生物化学实验教学大纲-四川农业大学精品课程

四川农业大学本科课程教学大纲

一、课程名称：生物化学实验总学时：36学时

二、课程的性质、地位和和任务

生物化学是一门实践性很强的课程，按照我校“大基础教育，宽口径培养，按需要选择，主辅修结合，强能力训练，重素质培养”的本专科人才培养总体思路，生物化学实验从理论教学中剥离出来，单独行课，单独考核。

按照四川农业大学1998年公布的本科教学计划，原基础生物化学、动物生物化学、食品生物化学合并为一门课——生物化学及分子生物学基础。其中的实验部分单列为一门课，名称为基础生物化学实验，36学时，1学分。本课程的任务是教授生物化学实验技术的基础理论及应用，并通过具体的实验教学使学生掌握常用的生物化学实验技术理论和方法，并能进行独立的实验操作，从而促进学生从事科学研究和技术工作的基本素质的提高和创新意识的培养。据此，我们对原三门实验教学大纲进行综合修改。新大纲由两部分组成，一部分系统介绍常用生物化学实验技术的基本原理和应用；第二部为具体的生物化学实验。在原已开设实验的基础上，新增添了部分生物化学大实验和一些综合性实验等新内容。将动物、植物、食品生化实验内容综合，实验材料可根据不同的专业而选定，由此建立生物化学实验技术的完整体系，拓宽学生的知识面。本门实验课最初以自编的《基础生物化学实验原理和方法》为教材，该教材根据我校的专业特色选取的实验，经过多年不断完善，收到了很好的使用效果。在此基础上，为适应专业和教学内容的调整，我校杨婉身教授主编了全国高等农业院校教材《现代生物化学实验技术》，其中收录了许多我校自编实验课教材的实验内容。该书的使用，不仅增加了本课程开设实验的选择面，也进一步提高了实验的总体质量。经过近几年的实施和改进，证实这种基础加综合性实践教学课程的设置，不仅加深了各个专业学生对生物化学的基本概念和基本技术的理解和掌握，使学生的理论学习和实践过程有机结合，同时，也为学生提供了参与综合性实验和创新性实验的机会，提高了学生的实践能力和思考能力，为其专业课的学习打下了扎实的基础。

三、课程教学目标与基本要求

第一部分：生物化学实验技术简介 4学时

第二部分：基本实验操作 23学时

第三部分：综合性、设计型实验 9学时

四、实验纲要

第一部分生物化学实验技术简介(4学时)

一、生化实验样本的制备

1、动物样本的制备

2、植物材料的处理

3、微生物材料的处理

二、分光光度法

1、分光光度法

2、分光光度法在生物化学中的应用

3、常用分光光度计：721型、752型紫外分光光度计的使用

三、层析法

1、层析法的原理及应用

2、常用的几种层析方法及原理：（1）纸层析；（2）薄面层析；（3）凝胶层析；（4）亲和层析

四、电泳法

1、电泳的基本原理及应用

2、常见的几种电泳方法

（1）聚丙烯酰胺凝胶电泳

（2）琼脂糖凝胶电泳

（3）醋酸纤维薄膜电泳

（4）毛细管电泳

3、影响电泳的主要因素

五、离心分离技术

1、离心分离技术的原理和应用

2、常用离心机的使用

六、生物大分子的分离纯化的一般原理和步骤

第二部分生物化学基础实验

实验一蛋白质的两性解离及等电点的测定（2学时）

目的和要求：认识蛋白质的两性解离性质，了解等电点的意义及其与蛋白质分子沉降的关系，学习蛋白质等电点测定方法。

实验内容：氨基酸通过肽键连接成多肽链，除N-端和C-端外，还有一定数量的可解离的侧链基团，因此蛋白质也是两性电解质。蛋白质分子上可解离基因的解离程度与溶液的pH值有关。在一定pH条件下，就会解离而带电，带电的性质和多少决定于蛋白质分子的结构及溶液的pH。在某一pH条件下，蛋白质分子所带的正电荷数恰好等于负电荷数，即净电荷等于零。此时蛋白质质点在电场中不移动，溶液的这一pH 值称为该蛋白质的等电点（pI）。如果溶液的pHpI，则蛋白质分子会解离一部分H+而带负电荷，此时蛋白质分子在电场中就会向正极移动。

