课题3　血红蛋白的提取和分离优质教案设计

“血红蛋白的提取与分离”一节的教学设计

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教材分析

“血红蛋白的提取和分离”是人教版选修1专题5“DNA和蛋白质技术”中课题3的内容。该实验目的使学生能够体验从复杂体系中提取生物大分子的基本过程和方法。该实验涉及的分子生物学技术较多比如凝胶色谱法、SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳法、透析等，原理不易理解，操作难度大，但是理科生对这部分内容充满兴趣。而教材在编排这部分内容时，先介绍了这几项技术的原理，再结合实验操作又介绍了实验方法，这样学生理解比较困难，容易混淆。所以本设计将教学顺序调整为以实验操作作为主线，应用到某项技术时再介绍相应的原理和方法。其次，大多数学校缺乏相应的实验设备，多数教师单纯地讲实验，学生感觉枯燥乏味。而新课标理念注重学生的实践过程，因此笔者把实验关键步骤录成微视频，课上播放，这样学生能直观地理解实验的具体操作步骤。

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教学目标

2.1 知识目标

说出从血液中初步获取血红蛋白的原理和方法；说明凝胶色谱法的原理和方法；说出SDS-PAGE电泳的基本原理和方法；进行样品的预处理；运用凝胶色谱法对血红蛋白进行分离纯化；运用SDS-PAGE电泳对血红蛋白进行纯度鉴定。

2.2

能力目标

尝试提取和分离血液中的血红蛋白，体验从复杂体系中提取生物大分子的基本过程和方法；通过了解有关蛋白质研究领域的新进展，以血红蛋白为实验材料，学习提取和分离蛋白质的基本技术，激发学生兴趣，培养学生的实际操作能力。

2.3 情感态度与价值观目标

真切体会到真实的科学探究实践活动，初步形成科学的思维方式。

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教学重难点

重点：凝胶色谱法的原理和方法。

难点：样品的处理，凝胶色谱法的操作，电泳技术的原理

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教学过程

4.1 教师布置作业：学生阅读教材，课下观看“血液中血红蛋白的提取和分离”视频，并完成导学案。

4.2

创设情境，导入新课

血红蛋白是人体红细胞的主要蛋白质，由血红素和蛋白质组成。珠蛋白肽链结构异常和某些肽链合成不足常导致血红蛋白疾病，前者称异常血红蛋白病，后者为地中海贫血。随着现代分子生物学的发展，电泳分析是研究和分离异常血红蛋白的有效方法，是诊断血红蛋白分子病不可缺少的手段。如何检测新生儿是否患有血红蛋白疾病呢？通过本节课的学习，这个问题便迎刃而解。

4.3

构建实验思路

血红蛋白的结构有什么特点？具有哪些特性？组织学生阅读教材中血红蛋白结构的相关文字。继续

设问：了解了血红蛋白的结构，应该选择什么样的实验材料提取血红蛋白？为什么？选好材料以后，如何从中分离出血红蛋白呢？首先应该了解血液中除血红蛋白外还含有哪些成分？”通过设置问题，引导学生分析血液的成分，寻求获得血红蛋白的思路。最后让学生阅读教材，若整个实验按照上述思路完成，实验分为几个环节？从而过渡到“样品处理”环节。

4.4

样品的处理

样品的处理环节分为几个步骤呢？首先讲解“红细胞的洗涤”环节，幻灯片展示洗涤的具体步骤(见图2)，然后设置问题串：“洗涤干净的标准是什么？为什么要低速短时离心？洗涤的目的是？”怎样才能让红细胞破裂使其中的血红蛋白析出呢？学生根据已有的经验很容易想到“吸水涨破”的方法。继续设问：“为了加速释放过程，采取了什么措施？这样做的目的是什么？”这时候红细胞破裂，蛋白质释放，同时也有很多的细胞内容物和残留细胞膜，此时离心管中的成分比较复杂，接下来该做什么？学生会想到下一步的实验目的，过渡到下一步“分离血红蛋白溶液”（见图3）。教师提出问题：“采用什么方法分离血红蛋白？离心分层后，各层的成分是什么？用滤纸过滤，去除了什么成分？”教师引导学生找到哪一层是所需要的，让学生从宏观上明确血红蛋白所处的位置，并思考用什么方法可以得到这一层物质？通过阅读教材，学生可以找到“过滤”的方法。继续设问：过滤掉的是什么？如何获得下层的血红蛋白溶液？学生很容易想到利用分液漏斗获取，此时的血红蛋白水溶液仍含有很多杂质，提出用透析法进行粗分离去除杂质。

