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生化实验讲义(理论部分))一--绪论

更新:2005-12-30 来源:Internet 作者:未知 【
。 ④不要用乙醇等有机溶剂擦洗溅洒在皮肤上的药品。
  中毒急救的方法主要有:①误食了酸和碱,不要催吐,可先立即大量饮水,误食碱者再喝些牛奶,误食酸者,饮水后再服Mg(OH)2乳剂,最后饮些牛奶。②吸入了毒气,立即转移室外,解开衣领,休克者应施以人工呼吸,但不要用口对口法。③ 砷和汞中毒者应立即送医院急救。
1.3.4 外伤
  ⑴ 化学灼伤:
   ①眼睛灼伤或掉进异物:眼内若溅入任何化学药品,应立即用大量水冲洗十五分钟,不可用稀酸或稀碱冲洗。若有玻璃碎片进入眼内则十分危险,必须十分小心谨慎,不可自取,不可转动眼球,可任其流泪,若碎片不出,则用纱布轻轻包住眼睛急送医院处理。若有木屑、尘粒等异物进入,可由他人翻开眼睑,用消毒棉签轻轻取出或任其流泪,待异物排出后再滴几滴鱼肝油。
   ②皮肤灼伤:
    (a)酸灼伤:先用大量水洗,再用稀NaHCO3或稀氨水浸洗,最后再用水洗。
    (b)碱灼伤:先用大量水冲洗,再用1%硼酸或2%醋酸浸洗,最后再用水洗。
    (c)溴灼伤:这很危险,伤口不易愈合,一旦灼伤,立即用20%硫代硫酸钠冲洗,再用大量水冲洗,包上消毒纱布后就医。
  ⑵烫伤:使用火焰、蒸汽、红热的玻璃和金属时易发生烫伤,应立即用大量水冲洗和浸泡,若起水泡不可挑破,包上纱布后就医,轻度烫伤可涂抹鱼肝油和烫伤膏等。
  ⑶割伤:
  这是生物化学实验室常见的伤害,要特别注意予防,尤其是在向橡皮塞中插入温度计、玻璃管时一定要用水或甘油润滑,用布包住玻璃管轻轻旋入,切不可用力过猛,若发生严重割伤时要立即包扎止血,就医时务必检查伤部神经是否被切断。
  实验室应准备一个完备的小药箱,专供急救时使用。药箱内备有:医用酒精、红药水、紫药水、止血粉、创口贴、烫伤油膏(或万花油)、鱼肝油、1%硼酸溶液或2%醋酸溶液、1%碳酸氢钠溶液、20%硫代硫酸钠溶液、医用镊子和剪刀、纱布、药棉、棉签、绷带等。
1.3.5 触电:
  生物化学实验室要使用大量的仪器、烘箱和电炉等,因此每位实验人员都必须能熟练地安全用电,避免发生一切用电事故,当50HZ的电流通过人体25mA电流时呼吸会发生困难,通过了100mA以上电流时则会致死。
  ⑴防止触电:①不能用湿手接触电器。②电源裸露部分都应绝缘。③坏的接头、插头、插座和不良导线应及时更换。④先接好线路再插接电源,反之先关电源再拆线路。⑤仪器使用前要先检查外壳是否带电。⑥如遇有人触电要先切断电源再救人。
  ⑵防止电器着火:①保险丝、电源线的截面积、插头和插座都要与使用的额定电流相匹配。②三条相线要平均用电。③生锈的电器、接触不良的导线接头要及时处理。
④电炉、烘箱等电热设备不可过夜使用。⑤仪器长时间不用要拔下插头,并及时拉闸。⑥电器、电线着火不可用泡沫灭火器灭火。

1.4 实验记录与实验报告
1.4.1 实验记录
  详细、准确、如实地作好实验记录是极为重要的,记录如果有误,会使整个实验失败,这也是培养学生实验能力和严谨的科学作风的一个重要方面。
  ⑴ 每位同学必须准备一个实验记录本,实验前认真预习实验,看懂实验原理和操作方法,在记录本上写好实验预习报告, 包括详细的实验操作步骤(可以用流程图表示)和数据记录表格等。
