高一生物血紅蛋白的提取和分離介紹
高一生物血紅蛋白的提取和分離介紹
高一主要學習的內(nèi)容是細胞，學生需要知道和掌握這些的知識，下面是學習啦小編給大家?guī)淼挠嘘P于血紅蛋白的提取和分離知識點的介紹，希望能夠幫助到大家。
高一生物血紅蛋白的提取和分離知識點
該知識點包括凝膠色譜法、緩沖溶液、電泳、實驗操作及操作提示等幾個要點知識。
1. 凝膠色譜法：也稱做分配色譜法，是根據(jù)相對分子質(zhì)量的大小分離蛋白質(zhì)的有效方法。凝膠實際上是一些由多糖類化合物構(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)比較容易進入凝膠內(nèi)部的通道，路程較長，移動速度較慢;而相對分子質(zhì)量較大的蛋白質(zhì)無法進入凝膠內(nèi)部的通道，只能在凝膠外部移動，路程較短，移動速度較快。相對分子質(zhì)量不同的蛋白質(zhì)分子因此得以分離。
2. 緩沖溶液：緩沖溶液的作用是能夠抵制外界的酸和堿對溶液pH的影響，維持pH基本不變。緩沖溶液通常由1-2種緩沖溶劑溶解于水中配制而成的。生物體內(nèi)進行的各種生物化學反應都是在一定的pH下進行的，例如：血漿的pH是7.35～7.45，要在實驗條件下準確模擬生物體內(nèi)的過程，必須保持體外的pH與體內(nèi)的基本一致。
3.電泳：電泳是指帶電粒子在電場的作用下發(fā)生遷移的過程。許多重要的生物大分子，如蛋白質(zhì)、核酸等都具有可解離的基團，在一定的pH下，這些基團會帶上正電或負電。在電場的作用下，這些帶電分子會向著與其所帶電荷相反的電極移動。電泳利用了待分離樣品中各種分子帶電性質(zhì)的差異以及分子本身的大小、形狀的不同，使帶電分子產(chǎn)生不同的遷移速度，從而實現(xiàn)樣品中各種分子的分離。
兩種常用的電泳方法是瓊脂糖凝膠電泳和聚丙烯酰胺凝膠電泳，在測定蛋白質(zhì)分子量時通常使用SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳。蛋白質(zhì)在聚丙烯酰胺凝膠中的遷移速率取決于蛋白質(zhì)所帶凈電荷的多少以及分子的大小等因素。
4. 實驗操作及操作提示：蛋白質(zhì)的提取和分離一般分為四步：樣品處理、粗分離、純化、純度鑒定。
血紅蛋白的提取和分離過程中應注意：
(1)紅細胞洗滌過程中，洗滌三次后，如上清液仍有黃色，可增加洗滌次數(shù)，否則無法除去血漿蛋白;離心時轉(zhuǎn)速要低，時間要短，否則白細胞等會一同沉淀，達不到分離效果。
(2)血紅蛋白釋放過程中，蒸餾水的作用是漲破紅細胞，甲苯作用主要是溶解細胞膜。
(3)為了加快干凝膠的膨脹，可將加入洗脫液的濕凝膠用沸水浴加熱，通常只需1～2 h，還可除去凝膠中可能帶有的微生物，排除膠粒內(nèi)的空氣。
(4)在色譜柱中填凝膠的時候要盡量緊密，以降低凝膠顆粒之間的空隙。在裝填凝膠柱時，不得有氣泡存在，因為氣泡會攪亂洗脫液中蛋白質(zhì)的洗脫次序，降低分離效果。在凝膠色譜操作過程中，不能發(fā)生洗脫液流干，露出凝膠顆粒的現(xiàn)象。一旦發(fā)生上述兩種情況，凝膠色譜柱需要重新裝填。
(5)滴加樣品時，吸管管口貼著管壁環(huán)繞移動加樣，不要破壞凝膠面。
(6)根據(jù)紅色區(qū)帶的移動狀況判斷收集流出液時間。
【血紅蛋白的提取和分離考點分析】
在平常測試中，該知識點多以選擇題或填空題的形式出現(xiàn)。通常考查蛋白質(zhì)的提取方法、原理、實驗操作等基礎知識。出題形式靈活，難度中等。從近3年高考生物試題看，只是在2013年的四川卷中有一個空涉及到了凝膠色譜法。今年可能會考查這個知識點，一定要夯實基礎知識。
【血紅蛋白的提取和分離知識點誤區(qū)】
提取蛋白質(zhì)的方法易混淆，對血紅蛋白提取步驟及相關注意事項掌握不牢也是做錯題的原因之一。因此，要突破本專題：首先，要掌握血紅蛋白的提取原理：蛋白質(zhì)各種特性的差異，如分子的形狀和大小、所帶電荷的性質(zhì)和多少、溶解度、吸附性質(zhì)和對其他分子的親和力等，可以用來分離不同種類的蛋白質(zhì)。其次，要掌握相關方法：凝膠色譜法和電泳法(常用的電泳法有瓊脂糖凝膠電泳和聚丙烯酰胺凝膠電泳)。最后，要掌握血紅蛋白的提取和分離步驟及相關注意事項。