教师课上播放“样品处理环节”的微视频，使理论的讲解与实践操作相结合，让学生真实体验实验的操作步骤。

图2 图3 图1

4.5

粗分离―透析

教师幻灯片展示透析的图片，讲解透析的原理及目的。透析只能去除小分子杂质，蛋白质进一步纯化要用凝胶色谱法。接下来，教师展示透析操作图片(见图4)，目的使学生体验透析是如何操作的。

4.6

纯化―凝胶色谱法

教师提问：凝胶色谱法用到一种特殊材料，它具有什么特点？然后幻灯片展示凝胶色谱的图片，让学生讲解对凝胶色谱法原理的理解。凝胶色谱法的实验具体怎么操作的呢？学生通过阅读教材很容易得出分四步：凝胶色谱柱的制作→凝胶色谱柱的装填→样品的加入和洗脱→收集样品。

设置问题串：“凝胶颗粒是怎么填的？凝胶材料如何选择？G的含义是什么？在装填凝胶之前还应该对凝胶进行什么处理？为了加速膨胀还可以如何处理？在装填过程中需要注意什么？如果色谱柱内有气泡行吗？”引导学生思考在装填过程的注意事项：色谱柱内存在气泡，会搅乱洗脱液中蛋白质的洗脱顺序，降低分离效果。教师质疑：这样装填就结束了吗？引入最后一步洗涤平衡。什么时候开始收集样品？

教师播放“凝胶色谱法”的微视频，让学生直观地理解凝胶色谱法的具体操作过程。接下来，如何判断流出来的物质是血红蛋白？由此过渡到SDS-PAGE电泳的教学。

4.7

纯度鉴定—SDS-PAGE电泳

引导学生阅读教材找出电泳的概念“指带电粒子在电场作用下发生迁移的过程。”并利用物理学知识分析原理：蛋白质在一定的pH下，羧基电离带负电，而氨基水解带正电，但一般情况下认为蛋白质带负电，在电场的作用下，蛋白质分子向凝胶的正极端迁移。教师补充提问：“电泳除了利用蛋白质带电性质对蛋白质进行分离，还利用了蛋白质的哪些特性？”学生参照教材图，可发现凝胶是网状结构，使小分子

容易通过，而大分子不易通过，因此得出结论：除了利用蛋白质带电性质对蛋白质进行分离，还利用了蛋白质分子本身的大小和形状。学生阅读教材小字部分内容，了解凝胶电泳的种类及原理。教师设问：“为了使电泳只受到蛋白质分子大小的影响，而不受带电性质的影响，加入哪种化学试剂？SDS是怎么做到的？”引导学生在教材中找到SDS的作用。教师补充提问：“除此之外SDS还有什么作用？”让学生了解到SDS使蛋白质完全变性，将蛋白质解聚成单链，因此测定的结果只是单条肽链的分子量。

图4

教师讲解完电泳原理之后，课上播放“SDS-PAGE法”的微视频，目的使学生真实体会到蛋白质电泳的详细操作步骤。

4.8

学以致用

教师投影幻灯片展示以下图片，让学生结合图片信息（图5），说出检测新生儿是否患有血红蛋白疾病的实验思路？然后教师再介绍一种全自动毛细血管电泳法进行血红蛋白的检测，目的让学生了解科技前沿。

4.8

课堂小结

图5 板书本节课血红蛋白提取和分离的过程，每一步用到的技术，各项技术的原理及实验过程中的注意事项。

板书设计：

五、教学反思

本节实验课以血红蛋白作为“主线分子”，包括了样品的处理、透析、凝胶色谱法、SDS-PAGE法等4个子实验。本节课的难点在于凝胶色谱法和SDS-PAGE法的原理比较难懂，为了突破此难点，笔者采用“先讲解后播放微视频”的教学策略，这样便于学生将实验原理内化。在讲解每个子实验时，通过设置问题串，激发学生思考，从而理解实验操作步骤的原理及目的。