2019-2020学年人教版生物选修一抢分教程能力提升：专题5课题3　血红蛋白的提取与分离

2019-2020学年人教版生物选修一抢分教程能力提升：专题5课题3　血红蛋白的提取与分离

专题 5 课题 3 血红蛋白的提取与分离 [随堂巩固] 1．有资料显示，在非洲，镰刀型细胞贫血症基因的携带者更能适应当地的 环境。有人认为这种人的血红蛋白可能与正常人或镰刀型细胞贫血症病人的有 一定差异。为证实这种猜想，需对携带者的血红蛋白进行检测，而检测前需要 分离得到这种血红蛋白。试想分离提纯镰刀型细胞贫血症携带者(Aa)的血红蛋白 时，用不到的药品或仪器是 A．琼脂糖 B．磷酸缓冲液 C．离心机 D．二苯胺 解析 二苯胺是鉴定、检测 DNA 的化学试剂，与分离提纯血红蛋白无关， 所以不需要该药品，选 D。 答案 D 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 当不同相对分子质量的蛋白质通过凝胶柱时，分子量较小的蛋白质 容易进入凝胶内部的通道，路程长移动的速度慢，而分子量大的蛋白质分子不 容易进入凝胶内部的通道，路程短，移动的速度快，最先洗脱出来，故选 D。 答案 D 3．将释放出的血红蛋白以 2 000 r/min 的速度离心 10 min 后，可以看到试 管中的溶液分为 4 层，其中哪一层是血红蛋白的水溶液 A．第一层无色透明 B．第二层白色 C．第三层红色透明 D．第四层暗红色 解析 分离血红蛋白溶液时，将搅拌好的混合液转移到离心管中，经过中 速长时离心后，可明显看到试管中溶液分为 4 层，从上往下数，第 1 层为甲苯 层，第 2 层为脂溶性物质的沉淀层，第 3 层为血红蛋白水溶液，第 4 层为杂质 沉淀层。所以 C 正确。A、B、D 不正确。 答案 C 4．根据血清蛋白醋酸纤维素薄膜电泳图谱示意图分析，所带负电荷最多的 球蛋白是 A．α1球蛋白 B．α2球蛋白 C．β球蛋白 D．γ球蛋白 解析 根据电泳的原理进行分析，带电粒子在电场中向与其电性相反的电 极泳动的现象称为电泳。因此移动越慢的，所带负电荷就越少(点样是在负极)。 答案 A 5．下图甲乙表示血红蛋白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叫________________，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________________接近色谱柱底端时，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、纯度 鉴定。其中样品处理包括________________、________________、收集血红蛋白 溶液。 解析 试题分析：(1)血红蛋白具有运输氧气的作用。 (2)透析是将血红蛋白溶液装入透析袋，放入磷酸缓冲液。C 磷酸缓冲液的 作用是洗脱血红蛋白。 (3)甲装置用于透析(粗分离)，目的是去除样品中分子量较小的杂质。乙装置 分离蛋白质的方法叫凝胶色谱法，是根据相对分子质量的大小分离蛋白质的有 效方法。 (4)乙装置分离血红蛋白时，待红色的蛋白质(血红蛋白)接近色谱柱底端时， 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、收集血红蛋白溶液。 答案 (1)运输 (2)磷酸缓冲液 洗脱血红蛋白 (3)透析(粗分离) 去除样 品中分子量较小的杂质 凝胶色谱法 相对分子质量的大小 (4)红色的蛋白质 (5)红细胞的洗涤 血红蛋白的释放 [限时检测] [时间 45 分钟，满分 80 分] 一、选择题(每小题 5 分，共 50 分) 1．下列试剂可用于血红蛋白释放的是 ①0.9%的生理盐水 ②甲苯 ③磷酸缓冲液 ④蒸馏水 ⑤柠檬酸钠 A．①③ B．①④ C．④⑤ D．②④ 解析 0.9%的生理盐水是洗涤红细胞时应用的试剂，不能用于血红蛋白释 放，①错误；甲苯的作用是溶解细胞膜的磷脂，加速血红蛋白的释放，②正确； 磷酸缓冲液用于粗分离蛋白质，不能用于释放血红蛋白，③错误；蒸馏水作用 是使红细胞吸水胀破，释放其中的血红蛋白，④正确；柠檬酸钠的作用是采血 时，防止血液凝固，不能用于血红蛋白的释放，⑤错误。