课题3　血红蛋白的提取和分离优秀获奖教案

《血红蛋白的提取和分离（第一课时）》教学设计

中山市第二中学 李鹏飞

一、教材分析

1．教材内容

本课题重点介绍了缓冲溶液的原理和配置、凝胶色谱法的原理和操作、电泳的原理等知识。

2.

教材编写特点及意图

本内容是2003人教版高中生物《选修1——生物技术实践》专题5课题3，课本第64-70页。随着人类基因组计划的进展，现代科技跨入了后基因组和蛋白质时代，对蛋白质的研究和应用首先需要对其进行分离、提纯、鉴定，这也已经成为当今生物科学中的常规工作。因此，本课题通过提取和分离自然界中非常重要也是操作难度较低的一种蛋白质——血红蛋白，让学生体验现代生物技术工作的操作乐趣。

二、学情分析

1.学生已有知识基础

学生在学习这部分知识之前，已经学习了蛋白质的基本单位、蛋白质的组成结构、分子大小、功能、分类以及与DNA的相互关系等基础知识，对蛋白质已经有了比较全面的知识储备。

2.学生已有生活经验和学习该内容的经验

“走迷宫”是学生小时候常玩的游戏，选路径如何先到终点也是小学数学的必修课，在此基础上，让学生充分理解凝胶色谱法中的凝胶颗粒特点，对学生理解凝胶色谱法的实验原理，大有裨益。在高一上学期和高二上学期，学生已经学习了高中物理学中的运动学和电场知识，对电场中质点的运动特性已能独立分析，本课题开设在高二下学期，这也有助于帮助学生理解本课题中的电泳原理。另外，在色谱柱的制作中起非常重要作用的橡皮塞（特别强调其形状为圆台型）是化学中常见的仪器，通过打吊针过程中吊瓶的位置，来类比理解凝胶色谱柱的洗涤平衡凝胶过程。

3.学生学习该内容可能存在的困难

学生在已有知识和学习经验的基础上，理解缓冲溶液、凝胶色谱法、SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳的原理应该难度不大，而样品处理及初分离、凝胶色谱的操作步骤，以及各步骤中的注意事项和原因，可能需要学生对照课本，实际操作之后，才能有所掌握。

三、课时安排：3课时。第一课时，基础知识和原理教学、学习缓冲液的配置、学习样品的处理及初分离。第二、三课时，实验操作。

四、教学目标

1．

学生通过本课的学习，掌握凝胶色谱法和电泳的基本原理，了解血液样品的处理及初分离。

2．

认识血红蛋白的重要性，理解血红蛋白运输O2、CO2、CO的原理，预防煤气中毒。

3．

在学习过程中，逐步养成独立思考、科学分析、认真计算、严谨操作等良好实验习惯和生物学核心素养。

五、重点、难点

本节重点：凝胶色谱法的原理、电泳原理

本节难点：样品的预处理

六、教学过程

活动内容

教学过程

课题背景介绍：随着人类基因组计划的进展，

现代科技跨入了后基因组和蛋白质时代，对蛋白质一、

导入

提出课题

的研究和应用首先需要对其进行分离、提纯、鉴定，这也已经成为当今生物科学中的常规工作。

提出课题：因此，我们通过学习提取和分离自然界中一种非常重要也是操作难度较低的一种蛋白质——血红蛋白，来体验蛋白质的提取、分离和鉴定工作。

1.

温故：回忆人体血液中的缓冲对？

学生答：H2PO4/HPO4、H2CO3/HCO

+2---2-3-设计意图

时间分配

指出本课题的学习意义和目的要求。

1

回忆必修三人体教师：（解释缓冲原理）如果吃了酸性食物，内环境中的缓冲物相当于H和HPO4反应，生成H2PO4；如果吃了碱性食物，相当于OH和H2PO4反应，生成HPO4，均不会明显改变内环境中的pH。碳酸盐缓冲对的原理也一样。

2.

知新：在本课题中使用的缓冲液——pH7.0的20mmol/L的磷酸缓冲液。

教师：（作用）模拟细胞内的pH环境，保证血红蛋白的正常结构和功能。

二、

缓冲溶液

3.

介绍缓冲液的配置：通常由______种缓冲剂溶解于水中配制而成。调节缓冲剂的__________就可以制得_________________使用的缓冲液。（学生课本内找答案，并划线。答案：1~2，使用比例，在不同pH范围内）

提问1：如果我要配置100mL的pH为7.0的0.2mol/L的磷酸盐缓冲液，该如何配置？

学生（集体）：取61mL0.2mol/L的Na2HPO4--2-质，结合化学原理，理解缓冲对起作用的机制。

通过温故而知新，提出本课题使用的缓冲液及其具体作用。

引导学生学会做笔记。

提供溶液配制方案，通过思考，深入理解缓冲液的配置方法，也为下节课实验室配置缓冲液打下基础。

8

和39mL0.2mol/L的NaH2PO4混合。

提问2：如果我要配置1000mL的pH为7.0的0.2mol/L的磷酸盐缓冲液呢？

学生（集体）：取610mL0.2mol/L的Na2HPO4和390mL0.2mol/L的NaH2PO4混合。

4.