COOH COO- COO-

+H+ -H+

Pr Pr Pr

-H+ +H+

NH3+ NH3+ NH2

阳离子两性离子阴离子

pHpI

在电场中：带正电，向负极移动不移动带负电，向正极移动由于各种蛋白质解离基团的种类和数量不同，因此等电点也不相同。蛋白质在等电点时净电荷为零，溶解度最低，易发生聚沉。配制不同pH的缓冲溶液，通过观察蛋白质在这些缓冲液中的溶解情况，即可大致确定其等电点。

实验二可溶性蛋白质含量的测定—双缩脲法（3学时）

目的和要求：掌握测定可溶性蛋白质含量常规测定的原理和操作方法，熟悉分光光度计的使用。

实验内容：本实验介绍双缩脲法测定可溶性蛋白质的含量。双缩脲(H2NOC-NH-CONH2)可由两分子尿素加热至180℃左右生成，它在碱性条件下能与Cu2+结合生成紫红色络合物（称双缩脲反应）。而蛋白质分子中含有两个以上相邻的肽键，其结构与双缩脲类似，因此也能发生双缩脲反应，生成紫红色络合物，其反应后溶液颜色的深浅与蛋白质（浓度）含量在一定范围内呈线性关系，符合比尔定律，而且与蛋白质的分子量及氨基酸成分无关，受蛋白质特异性影响较小，故可利用此反应通过比色法测定蛋白质的含量，该法测定蛋白质浓度范围为1-10g/L。

实验三薄层层析法分离鉴定植物组织中游离氨基酸（3学时供选作）目的和要求：了解层析技术的一般原理，分类及应用范围。重点掌握薄层层析法的原理及操作技术，用以分离鉴定植物组织中游离氨基酸组分。

实验内容：本实验以硅胶G制成薄板来分离鉴定植物组织中的游离氨基酸组分。硅胶G加有10—15%的煅石膏粉作为粘合剂，是微酸性的吸附剂，以它作为固定相，选择适当的溶剂作流动相，由于各种氨基酸的极性不同，被硅胶G吸附的程度和在流动相中的溶解度不同。层析时，点在硅胶G薄板上的混合氨基酸被不同程度地吸附，当流动相从固定相上流过时，各组分也就不同程度地被溶解（解吸），然后又再被吸附、再溶解再吸附，从而以不同速度随流动相向前移动。一般来说，酸性氨基酸和中性氨基酸受吸附力较弱，移动距离较长；碱性氨基酸所受吸附力较强，移动距离较短。经过一段时间，即可将混合物中各组分分离开。

展层后用茚三酮溶液显色，将样品各显色斑点的R f值与同时展层的标准氨基酸的R f值比较，即可判断样品中含有何种氨基酸。

实验四血清蛋白质醋酸纤维薄膜电泳（3学时）

目的和要求：了解电泳技术的原理、分类和应用范围，重点掌握醋酸纤维薄膜电泳分离蛋白质的原理和基本技术。

实验内容：醋酸纤维薄膜电泳是以醋酸纤维薄膜作为支持物的一种电泳方法。醋酸纤维薄膜由二乙酸纤维素制成，具有均一的泡沫样的结构，厚度仅120μm，渗透性强，对分子移动阻力小。本实验将其用于分离血清蛋白质。蛋白质分子是两性电解质，在pH小于其等电点的溶液中，蛋白质分子结合一部分H+而带正电，在电场中向负极移动，在pH大于其等电点的溶液中，蛋白质分子解离出H+而带负电，在电场中向正极移动。血清中含有各种蛋白质，将少量新鲜血清用点样器点在浸有缓冲液的醋酸纤维薄膜上，薄膜两端经过滤纸与电泳槽中缓冲液相连，所用缓冲液pH 值为 8.6，血清蛋白质的等电点都小于7.5在此缓冲液中带负电荷，在电场中移向正极，血清中不同蛋白质由于带有的电荷数量及分子量不同而泳动速度不同，带电荷多及分子量小者泳动速度快，带电荷少及分子量大者泳动速度慢。经过一定的时间后，取消电场，将薄膜取出，立即将其浸入氨基黑10B染色液中，使蛋白质固定并染色。随后将薄膜移入漂洗液中，洗至背景无色为止。此时薄膜显示出蓝色区带，每条带代表一种蛋白质，按泳动快慢顺序，各区带分别为清蛋白，α1，α2，β和γ-球蛋白。