故选 D。 答案 D 2．以下关于猪血红蛋白提纯的描述，不正确的是 A．洗涤红细胞时，使用生理盐水可防止红细胞破裂 B．猪成熟红细胞中缺少细胞器和细胞核，提纯时杂蛋白较少 C．血红蛋白的颜色可用于凝胶色谱法分离过程的监测 D．在凝胶色谱法分离过程中，血红蛋白比分子量较小的杂蛋白移动慢 解析 A 项，生理盐水与细胞内液渗透压相近，可避免在洗涤过程中红细胞 因外界渗透压较小而吸水涨破，即 A 项表述正确，故不选择 A 项。B 项，不成 熟的红细胞有细胞核，细胞质中有各种细胞器，可以转录、翻译等，从而形成 血红蛋白与呼吸作用相关的酶。成熟后细胞核和细胞器退化，细胞质中主要成 分成为血红蛋白，所以哺乳动物成熟的红细胞中杂蛋白较少，即 B 项表述正确， 故不选择 B 项。C 项，血红蛋白属于有色蛋白，因此在凝胶色谱法分离时可以 通过观察颜色来判断什么时候应该收集洗脱液，如果操作严谨正确，还可以清 楚的观察到血红蛋白的红色区带均匀、狭窄、平整的随洗脱液缓慢流出，这使 得血红蛋白的分离过程非常直观简捷，即 C 项表述正确，故不选择 C 项。D 项， 凝胶色谱法也称作分配色谱法，是根据相对分子质量的大小分离蛋白质的有效 方法。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 速度慢；而相对分子质量较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，因此二者得以分离，所以血红蛋白分子要 比分子量较小的杂蛋白移动快，即 D 项表述错误，故选择 D 项。 答案 D 3．下列有关提取和分离血红蛋白的叙述，错误的是 A．样品的处理就是通过一系列操作收集到血红蛋白溶液 B．通过透析可以去除样品中分子质量较大的杂质，此为样品的粗提取 C．可通过凝胶色谱法将相对分子质量大的杂质蛋白除去，即样品的纯化 D．可通过 SDS－聚丙烯酰胺凝胶电泳鉴定血红蛋白的纯度 解析 样品的处理就是通过一系列操作收集到血红蛋白溶液，所以 A 正确； 通过透析可以去除样品中分子质量较小的杂质，此为样品的粗提取，B 错误；可 通过凝胶色谱法将相对分子质量大的杂质蛋白除去，即样品的纯化，C 正确； SDS－聚丙烯酰胺凝胶电泳法是蛋白质纯化鉴定使用最多的方法，所以 D 正确。 答案 B 4．如图表示对某蛋白质溶液进行 SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳的结果(类似于 纸层析法分离色素)，下列相关叙述不正确的是 A．蛋白质上某些基团解离后可使蛋白质带电，电场中带电的蛋白质分子(或 多肽)会向着与其所带电荷相反的电极移动 B．蛋白质在 SDS聚丙烯酰胺凝胶中的迁移率完全取决于其所带净电荷多 少 C．蛋白质在 SDS聚丙烯酰胺凝胶中的迁移率基本取决于其相对分子质量 的大小 D．电泳结果表明溶液中蛋白质可能有两种，但也可能只有一种 解析 蛋白质的氨基与羧基可发生偏离，使其带正电或负电，在电场中发 生迁移。SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳所加的 SDS 可掩盖蛋白质本身所带电荷，故 电泳迁移率与本身所带电荷无关，而由其分子大小决定。SDS 会使蛋白质解聚 成单条肽链，故结果所示可能只是一种蛋白质(有两种肽链)，也可能是两种。 答案 B 5．电泳过程中，什么样的分子迁移速度最快 A．纤维状、大分子 B．纤维状、小分子 C．球状、大分子 D．球状、小分子 解析 电泳就是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迁移速度。一般来说，球状分子 比纤维状分子易移动，小分子比大分子易移动。 答案 D 6．下列关于血红蛋白提取和分离的过程及原理叙述，正确的是 A．为了防止血液凝固，应在采血器中预先加入抗凝血剂柠檬酸钠 B．红细胞洗涤使用 5 倍体积的蒸馏水，直到离心后上清液不呈现黄色为止 C．利用 0.9%的 NaCl 对血红蛋白溶液的透析 12 小时，可以去除小分子杂 质 D．