝血物質(zhì)，防止凝血，有利于雞血細(xì)胞液的制備。
例12、去除DNA雜質(zhì)時(shí)，可直接在濾液中加入( A )，反應(yīng)10-15min
A. 嫩肉粉 B. 蒸餾水 C. 2mol/lNaCl D. 酒精
解析：嫩肉粉中的木瓜蛋白酶能夠分解蛋白質(zhì)
例13、 DNA在NaCl溶液中溶解度有二重性，隨著NaCl溶液的變化而變化。
(1)請(qǐng)?jiān)谙铝蠳aCl溶液中選出溶解度能使DNA析出最徹底的一種( )和溶解度最高的一種( )
A. 0.14mol/l B. 2mol/l C. 0.15mol/l D. 0.3mol/l
(2)DNA不溶于酒精溶液，但細(xì)胞中的某些物質(zhì)卻可以溶于酒精溶液，利用這一原理可以____________，可以推測(cè)溶于酒精中的物質(zhì)可能有____________。
(3)利用DNA與_____變藍(lán)色的特性，將該物質(zhì)作為鑒定______的試劑。其實(shí)驗(yàn)過程要點(diǎn)是向放有_____的試管中加熱4ml的____?；旌暇鶆蚝螅瑢⒃嚬苤糜赺__5min，待試管______，觀察試管中溶液顏色的變化，這個(gè)實(shí)驗(yàn)也說明DNA耐___溫。
解析：根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知DNA在0.14mol/l的NaCl溶液中溶解度最低，在高濃度2mol/l中，溶解度最高。DNA存在于染色體上，為了把DNA和其他物質(zhì)分開，采取DNA不溶于酒精的方法，目的是除去雜質(zhì);利用DNA與二苯胺(沸水浴)成藍(lán)色的特性，可以鑒定提取的DNA。
答案：(1)A;B
(2)除去雜質(zhì);某些脂類、蛋白質(zhì)、糖類或其他大分子物質(zhì)
(3)二苯胺;DNA;DNA;二苯胺試劑;沸水中水浴加熱;冷卻后;高
例14、關(guān)于DNA在NaCl溶液中的溶解度，下面敘述中正確的時(shí)( D )
A. 隨著NaCl溶液濃度的增大，DNA在NaCl溶液中的溶解度也增大
B. 隨著NaCl溶液濃度的減少，DNA在NaCl溶液中的溶解度也減少
C. DNA在NaCl溶液中的溶解度與NaCl溶液的濃度無(wú)關(guān)
D. 當(dāng)NaCl溶液的濃度為0.14mol/l時(shí)，DNA的溶解度最低
例15、在"DNA的粗提取與鑒定"的實(shí)驗(yàn)中，將提取獲得的含有DNA的粘稠物(還含有較多雜質(zhì))分別處理如下：
第一， 放入0.14mol/l的NaCl溶液，攪拌后過濾，得濾液A和粘稠物a
第二， 放入2mol/l的NaCl溶液，攪拌后過濾，得濾液B和粘稠物b
第三， 放入冷卻的95%的酒精溶液中，攪拌后過濾，得濾液C和粘稠物c
以上過程獲得的濾液和粘稠物中因含DNA少而可以放棄的是 A、b、C 。
解析：在不同濃度的NaCl溶液中DNA的溶解度是不同的。在0.14mol/l的NaCl溶液中DNA的溶解度最小，呈絲狀物析出。在2mol/l的NaCl溶液中DNA的溶解度最大，所以DNA呈溶解狀態(tài)，過濾后存在于濾液中。酒精溶液可使DNA分子凝集，呈絲狀物，過濾后存在于粘稠物中。
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