实验五聚丙烯酰胺凝胶电泳分离预染血清脂蛋白（5学时）

目的和要求：学习了解盘状聚丙烯酰胺凝胶电泳的操作与原理，掌握用不连续聚丙烯酰胺凝胶电泳分离、鉴定蛋白质的技术。

实验内容：聚丙烯酰胺凝胶电泳（Polyacrylamide gel elevtrophoreis,缩写PAGE）是以聚丙烯酰胺凝胶作支持物的一种区带电泳，常用于生物高分子物质的分离鉴定。聚丙烯酰胺凝胶是由丙烯酰胺（简称Acr）和交联剂N’N-甲叉双丙烯酰胺（简称Bis）在催化剂作用下，聚合而成，具有网状立体结构的凝胶，并以此为支持物在垂直的玻璃管中进行电泳。

本实验采用不连续聚丙烯酰胺凝胶电泳技术分离鉴定血清中的脂蛋白。脂蛋白是一类结合蛋白质，血清脂蛋白包括α-脂蛋白、β-脂蛋白、前β-脂蛋白、乳糜微粒等组分。将预先用苏丹黑染色的血清样品加入凝胶管中电泳后即可直接观察到上述各组分的显色区带，若用光密度扫描仪则可定量测定。

实验六酶促转氨反应（4学时）

目的和要求：利用纸层析方法定性测定植物（动物）组织中转氨酶的活性，掌握分配层析的原理以及层析法研究代谢的基本方法。

实验内容：本实验以谷氨酸和丙酮酸混合溶液在GPT作用下的反应来观察酶促转氨基作用，其反应式为：

丙氨酸α-酮戊二酸丙酮酸谷氨酸

反应结果可利用纸层析分离分析鉴定。

实验七影响酶作用的因素（3学时）

目的和要求：了解pH。温度、抑制和激活剂以及酶浓度对酶的影响，加深对酶的基本性质和特点的认识和理解。

实验内容：本实验借淀粉酶对淀粉的水解作用来观察，温度、pH值、激活剂等对酶促反应的影响，根据淀粉及其水解产物与碘呈色的不同，指示淀粉的水解程度，作为酶活性大小的指标。

脲酶大量存在于植物组织中，能专一性催化尿素分解。若体系存在NaH2PO4则反应如下：

O

H2O H2O NaH2PO4

C————→CO2+2NH3———→（NH4）2CO3———→NaHCO3+(NH4)2HPO4

脲酶

NH2 NH2

在底物尿素足量时，酶浓度越大，溶液pH升高越快，这可用酚红指示剂（pK=7.81，pH颜色范围6.8—8.4，黄—红）指示。指示剂变成标准管溶液（pH特定）的颜色所需时间t（秒）越短，1/t可以表示反应速度大小，本实验用目视比色法就可明显地观察到酶浓度与酶促反应速度约成正比例关系。

实验八过氧化氢酶活力测定（3学时）

目的和要求：掌握酶活力测定的方法，加深对酶促反应速度及活力单位的理解

实验内容：过氧化氢酶能把过氧化氢分解成水和氧，其活力大小以一定时间内一定量的酶所分解的过氧化氢量来表示。被分解的过氧化氢量可用碘量法间接测定。当酶促反应进行一定时间后，终止反应，然后以钼酸铵作催化剂，使未被分解的过氧化氢与碘化钾反应放出游离碘，再用硫代硫酸钠滴定碘。其反应为：