【典型例題】紅細胞中含有大量的血紅蛋白，我們可以選用豬、牛、羊或其他脊椎動物的血液進行實驗來提取和分離血紅蛋白。下列對血紅蛋白提取和分離的敘述，錯誤的是 ( )
A.血紅蛋白提取和分離一般按照樣品處理→粗分離→純化→純度鑒定的順序進行
B.純化過程中要用生理鹽水充分溶脹凝膠來配制凝膠懸浮液
C.粗分離中透析的目的是去除相對分子質(zhì)量較小的雜質(zhì)
D.可經(jīng)SDS—聚丙烯酰胺凝膠電泳進行純度鑒定
答案：B
解析：蛋白質(zhì)的提取和分離一般分為四步：樣品處理、粗分離、純化和純度鑒定。提取和分離血紅蛋白時，首先通過洗滌紅細胞、血紅蛋白的釋放、離心等操作收集到血紅蛋白溶液，即樣品處理;再通過透析法除去相對分子質(zhì)量較小的雜質(zhì)，即樣品的粗分離;然后通過凝膠色譜法將相對分子質(zhì)量較大的雜蛋白除去，即樣品純化，純化過程中凝膠應用蒸餾水充分溶脹后，配制成凝膠懸浮液，而不是用生理鹽水;最后經(jīng)SDS—聚丙烯酰胺凝膠電泳進行純度鑒定。
高一生物基因工程的應用知識點
該知識點包括植物基因工程碩果累累、動物基因工程前景廣闊、基因工程藥物異軍突起、基因治療曙光初照等幾個要點知識。
1. 植物基因工程碩果累累：殺蟲基因：主要有Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因、淀粉酶抑制劑基因、植物凝集素基因等。優(yōu)點：減小生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染。
(1)抗病轉(zhuǎn)基因植物：抗病基因：使用最多的是病毒外殼蛋白基因和病毒的復制酶基因;抗真菌轉(zhuǎn)基因植物中可使用的基因有幾丁質(zhì)酶基因、抗毒素合成基因。
(2)其他抗逆轉(zhuǎn)基因植物：抗逆基因：調(diào)節(jié)滲透壓的基因(使植物細胞滲透壓升高以適應鹽堿或干旱環(huán)境)、抗凍蛋白基因、抗除草劑基因。作用：以提高植物對環(huán)境適應能力。
(3)利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)：舉例：將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胫参镏校蛘吒淖冞@些氨基酸合成途徑中某種關鍵酶的活性，以提高植物氨基酸含量。
2. 動物基因工程前景廣闊：主要體現(xiàn)在：用于提高動物生長速度(生長激素基因);用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì);用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物(乳腺生物反應器);用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體。
乳腺生物反應器的操作過程為：將藥用蛋白基因與乳腺蛋白基因的啟動子等調(diào)控組件重組在一起，通過顯微注射等方法，導入哺乳動物的受精卵中，然后，將受精卵送入母體內(nèi)，使其生長發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動物。
為解決器官移植中的免疫排斥反應，科學家正在想辦法對豬的器官進行改造，采用的方法是將器官供體基因組導入某種調(diào)節(jié)因子，以抑制抗原決定基因的表達;或設法除去抗原決定基因，結(jié)合克隆技術，培育出沒有免疫排斥反應的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官。
3. 基因工程藥物異軍突起：利用基因工程能高效地生產(chǎn)出各種高質(zhì)量、低成本藥品。目前，用基因工程方法生產(chǎn)的藥物已經(jīng)有六十余種，除胰島素、干擾素外，還有白細胞介素、溶血栓劑、凝血因子、人造血液代用品，以及預防乙肝、狂犬病、百日咳、霍亂、傷寒、虐疾等疾病的各類疫苗。