  ⑵ 记录本上要编好页数,不得撕缺和涂改,写错时可以划去重写。不得用铅笔记录,只能用钢笔和园珠笔。记录本的左页作计算和草稿用,右页用作预习报告和实验记录。同组的两位同学合做同一实验时,两人必须都有相同、完整的记录。
  ⑶ 实验中应及时准确地记录所观察到的现象和测量的数据,条理清楚,字迹端正,切不可了草以致日后无法辨认。实验记录必须公正客观,不可夹杂主观因素。
  ⑷ 实验中要记录的各种数据,都应事先在记录本上设计好各种记录格式和表格,以免实验中由于忙乱而遗漏测量和记录,造成不可挽回的损失。
  ⑸ 实验记录要注意有效数字,如吸光度值应为“0.050”,而不能记成“0.05”。每个结果都要尽可能重复观测二次以上,即使观测的数据相同或偏差很大,也都应如实记录,不得涂改。
  ⑹ 实验中要详细记录实验条件,如使用的仪器型号、编号、生产厂等;生物材料的来源、形态特征、健康状况、选用的组织及其重量等;试剂的规格、化学式、分子量、试剂的浓度等,都应记录清楚。二人一组的实验,必须每人都作记录。
1.4.2 实验报告
  实验报告是实验的总结和汇报,通过实验报告的写作可以分析总结实验的经验和问题,学会处理各种实验数据的方法,加深对有关生物化学与分子生物学原理和实验技术的理解和掌握,同时也是学习撰写科学研究论文的过程。实验报告的格式应为:
  ⑴ 实验目的;⑵ 实验原理;⑶ 仪器和试剂;⑷ 实验步骤;⑸ 数据处理;⑹ 结果讨论。
  每个实验报告都要按照上述要求来写,实验报告的写作水平也是衡量学生实验成绩的一个重要方面。实验报告必须独立完成,严禁抄袭。写实验报告要用实验报告专用纸,以便教师批阅,不要用练习本和其他片页纸。
  为了使实验结果能够重复,必须详细记录实验现象的所有细节,例如,若实验中生成沉淀,那麽沉淀的真实颜色是什麽,是白色、淡黄色或是其他?沉淀的量是多还是少,是胶状还是颗粒状?什麽时候形成沉淀,立即生成还是缓慢生成,热时生成还是冷却时生成?在科学研究中,仔细地观察,特别注意那些未予想到的实验现象是十分重要的,这些观察常常引起意外的发现,报告并注意分析实验中的真实发现,对学生将是非常重要的科学研究训练。
  实验报告使用的语言要简明清楚,抓住关键,各种实验数据都要尽可能整理成表格并作图表示之,以便比较,一目了然。实验作图尤其要严格要求,必须使用坐标纸,每个图都要有明显的标题,坐标轴的名称要清楚完整,要注明合适的单位,坐标轴的分度数字要与有效数字相符,并尽可能简明,若数字太大,可以化简,并在坐标轴的单位上乘以10的方次。实验点要使用专门设计的符号,如:○、●、□、■、△、▲等,符号的大小要与实验数据的误差相符。不要用“×、+”和“•”小园点。有时也可用两端有小横线的垂直线段来表示实验点,其线段的长度与实验误差相符。通常横轴是自变量,往往知道的很准确,纵轴是应变量,是测量的数据。曲线要用曲线板或曲线尺画成光滑连续的曲线,各实验点均匀分布在曲线上和曲线两边,且曲线不可超越最后一个实验点。两条以上的曲线和符号应有说明。
  实验结果的讨论要充分,尽可能多查阅一些有关的文献和教科书,充分运用己学过的知识和生物化学原理,进行深入的探讨,勇于提出自己独到的分析和见解,并欢迎对实验提出改进意见。

1.5 实验室基本操作
1.5.1 玻璃仪器的清洗
  实验中所用的玻璃仪器清洁与否,直接影响实验的结果,往往由於仪器的不清洁或被污染而造成较大的实验误差,有时甚至会导致实验的失败。 做生物化学实验对玻璃仪器清洁程度的要求,比一般化学实验的要求更高。这是因为:①生物化学实验中蛋白质、酶、核酸等往往都是以“毫克”和“微克”计的,稍有杂质,影响就很大。②生物化学实验对许多常见的污染杂质十分敏感,如金属离子(钙、镁离子等)、去污剂和有机物残基等,因此玻璃仪器(包括离心管等塑料器皿)是否彻底清洗净就是非常重要的。