过氧化氢酶

2H2O2—————→2H2O+O2

钼酸铵

H2O2+2KI+H2SO4————→I2+K2SO4+2H2O

I2+2Na2S2O3————→2NaI+Na2S4O6

反应完后，以样品溶液和空白溶液的滴定值之差求出被酶分解的过氧化氢量，即可计算出酶的活力。

五、综合性实验的开设（2选1）

实验项目名称：SOD的分离纯化、活力测定及同工酶分析

学时：9学时

1、实验目的：熟悉从生物样品中提取与纯化酶的一般方法。掌握超氧化物歧化酶活性测定的原理和方法。掌握超氧化物歧化酶同工酶活性染色及鉴定

2、实验内容及课时安排

(1)、SOD的分离纯化：3学时

(2)、SOD活力测定：3学时

(3)、SOD同工酶分析：3学时

3、实验材料、试剂和器材

（1）SOD的提取

① ACD抗凝剂：柠檬酸10g，柠檬酸钠30g，葡萄糖25g，用适量蒸馏水溶解并稀释至1000ml.

② 0.9% NaCl：称取NaCl 0.9g，溶于100ml蒸馏水中。

③丙酮

④ 95% 乙醇

⑤氯仿

（2）考马斯亮蓝G-250法测蛋白质

①考马斯亮蓝G-250试剂：称取100mg考马斯亮蓝G-250，溶于50ml 95%乙醇中，加入100ml 85%（W/V）的磷酸，蒸馏水定容至1000ml。此试剂常温下可保存30天。

②标准蛋白质溶液：精确称取结晶牛血清白蛋白25mg，加蒸馏水溶解并定容至100ml。吸取上述溶液40ml，用蒸馏水稀释至100ml，即为100ug/ml的标准蛋白质溶液。

（3）SOD活力测定

① 50mmol/L pH 8.3 磷酸缓冲液

② 10mmol/L EDTA钠盐溶液

③ 3mmol/L 邻苯三酚溶液（用10mmol/L盐酸配制）

（4）SOD同工酶活性染色

实验器材：紫外分光光度计分析天平离心机（4,000rpm）

高速台式离心机（10,000rpm）电动搅拌机

电泳仪一套（稳压电源及垂直板状电泳槽） 40W日光灯

4、操作步骤

SOD的提取：

⑴取新鲜猪血20ml（预先按0.15:1（V/V）的比例加入ACD抗凝剂），4000rpm，10min，去上层血浆，取下层红血球粘稠液,并量其体积，然后加入2倍体积的0.9%NaCl溶液清洗，4000rpm，10min，弃上层清液，再加入2倍体积的0.9%NaCl溶液重复清洗一次，4000rpm，10min，得洗净的红血球浓稠液。

⑵向洗净的红血球中加入等体积的蒸馏水，剧烈搅拌30min，使其充分溶血。再向溶血液中缓慢加入预冷的0.25倍体积的95%乙醇溶液和0.15倍体积的氯仿，再继续搅拌15min，4000rpm，10min，去变性蛋白沉淀物，得上层液。将上层液用多层纱布进行粗滤，以除去上层液中的漂浮物，然后将清液在65-70℃恒温水浴中进行热处理，15分钟后取出迅速冷却至室温，4000rpm，5min除沉淀，得浅黄色粗酶液。

⑶向粗酶液中加入等体积的丙酮溶液，冰箱中静置过液，4000rpm，10min弃上清液，得沉淀。将沉淀物用等体积预冷的丙酮溶液洗二次，离心收集沉淀，冷冻干燥即得淡蓝绿色成品。

蛋白质含量测定考马斯亮蓝G-250法）：

⑴标准曲线的制作：取6支具塞试管，编号，按下表加入试剂：

盖上塞子，摇匀。注意各管振荡程度尽量一致。放置10分钟，在595nm波长下比色测定光吸收值，比色应在1小时内完成。以牛血清白蛋白含量（ug）为横座标，光吸收值为纵坐标，绘出标准曲线。