4. 基因治療曙光初照：基因治療是把正?；?qū)氩∪梭w內(nèi)，使該基因的表達產(chǎn)物發(fā)揮功能，從而達到治療疾病的目的，這是治療遺傳病的最有效手段。這種治療依據(jù)的是遺傳病患者一般缺少正?；?，所以導入正?；蚝?，使其表達，即可對病情起到緩解作用。
【基因工程的應用考點分析】
在平常測試中，該知識點比例不大，多以選擇題或簡答題的形式出現(xiàn)。通?？疾榛蚬こ痰南嚓P應用知識。在高考中，從近幾年生物試題看，全國課標卷涉及很少，在單科生物試卷中考查也不多，只是在考查基因工程的過程中，有個別的填空而已。希望同學們記住相關基礎知識。
【基因工程的應用知識點誤區(qū)】
有關基因工程應用的易錯點主要有：①動物基因工程主要是為了改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)，而不是為了產(chǎn)生體型巨大的個體。②DNA分子作探針進行檢測時應檢測單鏈，即將待測雙鏈DNA分子打開。③Bt毒蛋白基因控制合成的Bt毒蛋白并無毒性，進入昆蟲消化道被分解成多肽后產(chǎn)生毒性。④青霉素是青霉菌產(chǎn)生的，不是通過基因工程產(chǎn)生的。⑤并非所有個體都可作為乳腺生物反應器。操作成功的應該是雌性個體，個體本身的繁殖速度較高，泌乳量、蛋白含量等都是應該考慮的因素。⑥基因治療后，缺陷基因沒有改變?；蛑委熓前颜；?qū)胧荏w細胞中，以表達正常產(chǎn)物從而治療疾病，對原來細胞中存在缺陷的基因沒有清除或改變。
【典型例題】科學家利用基因工程技術可以使哺乳動物本身變成“批量生產(chǎn)藥物的工廠”。目前科學家已在牛和羊等動物的乳腺生物反應器中表達出了抗凝血酶、血清白蛋白、生長激素等重要藥品。請回答有關問題：
(1)將藥用蛋白基因和乳腺蛋白基因的啟動子、終止子和______________等重組在一起，就可構(gòu)建基因表達載體，再通過____________技術即可導入受精卵中。
(2)制備乳腺生物反應器的過程中，目的基因的受體細胞為____________，性染色體組成為________。
(3)為確定受體細胞中染色體的DNA上是否插入了目的基因，可利用____________技術進行檢測，一般是用放射性同位素標記________________________________作探針。
(4)轉(zhuǎn)化成功的受精卵發(fā)育成胚胎需要進行體外培養(yǎng)，在培養(yǎng)液中要加入____________等天然成分。
答案：(1)標記基因 顯微注射 (2)受精卵 XX (3)DNA分子雜交 含有目的基因的DNA片段 (4)血清
解析：基因表達載體的組成，除了目的基因，還必須有啟動子、終止子及標記基因。顯微注射技術是轉(zhuǎn)基因動物操作中采用最多、也最有效的方法。制備乳腺生物反應器的過程中，子代個體須有乳房，所以受體為雌性，其性染色體組成為XX。將含有目的基因的DNA片段用放射性同位素標記作探針，用DNA分子雜交技術可檢測目的基因是否成功插入了受體細胞染色體的DNA上。
高一生物基因工程的基本操作程序知識點
該知識點包括目的基因的獲取、基因表達載體的構(gòu)建、將目的基因?qū)胧荏w細胞、目的基因的檢測與鑒定等幾個要點知識。
1. 目的基因的獲?。耗康幕蚴侵妇幋a蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因。原核基因采取直接分離獲得，真核基因是人工合成。人工合成目的基因的常用方法有反轉(zhuǎn)錄法和化學合成法。直接分離目的基因的方法有：①從基因組文庫中獲取：即用限制酶進行切割、分離;②從cDNA文庫中獲?。杭蠢胢RNA反轉(zhuǎn)錄形成;③利用PCR擴增技術：獲取大量目的基因。人工化學合成適用于分子較小的基因。
2. 基因表達載體的構(gòu)建：是基因工程的核心步驟。
目的：使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在、能夠表達和發(fā)揮作用，并且可以遺傳至下一代。