  ⑴ 初用玻璃仪器的清洗
  新购买的玻璃仪器表面常附着有游离的碱性物质,可先用0.5%的去污剂洗刷,再用自来水洗净,然后浸泡在1%~2%盐酸溶液中过夜(不可少于四小时),再用自来水冲洗,最后用无离子水冲洗两次,在100℃~120℃烘箱内烘干备用。
  ⑵ 使用过的玻璃仪器的清洗
  先用自来水洗刷至无污物,再用合适的毛刷沾去污剂(粉)洗刷,或浸泡在0.5%的清洗剂中超声清洗(比色皿决不可超声),然后用自来水彻底洗净去污剂,用无离子水洗两次,烘干备用(计量仪器不可烘干)。清洗后器皿内外不可挂有水珠,否则重洗,若重洗后仍挂有水珠,则需用洗液浸泡数小时后(或用去污粉擦洗),重新清洗。
  ⑶ 石英和玻璃比色皿的清洗
决不可用强碱清洗,因为强碱会浸蚀抛光的比色皿。只能用洗液或1% ~2%的去污剂浸泡,然后用自来水冲洗,这时使用一支绸布包裹的小棒或棉花球棒刷洗,效果会更好,清洗干净的比色皿也应内外壁不挂水珠。
1.5.2 塑料器皿的清洗
  聚乙烯、聚丙烯等制成的塑料器皿,在生物化学实验中已用的越来越多。第一次使用塑料器皿时,可先用8mol/L尿素(用浓盐酸调pH = 1)清洗,接着依次用无离子水、1 mol/L KOH和无离子水清洗,然后用10—3 mol/L EDTA 除去金属离子的污染,最后用无离子水彻底清洗,以后每次使用时,可只用0.5%的去污剂清洗,然后用自来水和无离子水洗净即可。
1.5.3 洗液的配制
  因己确定铬有致癌作用,因此配制和使用洗液时要极为小心,常用两种配制方法如下:
  ⑴ 取100mL 工业浓硫酸置于烧杯内,小心加热,然后慢慢加入5g重铬酸钾粉末,边加边搅拌,待全部溶解并缓慢冷却后,贮存在磨口玻璃塞的细口瓶内。
  ⑵ 称取5g重铬酸钾粉末,置于250mL 烧杯中,加5mL 水使其溶解,然后慢慢加入100mL 浓硫酸,溶液温度将达80℃,待其冷却后贮存于磨口玻璃瓶内。
1.5.4 其他洗涤液
  ⑴ 工业浓盐酸:可洗去水垢或某些无机盐沉淀。
  ⑵ 5%草酸溶液:用数滴硫酸酸化,可洗去高锰酸钾的痕迹。
  ⑶ 5%~10%磷酸三钠(Na3PO4•12H2O)溶液:可洗涤油污物。
  ⑷ 30%硝酸溶液:洗涤二氧化碳测定仪及微量滴管。
  ⑸ 5%~10%乙二胺四乙酸二钠(EDTA-Na2)溶液:加热煮沸可洗脱玻璃仪器内壁的白色沉淀物。
  ⑹ 尿素洗涤液:为蛋白质的良好溶剂,适用于洗涤盛过蛋白质制剂及血样的容器。
  ⑺ 有机溶剂:如丙酮、乙醚、乙醇等可用于洗脱油脂、脂溶性染料污痕等,二甲苯可洗脱油漆的污垢。
  ⑻ 氢氧化钾的乙醇溶液和含有高锰酸钾的氢氧化钠溶液:这是两种强碱性的洗涤液,对玻璃仪器的侵蚀性很强,可清除容器内壁污垢,洗涤时间不宜过长,使用时应小心慎重。
1.5.5 玻璃和塑料器皿的干燥:
  生化实验中用到的玻璃和塑料器皿经常需要干燥,通常都是用烘箱或烘干机在110℃~120℃进行干燥,而不要用丙酮荡洗再吹干的方法来干燥,因为那样会有残留的有机物覆盖在器皿的内表面,从而干扰生物化学反应。硝酸纤维素的塑料离心管加热时会发生爆炸,所以决不能放在烘箱中干燥,只能用冷风吹干。
1.5.6 移液
  准确的分析方法对于生物化学实验是极为重要的,在各种生物化学分析技术中,首先要熟练掌握的就是准确的移液技术。为此要用到各种形式的移液管,其中有一些是学生们在化学实验中未用过而在生化实验中是常用的。下图列出了一些生化实验中常用的移液器具。