⑵样品中蛋白含量的测定

将待测的SOD溶解并稀释到一定浓度，取1支试管，准确加入0.1ml样品提取液，加入0.9ml蒸馏水和5ml考马斯亮蓝G-250试剂，其余操作与标准曲线制作相同。

⑶结果计算

根据所测样品提取液的光吸收值，在标准曲线上查得相应的蛋白质含量(ug)。

SOD活力测定：

⑴邻苯三酚自氧化率的测定

取4.5ml 50mmol/L pH8.3的磷酸缓冲液，4.2ml蒸馏水和1ml 10mmol/L EDTA-Na2溶液，混匀后在25℃水浴保温20分钟，取出后立即加入25℃预热过的邻苯三酚溶液0.3ml，迅速摇匀，倒入光径1cm的比色杯内，用10mmol/L HCl作空白，325nm波长下每隔30秒钟测光吸收值一次，整个操作在4分钟内完成，计算出每分钟A325的增值，此即为邻苯三酚自氧化率。要求自氧化速率控制在0.070/min左右。

⑵酶活力测定

操作与⑴基本一致，加入邻苯三酚前，先加入一定体积的SOD样液，蒸馏水则减少相应的体积，同理测其光吸收值，计算加酶后邻苯三酚自氧化率。

⑶ 酶活性单位的计算

根据酶活性单位的定义，按下列公式计算酶活性：

样液稀释倍数活力样

定义总????-=V V V A A A ml U SOD m

%50%

100)/(0

其中，A 0：为邻苯三酚自氧化率；A m ：加酶后邻苯三酚自氧化率；

V 总：反应总体积；V 样：加入样品液的体积；V 定义：活性单位定义体积1ml ； 样品SOD 比活力（U/mg ）=单位体积活力（U/ml ）/Cpr C Pr ：每ml 样品液蛋白质含量(mg)。 SOD 总活性(U)＝单位活性×酶原液总体积

⑷ SOD 结果处理

SOD 同工酶鉴定： (1) 样品制备：

取一定浓度（约0.5mg SOD/ml ）酶液，按酶液∶40% 蔗糖液=1∶1（V ∶V ）的比例配成样品液，待用。 (2)上样及电泳：

将电泳槽注满电极缓冲液，分别在各样品槽中加10～20μL 样品液。在上槽加入少量0.025%溴酚蓝溶液作指示剂，接通电源（样品侧为负极），调电压至150V 电泳，待样品全部进胶后，调电压至200V ，至示踪染料下行距胶底1cm 处停止电泳，取出玻璃板（含胶）。 (3) 显带：

用扁平药匙轻轻揭去一块玻璃板，另一板上的凝胶胶面朝下，再启胶一角注水，使胶缓缓落入培养皿中。将电泳后的凝胶在严格避光的NBT 溶液内浸泡20min ，再放在2.8×10-3

mol/L 的EDTA-Na 2溶液中，40W 日光灯下直射，至蓝色背景上出现多条透明酶带为止。 (4) 干胶制备：

在浸湿的两张玻璃纸（比胶大）中夹入凝胶，平置在一块玻璃板上，赶除其间的气泡，将玻璃纸四周边缘折向玻璃板底，用另一块同样大小的玻璃板压住，再用铁夹将两块板边缘夹紧，室温下放置至干，修剪后保存。

实验项目名称：植物（动物）组织中的DNA 的提取和纯度鉴定、DNA 的琼脂糖凝胶电泳

学时：9学时

1、实验目的

核酸是生命活动最主要的物质基础，不仅通过控制蛋白质合成影响细胞组成成分和代谢类型，而且又以核苷酸在物质代谢中起着活化和载体作用，在揭示生命本质的研究中占有重要地位。通过从植物组织中提取总DNA ，并进行纯度鉴定和凝胶电泳分析，使学生初步系统地掌握从生物材料中获取核酸及其鉴定较为复杂的整个过程，掌握其基本原理和方法，能正确掌握几种仪器的使用，并对实验结果做出综合的分析和判断，为今后更为复杂的核酸操作奠定良好的基础。 2、实验内容及课时安排

