课题3　血红蛋白的提取和分离名师教学设计2

专题5

DNA与蛋白质技术

课题5.3

《血红蛋白的提取和分离》教学设计

广东省鹤山市鹤华中学 授课人：李克

【生物学科核心素养】

1、生命观念（初步体验血红蛋白结构与功能相适应的特点）；

2、科学探究（通过体验血红蛋白提取和分离的实验的严格操作要求，注意按照操作提示进行相关步骤，培养学生认真严谨的科学态度）；

3、科学思维（通过体验血红蛋白提取和分离的实验的严格操作要求，初步形成科学的思维方式）；

4、社会责任（通过色谱法、电泳法等分离生物大分子的基本原理的学习，关注学生科学态度的教育，发展科学素养和人文精神，鼓励学生学以致用，培养报效祖国的社会责任感）。

【课题重点】

明确凝胶色谱法的原理和方法。 【课题难点】

操作的细节处理

【教学方法】

讲授法、探究法等多种教学方法相结合。

【教学工具】

多媒体课件、视频、学案。

【教学过程】

（一）引入新课

1.展示血红蛋白图片，引导学生先初步了解血红蛋白的结构，通过其结构的特点推测血红蛋白可能有哪些功能？并引导学生思考，如果血红蛋白结构异常或者在细胞中含量过少，可能会患哪些疾病？

2.继续思考：既然血红蛋白如此重要，我们该在什么细胞中提取血红蛋白呢？这些细胞又生活在哪里？鼓励学生思考并踊跃回答。

3.接着追问：我们用什么方法把血红蛋白提取和分离出来呢？

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由此引入该节课基础知识和原理的学习：蛋白质提取和分离的基本原理。

设计思路：步步深入的引导学生思考，吸引学生的学习热情，自然而然的进入本课学习。

（二）新课讲授

1．基础知识和原理

蛋白质的理化性质：形状、大小、电荷性质和多少、溶解度、吸附性质、亲和力等千差万别，由此提取和分离各种不同蛋白质。

1.1凝胶色谱法（分配色谱法）

（1）概念：根据被分离物质的蛋白质相对分子质量的大小，利用具有网状结构的凝胶，来进行分离蛋白质的方法。

（2）凝胶材料：多孔性，多糖类化合物，如葡聚糖、琼脂糖。

（3）学生讲述分离过程：（图5－13b）

混合物上柱→洗脱→大分子流动快、小分子流动慢→收集大分子→收集小分子

＊洗脱：从色谱柱上端不断注入缓冲液，促使蛋白质分子的差速流动。

设计思路：分离过程的原理是个难点，抽选了一名学生做“小老师”进行过程讲解，学生的思路更接近一般同学的思路，更容易发现学生理解不透彻或者错误的地方，及时纠偏。

（4）探究一：蛋白质分子在凝胶中的运动情况分析

分子量

大

小

直径大小

运动方式

运动速度

运动路径

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洗脱次序

设计思路：学生通过集体讨论和探究，一起完成表格内容，加深对知识的理解。

（5）【小试牛刀】

例1：凝胶色谱法分离蛋白质的原理依据是( ) A．蛋白质分子与凝胶的亲和力的大小 B．蛋白质相对分子质量的大小[来源:学科网ZXXK]

C．蛋白质所带电荷的多少 D．蛋白质溶解度的大小

例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，先被分离B．路程较长，移动速度较快，后被分离

C．路程较短，移动速度较慢，后被分离 D．路程较短，移动速度较快，先被分离

设计思路：通过抢答的形式，快速提取知识，达到当堂巩固的效果。

1.2缓冲溶液

（1）原理：由弱酸和相应的强碱弱酸盐组成（如H2CO3－NaHCO3，NaH2PO4/Na2HPO4等），调节酸和盐的用量，可配制不同pH的缓冲液。

（2）缓冲液作用：抵制外界酸、碱对溶液pH的干扰而保持pH稳定。

（3）在本课题中使用的缓冲液目的是: 利用缓冲液模拟细胞内的PH环境，维持血红蛋白的正常活性。

设计思路：缓冲溶液的知识不是本课重难点知识，进行简单介绍即可。

1.3凝胶电泳法：

（1）概念：带电粒子在电场作用下发生迁移的过程。

（2）原理：不同蛋白质的带电性质、电量、形状和大小不同，在电场中受到的作用力大小、方向、阻力不同，导致不同蛋白质在电场中的运动方向和运动速度不同。

（3）分离方法：琼脂糖凝胶电泳、聚丙烯酰胺凝胶电泳等。

（4）SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳分离蛋白质过程：

在一定pH下，使蛋白质基团带上正电或负电；加入带负电荷多的SDS，形成“蛋白质－SDS复合物”，使蛋白质迁移速率仅取决于分子大小。

（5）探究二

电泳方法原理比较

电泳方法

琼脂糖凝胶电泳

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SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳[来