組成：目的基因+啟動子+終止子+標記基因。
啟動子：是一段特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段，位于基因的首端，是RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位，能驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄出mRNA，最終獲得所需的蛋白質(zhì)。
終止子：也是一段特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段 ，位于基因的尾端。
標記基因的作用：是為了鑒定受體細胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細胞篩選出來。常用的標記基因是抗生素抗性基因。
3. 將目的基因?qū)胧荏w細胞：(以下知識要點是同學們必須要掌握的)
轉(zhuǎn)化：是目的基因進入受體細胞內(nèi)，并且在受體細胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達的過程。
常用的轉(zhuǎn)化方法：將目的基因?qū)胫参锛毎翰捎米疃嗟姆椒ㄊ?農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法，其次還有基因槍法和花粉管通道法等。將目的基因?qū)雱游锛毎鹤畛Ｓ玫姆椒ㄊ?顯微注射技術。此方法的受體細胞多是受精卵。將目的基因?qū)胛⑸锛毎涸松镒鳛槭荏w細胞的原因是繁殖快、多為單細胞、遺傳物質(zhì)相對較少 ，最常用的原核細胞是大腸桿菌 ，其轉(zhuǎn)化方法是：先用 Ca2+ 處理細胞，使其成為感受態(tài)細胞 ，再將重組表達載體DNA分子 溶于緩沖液中與感受態(tài)細胞混合，在一定的溫度下促進感受態(tài)細胞吸收DNA分子，完成轉(zhuǎn)化過程。重組質(zhì)粒導入受體細胞后，篩選含有基因表達載體受體細胞的依據(jù)是標記基因是否表達。
4.目的基因的檢測與鑒定：(1)首先要檢測 轉(zhuǎn)基因生物的染色體DNA上是否插入了目的基因，方法是采用 DNA分子雜交技術。(2)其次還要檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA，方法是采用用標記的目的基因作探針與mRNA雜交。(3)最后檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì)，方法是從轉(zhuǎn)基因生物中提取蛋白質(zhì)，用相應的抗體進行抗原-抗體雜交。(4)有時還需進行個體生物學水平的鑒定。如轉(zhuǎn)基因抗蟲植物是否出現(xiàn)抗蟲性狀。
【基因工程的基本操作程序考點分析】
在平常測試中，該知識點有較大比例，多以選擇題或簡答題的形式出現(xiàn)。通常考查基因工程基本操作步驟及相關步驟的實施方法、要點及涉及的酶等多方面的的知識，出題形式多以基因工程模式圖為背景切入，難度中等。在高考中，從近幾年生物試題看，本部分知識一直是高考命題的熱點，題目多以簡答題形式考查。以新科技材料及圖解為背景切入，考查的知識點比較基礎。所以同學們要認真記憶上述基礎知識。
【基因工程的基本操作程序知識點誤區(qū)】
本部分易錯問題主要集中在：獲取目的基因的方法、基因表達載體的結(jié)構(gòu)、目的基因?qū)爰毎姆椒澳康幕蜩b定與檢測的方法。同學們在復習時一定要關注以下易錯點：
(1)目的基因的插入位點不是隨意的：基因表達需要啟動子與終止子的調(diào)控，所以目的基因應插入到啟動子與終止子之間的部位。
(2)基因工程操作過程中只有第三步(將目的基因?qū)胧荏w細胞)沒有堿基互補配對現(xiàn)象。第一步逆轉(zhuǎn)錄法獲得DNA，第二步黏性末端連接，第四步檢測分子水平雜交方法。
(3)原核生物作為受體細胞的優(yōu)點：繁殖快、多為單細胞、遺傳物質(zhì)相對較少。