提炼概念：在一定的范围内，能够抵制______________对溶液_____的影响，维持pH基本不变，具有缓冲作用的溶液。

学生（集体）：外界的酸或碱、pH值

1.

教师介绍凝胶特点：由多糖类化合物（葡聚糖、琼脂糖）构成的一些微小的多孔性球体（球内有许多贯穿的通道）。强调是多孔性球体。

2.

教师解释分离原理：结合图片，描述动态分离过程：待分离样品中的蛋白质相对分子量有大有小，分子量大的蛋白质其体积也相对较大，不容易进入凝胶颗粒内部，而在颗粒之间迅速通过，先被洗脱出来；分子较小的蛋白质由于扩散作用进入凝胶颗粒内部而被滞留，速度慢，通过的路程也变长，所以后被洗脱出来。

三、

凝胶色谱法

教师：结合动画，演示凝胶色谱法分离蛋白质的原理。

学生：再看课本，分析课本P65图，理解凝胶色谱法分离蛋白质的原理。

3.

填空（两名学生黑板展示，其他学生在座位填）

引导学生提炼出缓冲液概念。

通过强调凝胶颗粒是多孔性球体，大小不同的蛋白质进入后，路径不同，速度不停，发展学生空间想象力。

动画演示动态过程，帮助理解。

结合课本，突出重点。

两名学生填空的答案是相反的，但考察内容是相同的。一方面，堂上检测学生掌握状况，同时也是8 巩固新知。

及时应用，（答案：大、外部、快、短、先；小、内部、凝胶颗粒内部、慢、远、后）

1. 教师介绍概念：带电粒子在电场作用下发生迁移的过程（类比游泳）。

2. 学生画课本P65-66页原理。

3. 教师介绍电泳常见类型：琼脂糖凝胶电泳、聚结合物理电学，丙烯酰胺凝胶电泳，并展示课本图片，结合示意图，类比带电分子在电场下游泳，让学生形象辅助学生理解电泳原理，并指出点样孔位置。

4. 教师详细介绍聚丙烯酰胺凝胶电泳

（1）介绍凝胶组成。

（2）介绍原理：蛋白质在聚丙烯酰胺凝胶中的迁移率取决于它所带净电荷的多少以及分子的大小等因素。为了消除净电荷对迁移率的影响，可以在凝胶中加入SDS。

（3）介绍SDS作用：①SDS能与各种蛋白质形成蛋白质—SDS复合物，SDS所带负电荷的量大大超过了蛋白质分子原有电荷量。因而掩盖了不同种蛋白质间的电荷差别，使电泳迁移率完全取决于分子的大小。②SDS能使蛋白质发生完全变性。由几条四、电泳

肽链组成的蛋白质复合体在SDS的作用下会解聚成单条肽链，因此测定的结果只是单条肽链的分子量。

（4）教师提问：如何利用电泳测定蛋白质的分子量？

学生课本找答案：P66——测定蛋白质的分子量时，可选用一组已知分子量的标准蛋白同时进行电泳，根据已知分子量的标准蛋白的电泳区带位置，可以测定未知蛋白质的分子量。

教师：展示图片（M为标准蛋白，1、2、3为样品蛋白）。

理解电泳概念。

结合课本，仔细理解影响电泳的几个因素。

通过理解SDS的作用，进而明确SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳机理和具体作用（分离蛋白质、测定蛋白质分子量）。

初步理解测点蛋白质分子量的方法。

10

教师：《血红蛋白的提取和分离》实验操作分为四

五、

实验操作步骤之提取和初分离

大步，其中第三步纯化是通过凝胶色谱法分离出血红蛋白，第四步纯度鉴定是通过聚丙烯酰胺凝胶电

1

2

结合必修三知

5

介绍煤气中毒的

泳来实现，在后面几节实验课中，我们再具体操作。

这节课剩下的时间我们就主要学习了解前面两步：

样品处理和初分离，具体操作也是下节实验课再进行。

1.

样品处理

1.1 取样：

教师：你认为鸟类血液和哺乳动物血液中，最好哪种血液来提取血红蛋白，为什么？

学生：哺乳动物，因为哺乳动物成熟红细胞无细胞核和细胞器，结构简单，血红蛋白含量丰富，便于提取血红蛋白。

同时在课本P67笔记。

1.2 血液成分：

温故：必修三《内环境》知识

回忆必修一血影实验，利用已有知识，解决问题。

识，进行知识整合和拓展。

知新：展示课本P67“血红蛋白图组成”图，

明确血红蛋白由两条α肽链和两条β肽链组成，每条α链和β链上各有一个亚铁血红素基团，呈红色，其中的亚铁离子可携带O2/CO2/CO。

教师介绍：煤气中毒的原因。血红蛋白可与煤气中的大量的CO结合，且不易分离，导致血红蛋

机理，提高预防煤气白本该与O2结合的机会和效率大大降低，人体因中毒意识和防范能缺氧而出现四肢无力，头晕等症状。所以大家日常生活中一定要防范煤气中毒，不在密闭房间生火取暖，记得家里的煤气灶及时关闭，煤气热水器洗澡要记得不能浴室太密闭而不能与外界气体交换。万一发现有煤气中毒患者，第一时间将患者转移到空力，掌握对煤气中毒患者的正确救治方法。