(1)、DNA 的提取：3学时

(2)、DNA 含量测定和纯度鉴定：3学时 (3)、DNA 的琼脂糖凝胶电泳：3学时

3、实验材料、试剂和器材

(1)、材料

以小麦、高粱、玉米、黄豆、胡豆等植物为材料提取DNA 。

(2)、试剂

DNA 提取液（pH8.0）；5MKAc ； TE (pH8.0)；氯仿：异戊醇（24∶1）；95%乙醇溶液；琼脂糖；DNA 染料（Golden View ）；载样缓冲液；TBE 电泳缓冲液；分子量标准DNA （λDNA/Hind Ⅲ）。

(3)、器材

研钵、离心机、恒温水浴锅、752紫外光栅分光光度计、制胶板、水平电泳槽、电泳仪、紫外透射检测仪。 4、操作步骤 (1)、DNA 的提取

称取2g 植物幼嫩组织剪碎，放入研钵，加入8ml 预热的DNA 提取液，充分研磨，65℃保温20～30min ，不时摇晃以免成团。加入等体积氯仿/异戊醇（24:1）充分摇匀3～5min ，4000rpm ，离心5min 。收集上清，在72℃水浴5min 后迅速冰浴，随后加入1/4体积的5M KAC 混匀，冰浴20min ，4000rpm ，离心5min 。收集上清，按2.5倍体积加入95%乙醇，将出现的白色丝状沉淀即DNA 转移到另一离心管中，70%乙醇洗DNA 2～3次，无水乙醇洗一次。置于通风橱自然晾干后，加适量TE 溶解，4℃保存备用。向溶解的DNA 溶液内加入RNase 溶液，使其终浓度为50-75μg/ml ，在37℃下保温30min ，以除去RNA 。 (2)、DNA 含量测定和纯度鉴定

采用紫外吸收特性进行测定，取少量样品，加TE 溶解，经过稀释进行测定。一般取0.2ml DNA 溶解液，加3.8ml TE 溶液，在波长260nm 和280nm 处测定光吸收值。纯的DNA OD 260/OD 280＝1.8，若污染了蛋白和酚，OD 260/OD 280比值明显低于此值，若OD 260/OD 280比值大于1.8，则说明有RNA 污染。以下是分光光度法的计算公式：

稀释倍数毫升）＝浓度（微克??L

0.020A /DNA 260

（L 为比色杯厚度，一般为1；0.020为每毫升溶液内含1微克DNA 钠盐时的光密度；A 260为260nm 波长处光密度读数）。 (3)、DNA 的琼脂糖凝胶电泳

选用0.7%的琼脂糖胶，以Golden View 为核酸染料，制备胶板，自然充分冷却。取出梳子后，将凝胶槽放入电泳槽，加入TBE 缓冲液，直至溶液没过凝胶面。在洁净的白磁比色盘或封口膜上，将DNA 样品或

DNA Maker（DNA分子量标准）溶液按比例与溴酚蓝-甘油载样缓冲液混匀。用微量移液器吸取混合好的样品，小心将样品加入样品槽。按正负极距离，5V/cm维持电压，DNA样品从负极向正极泳动，电泳1-1.5h。电泳结束后，将凝胶直接推放在紫外透射检测仪的玻板上，打开紫外灯，观察电泳结果。电泳结果可用凝胶成像系统拍照保留。

六、考核方法与成绩评定

考试是调动教和学的积极性，也是检验教学质量的关键环节。改革实验课考核方法，增加了实验设计、口试、实验操作等考核方式，进行了实验操作与口试结合的考核试点，证明这种考核方法能检验学生对实验理论与技能的掌握情况，促进教师改进教学工作，反过来也极大地促进了实验课教学过程中全体学生主动参与、积极动手、反复实践的积极性。