  ⑴ 滴管
  使用方便,可用于半定量移液,其移液量为1mL—5mL,常用2mL,可换不同大小的滴头。滴管有长、短两种,新出一种带刻度和缓冲泡的滴管,可以比普通滴管更准确地移液,并防止液体吸入滴头。
  ⑵ 移液管(吸管)
  吸管使用前应洗至内壁不挂水珠,1mL 以上的吸管,用吸管专用刷刷洗,0.1mL、0.2mL和0.5mL 的吸管可用洗涤剂浸泡,必要时可以用超声清洗器清洗。由于铬酸洗液致癌,应尽量避免使用。若有大量成批的吸管洗后冲洗,可使用冲洗桶,将吸管尖端向上置于桶内,用自来水多次冲洗后再用蒸馏水或无离子水冲洗。
  吸管分为两种,一种是无分度的,称为胖肚吸管,精确度较高,其相对误差A级为0.7% ~ 0.8%,B级为1.5% ~ 0.16%,液体自标线流至口端(留有残液),A级等待15s,B级等待3s。
  另一种吸管为分度吸管,管身为一粗细均匀的玻璃管,上面均匀刻有表示容积的分度线,其准确度低于胖肚吸管,相对误差A级为0.8% ~ 0.2%,B级为1.6%—0.4%,A级、B级在吸管管身上有A、B字样,有“快”字则为快流式,有“吹”字则为吹出式,无“吹”字的吸管不可将管尖的残留液吹出。吸、放溶液前要用吸水纸擦拭管尖。⑶ 微量进样器
  微量进样器常用作气相和液相色谱仪的进样器,在生化实验中主要是用作电泳实验的加样器,通常可分为无存液和有存液两种。
   1) 0.5L ~5L无存液微量进样器: 进样器的不锈钢芯子直接通到针尖端处,不会出现存液,所以可用于5L以下的极微量液体进样。
   2) 10L~100L有存液微量进样器: 不锈钢的针尖管部分是空管,进样器的柱塞不能到达,因而管内会存有空气或液体,其使用注意事项是:① 不可吸取浓碱溶液,以免腐蚀玻璃和不锈钢零件。 ② 因为有存液,所以吸液时要来回多拉几次,将针尖管内的气泡全部排尽。 ③ 针尖管内孔极小,使用后,尤其是吸取过蛋白质溶液后,必须立即清洗针尖管,防止堵塞。若遇针尖管堵塞,不可用火烧,只能用φ0.1mm的不锈钢丝耐心串通。 ④ 进样器未润湿时不可来回干拉芯子,以免磨损而漏气。 ⑤ 若进样器内发黑,有不锈钢氧化物,可用芯子蘸少量肥皂水,来回拉几次即可除之。

⑷ 自动取液器
  这种取液器在生化实验中大量地使用,它们主要用于多次重复的快速定量移液,可以只用一只手操作,十分方便。移液的准确度(即容量误差)为 ±(0.5%~1.5%),移液的精密度(即重复性误差)更小些,为 ≤0.5%。
  取液器可分为二种:一种是固定容量的,常用的有100l 、200L和1000L等几种;另一种是可调容量的取液器,常用的有200L、1000L和5000L等多种规格。每种取液器都有其专用的聚丙烯塑料吸头,吸头通常是一次性使用,当然也可以超声清洗后重复使用,而且此种吸头还可以进行120℃高压灭菌。
  可调式自动取液器的操作方法是用拇指和食指旋转取液器上部的旋钮,使数字窗口出现所需容量体积的数字,在取液器下端插上一个塑料吸头,并旋紧以保证气密,然后四指并拢握住取液器上部,用拇指按住柱塞杆顶端的按钮,向下按到第一停点,将取液器的吸头插入待取的溶液中,缓慢松开按钮,吸上液体,并停留1~2秒钟(粘性大的溶液可加长停留时间),将吸头沿器壁滑出容器,用吸水纸擦去吸头表面可能附着的液体,排液时吸头接触倾斜的器壁,先将按钮按到第一停点,停留一秒钟(粘性大的液体要加长停留时间),再按压到第二停点,吹出吸头尖部的剩余溶液,如果不便于用手取下吸头,可按下除吸头推杆,将吸头推入废物缸。