源:Z&xx&k.Com]

分离原理

设计思路：这两种电泳方法分离蛋白质原理有较大区别，学生通过集体讨论和探究，一起完成表格内容，加深对知识的理解。

（6）【小试牛刀】

1．SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳中决定蛋白质或多肽移动速度的主要因素是（ ）

A．蛋白质分子所带的电荷 B．蛋白质分子的形状

C．蛋白质分子的相对分子质量D．缓冲溶液的PH 2.下图为几种蛋白质通过SDS－聚丙烯酰胺凝胶电泳的图谱，据图，你认为相对分子质量最大的蛋白质是 ，依此推理在该样品在凝胶色谱法中最后流出的蛋白质应该是 。

设计思路：根据学生思维的特点，设计了两道典型的习题，达到当堂巩固的效果。

2．实验操作

思考一：蛋白质的提取和分离一般分为哪些基本步骤？

引导学生回答：样品处理、粗分离、纯化、纯度鉴定。

思考二：是否所有种类的蛋白质的提取和分离都是这样的？为什么？

不是。因为蛋白质的来源和性质不同，分离方法差别很大。

思考三：用鸡的红细胞还是用猪、牛、羊等哺乳动物的红细胞提取血红蛋白？为什么？

哺乳动物的红细胞更好。其无细胞核，结构简单，血红蛋白含量丰富，便于提取血红蛋白。

设计思路：通过问答的学生，引导学生进行到实验操作部分的学习。

2. 1样品处理及粗分离

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2.1.1 红细胞的洗涤：血液＋柠檬酸钠→低速短时离心→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

思考：

（1）洗涤的目的是什么？ （2）为什么要低速离心、缓慢搅拌？ 2.1.2血红蛋白的释放:在蒸馏水和甲苯作用下搅拌，红细胞破裂释放. 思考: (1)蒸馏水和甲苯的作用是什么？ (2)充分搅拌的目的是什么？ 2.1.3 分离血红蛋白:红细胞破碎混合液→中速长时离心（2000r/min×10min）→滤纸过滤除去脂质沉淀层→分液漏斗分离出下层血红蛋白，得到红色透明液体。

思考:四层物质分别代表什么物质？颜色是怎样的？我们需要哪一层？

（在下图横线旁边填写）

2.1.4透

析：取1ml的血红蛋白溶液装入透析袋中，将透析袋放入盛有300ml的物质的量浓度为20mmol/l的磷酸缓冲液中（pH为7.0），透析12小时。

思考：（1）为什么要进行透析？ （2）血红蛋白会渗出透析袋吗？为什么？ 设计思路：“样品处理及粗分离”部分内容包括四个操作步骤，为加深学生对操作细节的关注和思考，每一个步骤都设置了若干个问题，以便学生作深入的思考，以达到锻炼思维的目的。此外，因为本校属于二类学校，受实验条件的限制，对理论知识讲授完毕之后，实验操作部分的感性认识通过视频的形式展现。

2. 2纯化：凝胶色谱柱的制作、装填、样品加入与洗脱

2. 2.1凝胶色谱柱的制作

设计思路：考虑到课时安排以及本校实验器材的缺乏等实际情况，本部分内容的学习以阅读课本的图文为主，引导学生关注制作的细节要求。

2. 2.2凝胶色谱柱的装填

设计思路：结合课本内容进行了必要介绍，特别引导学生注意装填凝胶颗粒的细节。

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课的重点是明确凝胶色谱法的原理和方法，难点在于实验操作的细节要求，为了让学生知其然还要知其所以然，本人通过设置问题的形式，进行层层引导，并设计探究讨论环节，发挥学生集体的智慧，总的来说，较好的完成了教学目标。遗憾的是教学条件的限制，不能让学生进行实际的操作，已和学校领导商量，力争购置必要的实验器材，让学生有机会进行实操能力的锻炼。

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