在凝胶柱中加入蛋白样品后即可连接缓冲溶液洗脱瓶进行洗脱和收集样 品 解析 为了防止血液凝固，应在采血器中预先加入抗凝血剂柠檬酸钠，A 正确；红细胞洗涤使用 5 倍体积的生理盐水，直到离心后上清液不呈现黄色为 止，B 错误；利用磷酸缓冲液对血红蛋白溶液透析 12 小时，可以去除小分子杂 质，C 错误；在凝胶柱中加入蛋白样品后，等样品完全进入凝胶层后才能连接缓 冲溶液洗脱瓶进行洗脱和收集样品，D 错误。 答案 A 7．下列是关于血红蛋白的提取和分离实验中关键步骤，其中正确的是 A．蛋白质的提取和分离一般可分为粗分离、样品处理、纯化、纯度鉴定等 4 步 B．蛋白质的提取和分离实验可以以猪、牛、羊、蛙等动物的血液为材料分 离血红蛋白 C．对样品的处理过程分为红细胞的洗涤、血红蛋白的释放、透析和分离血 红蛋白等 D．对蛋白质的纯化和纯度鉴定的方法使用最多的是 SDS－聚丙烯酰胺凝胶 电泳 解析 蛋白质的提取和分离一般可分为样品处理、粗分离、纯化、纯度鉴 定等 4 步，A 项错误；一般用哺乳动物如牛、羊的成熟的红细胞作为实验材料提 取和分离血红蛋白，而不用鸡、蛙等动物的血液为材料，B 项错误；对样品的处 理过程分为红细胞的洗涤、血红蛋白的释放、分离血红蛋白溶液和透析等，C 项错误；对蛋白质的纯度鉴定的方法中，使用最多的是 SDS－聚丙烯酰胺凝胶 电泳，D 项正确。 答案 D 8．从细胞中提取某种特定的蛋白质比提取 DNA 难度大，其原因不是 A．蛋白质对温度、盐浓度、pH 等条件更敏感，更易失活 B．蛋白质的空间结构多样，理化性质各不相同，使得蛋白质的提取没有统 一的方法 C．提取某种特定的蛋白质需据其特性摸索提取的程序 D．提取血红蛋白程序可分为样品处理、粗分离、纯化、纯度的鉴定四大步 解析 蛋白质对温度、盐浓度、pH 等条件更敏感，更易失活，而 DNA 分 子相对来讲比较稳定，这些区别是提取某种特定的蛋白质比提取 DNA 难度大的 原因之一，A 项不符合题意；蛋白质的空间结构多样，理化性质各不相同，使得 蛋白质的提取没有统一的方法，而且还需要依据蛋白质的特性摸索提取的程序， 这些也是提取蛋白质的难度较大的原因，B、C 项不符合题意；提取血红蛋白程 序可分为样品处理、粗分离、纯化、纯度的鉴定四大步，这是提取蛋白质的步 骤，不是提取蛋白质难度大的原因，D 项符合题意。 答案 D 9．蛋白质的分离与提纯技术是蛋白质研究的重要技术，下列有关叙述不正 确的 A．根据蛋白质分子不能通过半透膜的特性，可将样品中各种不同蛋白质分 离 B．根据蛋白质所带电荷性质的差异及分子大小，可通过电泳分离蛋白质 C．根据蛋白质相对分子质量的大小，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 蛋白质分子不能通过半透膜，但溶液中的小分子物质则可以透过半 透膜，因此可以将蛋白质和溶液中的小分子物质分离，A 项错误；电泳是指带电 粒子在电场的作用下发生迁移的过程。根据蛋白质所带电荷性质的差异及分子 大小，可通过电泳使带电分子产生不同的迁移速度，从而实现蛋白质分子的分 离，B 项正确；凝胶色谱法的原理是：分子量大的分子通过多孔凝胶颗粒的间隙， 路程短，流动快，而分子量小的分子穿过多孔凝胶颗粒内部，路程长，流动慢， 所以可以根据蛋白质相对分子质量的大小，通过凝胶色谱法使大分子的蛋白质 先洗脱出来，小分子的蛋白质后洗脱出来，从而实现蛋白质分子的分离，C 项正 确；根据蛋白质的分子大小、密度不同，可通过离心沉降法使不同密度的蛋白 质分子位于不同层次的离心液中，从而实现蛋白质的分离，D 项正确。 答案 A 10．已知某样品中存在甲、乙、丙、丁、戊五种物质，其分子大小、电荷 的性质和数量情况如图所示。下列叙述正确的是 A．将样品以 2000 r/min 的速度离心 10 min，若分子戊存在于沉淀中，则 分子甲也一定存在于沉淀中 B．若五种物质为蛋白质，则用凝胶色谱柱分离时，甲的移动速度最快 C．将样品装入透析袋中透析 12 h，若分子乙保留在袋内，则分子甲也保留 在袋内 D．若五种物质为蛋白质，用 SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳分离样品中的蛋白 质分子，则分子甲和分子丙形成的电泳带相距最远 解析 分子戊分子量大于甲，以 2000 r/min 的速度离心 10 min，若分子戊 存在于沉淀中，则分子甲不一定存在于沉淀中，A 错。