  自动取液器的使用注意事项是: ① 吸取液体时一定要缓慢平稳地松开拇指,绝不允许突然松开,以防将溶液吸入过快而冲入取液器内腐蚀柱塞而造成漏气。 ② 为获得较高的精度,吸头需予先吸取一次样品溶液,然后再正式移液,因为吸取血清蛋白质溶液或有机溶剂时,吸头内壁会残留一层“液膜”,造成排液量偏小而产生误差。③ 浓度和粘度大的液体,会产生误差,为消除其误差的补偿量,可由试验确定,补偿量可用调节旋钮改变读数窗的读数来进行设定。④ 可用分析天平称量所取纯水的重量并进行计算的方法,来校正取液器,1mL 蒸馏水20℃时重0.9982g。

1.6 缓冲溶液与pH测定
  缓冲溶液是一类能够抵制外界加入少量酸和碱的影响,仍能维持pH值基本不变的溶液。该溶液的这种抗pH变化的作用称为缓冲作用。缓冲溶液通常是由一或两种化合物溶于溶剂(即纯水)所得的溶液,溶液内所溶解的溶质(化合物)称之为缓冲剂,调节缓冲剂的配比即可制得不同pH的缓冲液。
  缓冲溶液的正确配制和pH值的准确测定,在生物化学的研究工作中有着极为重要的意义,因为在生物体内进行的各种生物化学过程都是在精确的pH值下进行的,而且受到氢离子浓度的严格调控,能够做到这一点是因为生物体内有完善的天然缓冲系统。生物体内细胞的生长和活动需要一定的pH值,体内pH环境的任何改变都将引起与代谢有关的酸碱电离平衡移动,从而影响生物体内细胞的活性。为了在实验室条件下准确地模拟生物体内的天然环境,就必须保持体外生物化学反应过程有体内过程完全相同的pH值,此外,各种生化样品的分离纯化和分析鉴定,也必须选用合适的pH值,因此,在生物化学的各种研究工作中和生物技术的各种开发工作中,深刻地了解各种缓冲试剂的性质,准确恰当地选择和配制各种缓冲溶液,精确地测定溶液的pH值,就是非常重要的基础实验工作。下表列出某些人体体液的pH值:
         
            表1—3 人体体液pH
  体 液 pH   体 液 pH
  血 清 7.35~7.45   大肠液 8.3~8.4
  成人胃液 0.9~1.5    泪 6.6~6.9
  唾 液 6.3~7.1    尿 4.8~7.5
  胰 液 7.5~8.0   脑脊液 7.35~7.45
1.6.1 基本概念
  ⑴又称酸碱质子理论。1923年由丹麦化学家J.N.Brönsted和英国化学家T.M.Lowry同时提出了酸碱质子学说,发展了酸碱理论,被后人称为酸碱质子理论或Brönsted-Lowry酸碱理论。他们认为凡能释放质子的分子或离子(如:H2O,HCl,NH4+,HSO4— 等)称为酸,凡能接受质子的分子或离子(如:H2O,NH3,Cl—等)称为碱。因此,一种酸释放质子后即成为碱,称为该酸的共轭碱,同样一种碱与质子结合后,形成对应的酸,称为该碱的共轭酸。
  ⑵ 缓冲体系的设计:
  强电解质溶于水几乎全部解离为正负离子,弱电解质溶于水时,则不完全解离,只有部分的分子解离出正负离子,其馀以分子形式存在于溶液中。例如弱酸(HA)及其盐溶于水时,只有部分HA解离为 H+ 和 A—离子

1.6.2 生物化学常用缓冲液
  ⑴ 磷酸盐缓冲液
  磷酸盐是生物化学研究中使用最广泛的一种缓冲剂,由於它们是二级解离,有二个pKa值,所以用它们配制的缓冲液,pH范围最宽:
      NaH2PO4: pKa1=2.12, pKa2=7.21 
      Na2HPO4: pKa1=7.21, pKa2=12.32