(4)一般情況下，用同一種限制酶切割質(zhì)粒和含有目的基因的片段，但有時可用兩種限制酶分別切割質(zhì)粒和目的基因，這樣可避免質(zhì)粒和質(zhì)粒之間、目的基因和目的基因之間的連接。
(5)目的基因進入受體細胞內(nèi)，并且在受體細胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達的過程，稱為轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化的實質(zhì)是目的基因整合到受體細胞染色體基因組中。
(6)不熟悉標記基因的種類和作用：標記基因的作用——篩選、檢測目的基因是否導入受體細胞，常見的有抗生素抗性基因、發(fā)光基因(表達產(chǎn)物為帶顏色的物質(zhì))等。
(7)對受體細胞模糊不清：受體細胞常用植物受精卵或體細胞(經(jīng)組織培養(yǎng))、動物受精卵(一般不用體細胞)、微生物(大腸桿菌、酵母菌)等。要合成糖蛋白、有生物活性的胰島素則必須用真核生物酵母菌(需內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體的加工、分泌);一般不用支原體，原因是它營寄生生活;一定不能用哺乳動物成熟的紅細胞，原因是它無細胞核，不能合成蛋白質(zhì)。
(8)還應注意的問題有：①基因表達載體中，啟動子(DNA片段)≠起始密碼子(RNA);終止子(DNA片段)≠終止密碼子(RNA)。②基因表達載體的構(gòu)建是最核心、最關鍵的一步，在體外進行。
【典型例題】
浙江大學農(nóng)學院喻景權(quán)教授課題組研究發(fā)現(xiàn)，一種植物激素——油菜素內(nèi)酯能促進農(nóng)藥在植物體內(nèi)的降解和代謝。用油菜素內(nèi)酯處理后，許多參與農(nóng)藥降解的基因(如P450基因和紅霉素抗性基因)的表達和酶活性都得到提高，在這些基因“指導”下合成的蛋白酶能把農(nóng)藥逐漸轉(zhuǎn)化為水溶性物質(zhì)或低毒甚至無毒物質(zhì)，有的則被直接排出體外。某課題組進一步進行了如下的實驗操作，請回答下列問題：
(1)獲得油菜素內(nèi)酯合成酶基因的方法有____________________________________。步驟①用PCR技術擴增基因時用到的耐高溫酶通常是指____________________________;步驟②用到的酶有_______________________________________________________________。
(2)圖中導入重組質(zhì)粒的方法是_________，在導入之前應用一定濃度的______________處理受體細菌。
(3)導入重組質(zhì)粒2以后，往往還需要進行檢測和篩選，可用____________________制成探針，檢測是否導入了重組基因，在培養(yǎng)基中加入________________可將含有目的基因的細胞篩選出來。
(4)請你為該課題命名：____________________________________________________。
答案：(1)從cDNA文庫中獲取、從基因組文庫中獲取、人工合成目的基因或PCR擴增技術(任選其中兩項即可) TaqDNA聚合酶 限制酶和DNA連接酶 (2)轉(zhuǎn)化法 氯化鈣溶液 (3)紅霉素抗性基因 紅霉素(4)探究油菜素內(nèi)酯能否促進土壤中農(nóng)藥的分解
解析：進行基因工程操作時，首先要獲取目的基因，其方法有多種：從cDNA文庫中獲取、從基因組文庫中獲取、人工合成目的基因或PCR擴增技術等。在構(gòu)建基因表達載體的過程中，用到的工具酶有限制酶和DNA連接酶。圖中的受體細胞是細菌，故用轉(zhuǎn)化法導入基因表達載體，導入后，需檢驗和篩選。從圖中可以看出，最終是通過對照實驗來檢驗轉(zhuǎn)基因細菌對土壤中殘留農(nóng)藥的分解能力。
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