丙的分子量最大，用凝胶 色谱柱分离时，丙的移动速度最快，B 错。透析 12h，由于甲分子量较小，若分 子乙保留在袋内，则分子甲不一定保留在袋内，C 错。分子甲和分子丙相差最大， 移动速度相差最大，D 正确。 答案 D 二、非选择题(共 3 小题，共 30 分) 11．(10 分)红细胞含有大量的血红蛋白，我们可以选用猪、牛、羊或其他哺 乳动物的血液来提取和分离血红蛋白，请回答下列有关问题： (1)实验前取新鲜的血液，要切记在采血容器中预先加入柠檬酸钠，取血回 来，经处理并离心，收集血红蛋白溶液。 ①加入柠檬酸钠的目的是________________________。 ②以上所述的过程为样品处理，它包括________________、______________、 分离血红蛋白溶液。 (2)收集的血红蛋白溶液可以在透析袋中透析，这就是样品的粗分离。 ①透析的目的是________________。 ②透析过程中需要用到________缓冲液。 (3)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。 ①凝胶色谱法是根据________________分离蛋白质的方法。 ②加入 SDS 可以使蛋白质在聚丙烯酰胺凝胶电泳中的迁移率完全取决于 ________________。 解析 (1)柠檬酸钠是一种抗凝血剂，加入柠檬酸钠可以防止血液凝固；样 品处理包括红细胞的洗涤、血红蛋白的释放、分离血红蛋白溶液。(2)透析袋能 使小分子自由进出，而将大分子保留在袋内，透析可以去除样品中分子量较小 的杂质。(3)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。 答案 (1)①防止血液凝固 ②红细胞的洗涤 血红蛋白的释放 (2)①去除 分子量较小的杂质 ②磷酸 (3)①相对分子质量的大小 ②分子的大小 12．(10 分)下面是某研究小组开展的“猪血浆某白蛋白的提取及分子量测 定”的研究，请完成下列有关问题。 材料仪器：新鲜猪血、低速冷冻离心机、透析袋、电泳仪等。 化学试剂：pH 为 7.4 的缓冲液、柠檬酸钠、奈氏试剂(与 NH ＋ 4 反应出现黄 色或红棕色沉淀)、饱和度为 55%的(NH4)2SO4 溶液、生理盐水等。 实验步骤： (1)样品获取：向新鲜猪血中加入________________以防止血液凝固，静置 一段时间后取上层血浆。 (2)盐析法粗提蛋白质： ①向血浆中加入一定体积的饱和度为 55%的(NH4)2SO4 溶液，充分混合后静 置、离心，取沉淀物，向沉淀物中加入适量生理盐水使之溶解； ②重复步骤①2～3 次，最后用生理盐水将沉淀溶解即得到粗提品，盐析粗 提“血浆某白蛋白”的主要原理是 _________________________________________________________________ ___________________________________________________________________， 重复步骤①的主要目的是_________________________________________。 (3)透析除盐：将粗提品装入透析袋，以 pH 为 7.4 的缓冲液作透析液，每隔 4 h 更换一次透析液，每次更换前利用奈氏试剂检测透析液中 NH ＋ 4 的量。利用 缓 冲 液 作 透 析 液 的 原 因 是 _________________________________________________ _______________________________________________________________。 检测中，若观察到透析液___________________________________________ 时， 即可终止透析。 (4)凝胶色谱法分离：透析后的样品经凝胶柱洗脱，获得纯净血浆某白蛋白 样品。 (5)分子量测定：化学物质 SDS 能使蛋白质变性并解 聚成单条肽链。