   配酸性缓冲液: 用 NaH2PO4,pH=1~4,
   配中性缓冲液: 用混合的两种磷酸盐,pH=6~8,
   配碱性缓冲液: 用 Na2HPO4,pH=10~12。
  用钾盐比钠盐好,因为低温时钠盐难溶,钾盐易溶,但若配制SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳的缓冲液时,只能用磷酸钠而不能用磷酸钾,因为SDS(十二烷基硫酸钠)会与钾盐生成难溶的十二烷基硫酸钾。
  磷酸盐缓冲液的优点为:①容易配制成各种浓度的缓冲液;②适用的pH范围宽;③pH受温度的影响小;④缓冲液稀释后pH变化小,如稀释十倍后pH的变化小于0.1。
  其缺点为:①易与常见的钙Ca++离子、镁Mg++离子以及重金属离子缔合生成沉淀;②会抑制某些生物化学过程,如对某些酶的催化作用会产生某种程度的抑制作用。
  ⑵Tris(三羟甲基氨基甲烷,N-Tris(hydroxymethyl)aminomethane)缓冲液
  Tris缓冲液在生物化学研究中使用的越来越多,有超过磷酸盐缓冲液的趋势,如在SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳中已都使用Tris缓冲液,而很少再用磷酸盐。
  Tris缓冲液的常用有效pH范围是在“中性”范围,例如:
      Tris-HCl缓冲液:  pH=7.5~8.5
      Tris-磷酸盐缓冲液: pH=5.0~9.0
  配制常用的缓冲液的方法有两种:①按书后附录中所列该缓冲液表中的方法,分别配制0.05mol/L Tris和0.05mol/L HCl溶液,然后按表中所列体积混合。由于标准浓度的稀盐酸不易配制,所以常用另一种方法;②若配1L 0.1mol/L的Tris-HCl缓冲液:先称12.11g Tris碱溶于950mL~970mL 无离子水中,边搅拌边滴加4N HCl,用pH计测定溶液pH值至所需的pH值,然后再加水补足到1L。
  Tris-HCl缓冲液的优点是: ①因为Tris碱的碱性较强,所以可以只用这一种缓冲体系配制pH范围由酸性到碱性的大范围pH值的缓冲液;②对生物化学过程干扰很小,不与钙、镁离子及重金属离子发生沉淀。
其缺点是:①缓冲液的pH值受溶液浓度影响较大,缓冲液稀释十倍,pH值的变化大于0.1;②温度效应大,温度变化对缓冲液pH值的影响很大,例如:4℃时缓冲液的pH=8.4,则37℃时的pH=7.4,所以一定要在使用温度下进行配制,室温下配制的Tris-HCl缓冲液不能用于0℃~4℃。 ③易吸收空气中的CO2,所以配制的缓冲液要盖严密封。 ④此缓冲液对某些pH电极发生一定的干扰作用,所以要使用与Tris溶液具有兼容性的电极。
  ⑶ 有机酸缓冲液
  这一类缓冲液多数是用羧酸与它们的盐配制而成,pH范围为酸性,即pH=3.0~6.0,最常用的是甲酸、乙酸、柠檬酸和琥珀酸等。
  甲酸~甲酸盐缓冲液很有用,因其挥发性强,使用后可以用减压法除之。乙酸~乙酸钠和柠檬酸~柠檬酸钠缓冲体系也使用的较多,柠檬酸有三个pKa值:pKa1=3.10,
pKa2=4.75, pKa3=6.40。琥珀酸有二个pKa值:pKa1=4.18, pKa2=5.60。
  有机酸缓冲液的缺点是:①所有这些羧酸都是天然的代谢产物,因而对生化反应过程可能发生干扰作用;②柠檬酸盐和琥珀酸盐可以和过渡金属离子(F

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