气新鲜、流通而温暖的地方，同时关闭煤气灶开关。

还要马上松解患者衣扣与腰带，清除口鼻中的异物（如呕吐物、假牙等），使中毒者呼吸道通畅，同时呼叫120救护车，随时准备送往医院救治。

1.3 步骤：

1.3.1 红细胞的洗涤

教师投影：血液＋抗凝血剂柠檬酸钠→低速短时离心(500c/min×2min)→吸出上层血浆→红细胞＋5倍体积生理盐水

→缓慢搅拌10min→低速短时离心→吸出上清液→反复洗涤直至上清液无黄色

教师提问1：现在是500c/min离心2min，算是低速短时间离心，还要多次反复，为什么不提高离心速度延长离心时间？

学生：......（答不出）

教师：给大家点提示，白细胞比红细胞轻。

学生：速度过高和时间越长，会使白细胞等一同沉淀，达不到分离的效果

教师提问2：为什么要反复洗涤直至上清液无黄色？

学生：......（答不出）

教师：再给大家点提示，必修三里讲过血浆，是含有多种血浆蛋白的，什么颜色？（浅黄色）

学生：反复洗涤直至上清液无黄色，就是去除血浆蛋白。如果洗涤次数过少，无法除去血浆蛋白。

明确实验步骤。

通过问题，解决该步骤中容易出错的细节，同时解答本步骤的目的。

5

3 问题导学，提高

4

教师：红细胞的洗涤这一步，目的是去除白细胞、

血浆蛋白等。

1.3.2 血红蛋白的释放

教师投影：蒸馏水

+ 40%甲苯

→

磁力搅拌器充分搅拌10min →

红细胞破裂释放。

教师提问1：什么叫血红蛋白的释放？

学生：就是把血红蛋白从红细胞中释放出来。

教师提问2：那把红细胞放在蒸馏水中就可以，为什么还要加40%甲苯？

学生：......（答不出）

教师：给大家点提示，细胞膜是磷脂双分子层，可以相似相容的方式溶解在有机溶剂中。

学生：细胞膜可以溶解在甲苯中。

教师：对！40%甲苯可以加速细胞膜的破裂。所以本步骤就将血红蛋白释放在溶液中。

1.3.3 分离血红蛋白溶液

教师投影：红细胞破碎混合液→中速长时离心(2000c/min×10min) →滤纸过滤除去2、4层→分

思维能力。

液漏斗分离出血红蛋白，得到红色透明液体。

教师：大家看课本P67图5-18，红细胞破碎混合液中速长时离心后会出现分层，注意做笔记。第一

结合示意图，理解离心的作用，感受

4

开放式问题，培

层有机溶剂层即甲苯层，因为有机溶剂只有甲苯；实验操作的严谨。

第二层脂类物质，主要是细胞膜等，呈白色薄层固体；第三层是血红蛋白溶液，红色透明液体；第四

层是红细胞破碎物沉淀，是杂质层，呈暗红色沉淀。

教师提问1：那一层是我们所需要的，如何得到？

学生：第三层。

学生：有答过滤、有答用分液漏斗。

教师（提示）：先过滤还是先用分液漏斗，要明白过滤是剔除什么，分液漏斗又是剔除什么。

学生：先过滤，剔除第2、4层；静止一段时间之后再用分液漏斗，剔除第1层。

教师提问2：那用分液漏斗，我们需要的是先从漏洞中分离出来的，还是后出来的？

学生：先从漏洞中分离出来的。

教师：正确。所以，通过这一步，我们就分离出含有血红蛋白的溶液。

2.

初分离

教师：初分离可以通过透析来完成。

教师投影：将血红蛋白溶液装入透析袋（硝酸纤维

产婆术式教学，通过追问，不断思考，不停探索。

素）并置于磷酸缓冲液中（PH为7.0）透析12h。

教师提问1：初分离的目的是什么？

学生：......（答不出）

教师：给点提示，透析袋是一种半透膜，通过物理孔径的大小控制物质进出，小分子物质可以自由透过，大分子比如蛋白质就不能透过。

学生：大分子蛋白质留在透析袋内，小分子杂质可以通过进入缓冲液而被剔除掉。

教师：正确，透析的目的就是除去分子量较小的杂质。

教师提问2：如何可以加快这一步的操作或者说如何快速除去分子量较小的杂质？

学生：及时更换缓冲液。

学生：增加缓冲液的量。

教师：思路都正确，很不错！

养发散性思维。