在聚丙烯酰胺凝胶电泳中加入一定量的 SDS，使电泳迁移率完全取决于肽链的分子大小。如图为 本实验中用 SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳鉴定血浆某白蛋白 的结果。根据电泳结果，某同学得到“提取的血浆某白蛋 白有两条肽链”的结论，这种说法可靠吗？理由是： _________________________________________________ _____________________________________________________________________ __________________________。 解析 (1)为防止血液凝固，在采血容器中要预先加入抗凝剂柠檬酸钠。(2) 盐析粗提“血浆某白蛋白”的主要原理是该血浆白蛋白在饱和度为 55%的 (NH4)2SO4 溶液中溶解度低；重复步骤①的主要目的是除去更多的杂蛋白。(3) 强酸、强碱、温度过高都会使蛋白质发生变性，利用缓冲液作透析液的原因是 避免 pH 发生变化对蛋白质结构造成破坏；检测中，若观察到透析液中不出现黄 色或红棕色沉淀时，即可终止透析。(5)电泳的原理是待分离样品中各种分子带 电性质的差异以及分子的大小、形状等的不同，使带电分子产生不同的迁移速 率；本实验只能判断提取的血浆某白蛋白有两种大小不同的肽链，而不能判断 肽链的条数。 答案 (1)(适量的)柠檬酸钠 (2)该血浆白蛋白在饱和度为 55%的(NH4)2SO4 溶液中溶解度低 除去更多 的杂蛋白 (3)避免 pH 发生变化对蛋白质结构造成破坏 不出现黄色或红棕色沉淀 (4)不可靠，结果只能说明提取的血浆某白蛋白含有两种大小不同的肽链， 不一定是两条 13．(10 分)随着人类基因组计划的进展和多种生物基因组测序工作的完成， 人类跨入了后基因组和蛋白质组时代。对蛋白质进行研究时，首先要获得纯度 较高的蛋白质。下图是某生物兴趣小组在“蛋白质的提取和分离”实验中，准 备从猪的血液中初步提取血红蛋白，设计的“血红蛋白提取、分离流程图”： 实验准备 配制缓 冲液血细胞悬液 ―→ 样品处理 洗涤、 破碎、离心等 ―→ 蛋白质粗分离 透析 ― → 纯化、纯度鉴定 凝胶色谱法、电泳等 请回答下列有关问题： (1)样品处理中红细胞的洗涤要用____________反复冲洗、离心。向红细胞 悬液中加入一定量的低浓度 pH 7.0 的缓冲液并充分搅拌，可以破碎红细胞，破 碎细胞的原理是________________。 (2)血红蛋白粗分离阶段，透析的目的是____________________，若要尽快 达到理想的透析效果，可以________________________(写出一种方法)。 (3)血红蛋白的纯化是通过________法将相对分子质量大的杂质蛋白除去。 (4)电泳利用了待分离样品中各种分子的________________________等的差 异，而产生不同迁移速度，实现各种分子的分离。 (5)一同学通过血红蛋白醋酸纤维薄膜电泳，观察到正常人和镰刀型细胞贫 血症患者的血红蛋白电泳结果如上图所示。由图可知携带者有________种血红 蛋白，从分子遗传学的角度作出的解释是________________________________。 解析 试题分析：(1)样品处理中红细胞的洗涤要用生理盐水反复冲洗、离 心。向红细胞悬液中加入一定量的低浓度 pH＝7.0 的缓冲液并充分搅拌，可以 破碎红细胞，破碎细胞的原理是渗透原理(当外界溶液浓度低于动物细胞内液浓 度时，细胞吸水涨破)。 (2)血红蛋白粗分离阶段，透析的目的是除去小分子杂质。 (3)电泳利用了待分离样品中各种分子的带电性质以及分子大小、形状等的 差异，而产生不同的迁移速度，实现各种分子的分离。 (4)由如图 2 可知携带者有 2 种血红蛋白，因为携带者具有(控制血红蛋白的) 一对等位基因，可以控制合成两种不同的蛋白质。 答案 (1)生理盐水 渗透(作用)原理(当外界溶液浓度低于动物细胞内液浓 度时，细胞吸水涨破) (2)除去小分子杂质 增加缓冲液的量或及时更换缓冲液 (3)凝胶色谱法 (4)带电性质以及分子大小、形状 (5)2 携带者具有一对等位基因，可以控制合成两种不同的蛋白质