课题3　血红蛋白的提取和分离教学设计第一课时

一师一优课教学设计

合肥市巢湖市第四中学

谢小庆

选修1专题5课题3血红蛋白的提取和分离 一、课题目标：

1.知识目标

a.说出从血液中初步获取血红蛋白的原理和方法。

b.说明凝胶色谱法的原理和方法。

c.说出电泳的基本原理和方法。

2.能力目标

运用凝胶色谱法对血红蛋白进行分离纯化。

3.情感、态度、价值观目标

通过运用凝胶色谱法对血红蛋白进行分离纯化，锻炼科学的思维方法，培养实事求是的科学态度。

二、课题重点：

凝胶色谱法的原理和方法。

三、课题难点：

样品的预处理；色谱柱填料的处理和色谱柱的装填。

四、

教学流程：

教学流程

环节一：课程导入

组时代。对蛋白质的研究与应用，首先需要获得纯度较高的蛋白质。因此，从复杂的细胞混合物中提取、分离高纯度的蛋白质是生物科学研究中经常要做的工作。

课题目标

1.说出从血液中初步获取血红蛋白的原理和方法；

1

教师活动

学生设计活动

意图

展示课题背景，导入课题目标。

课题背景

蛋白质是生命活动不可缺少的物质。随着人类基因组计划的进展以及多种生物基因组测序工作的完成，人类跨入了后基因组和蛋白质阅读、倾听。

情景导入本节目标。

2.说明凝胶色谱法的原理和方法；

3.说出电泳的基本原理和方法；

4.运用凝胶色谱法对血红蛋白进行分离纯化。

环节二：讲授新课

一、基础知识

（一）蛋白质提取与分离的依据

引导学生回忆蛋白质的物理化学性质，指出其是蛋白质提取与分离的依据。

思质提取与分离考、1.分子的形状、大小 2.电荷性质和多少 3.溶解度 4.吸附性质 5.对其他分子亲和力 （二）方法及原理

概述蛋白质分离的两种常用方法和原理，再分别详细讲解。

凝胶色谱法：根据相对分子质量的大小分离蛋白质

电泳法：根据分子带电性质的差异以及分子本身大小、形状的不同分离蛋白质 1.凝胶色谱法 （1）材料：凝胶

展示图解，讲解种类和特点。

多孔性，多糖类化合物，如葡聚糖、琼脂糖。

观

（2）原理：指导学生观察教材图5-13凝胶色谱法分离蛋白质的原理，讲解分离过程。

察、倾听、思考。

步骤：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

2

回忆、说出蛋白回答。

的依

据。

说明

凝胶

色谱法的原理和方法。

原理：当相对分子质量不同的蛋白质通过凝胶时，相对分子质量较小的蛋白质容易进入凝胶内部的通道，路程较长，移动速度较慢；相对分子质量较大的蛋白质无法进入凝胶内部的通道，只能在凝胶外部移动，路程较短，移动速度较快。相对分子质量不同的蛋白质因此得以分离。

2.缓冲溶液

联系血液缓冲对物质相关知识，讲解缓冲溶液的概念、作用、配制。

(1)概念：在一定的范围内，能对抗外来少量强酸、强碱或稍加稀释不引起溶液pH发生明显变化的溶液。

(2)作用：能够抵制外界的酸或碱的对溶液的pH的影响，维持pH基本不变。

(3)配制：通常由1－2种缓冲剂溶解于水中配制而成。调节缓冲剂的使用比例就可以制得在不同pH范围内使用的缓冲液。

由弱酸和相应的强碱弱酸盐溶解于水中。如H2CO3/NaHCO3，NaH2PO4/Na2HPO4等。

(4)本实验使用的是磷酸缓冲液(NaH2PO4 /Na2HPO4 ),目的是利用缓冲液模拟细胞内的pH环境，保证血红蛋白的正常结构和功能，便于观察（红色）和科学研究（活性）。 3.电泳法

讲解电泳法的概念、原理和类型。

（1）概念：指带电粒子在电场作用下发生迁移的过程。

（2）原理：分离样品中各种分子带电性质的差异以及分子本身的大小，形状的不同使带电分子产生不同的迁移速度，从而实现样品中各种分子的分离。 （3）类型： 琼脂糖凝胶电泳法：由于琼脂糖本身不带电荷，各种分子在电场中迁移速度决定于所带电荷性质的差异及分子的大小、形状的不同

。

聚丙烯酰胺凝胶电泳法：在凝胶中加入SDS，使蛋白质解聚成单链，与各种蛋白质形成蛋白质－SDS复合物，使其迁移速度完全取决于分子的大小。 【典型例题】 蛋白质的分离与提纯技术是蛋白质研究的重要技术，下列有关叙3

说出

缓冲

溶液回忆、思考、回答。

的作用和配制。

说出

电泳阅读、倾的基本原理和

述不正确的( ) A．根据蛋白质分子不能通过半透膜的特性，可将样品中各种不同蛋白质分离

B．根据蛋白质所带电荷性质的差异及分子大小，可通过电泳分离蛋白质

C．根据蛋白质相对分子质量的大小，可通过凝胶色谱法分离蛋白质

D．根据蛋白质的分子大小、密度不同，可通过离心沉降法分离蛋白质

【答案】A 【方法点拨】

蛋白质分子不能通过半透膜，但溶液中的小分子物质则可以透过半透膜，因此可以将蛋白质和溶液中的小分子物质分离。 二、实验操作

概述实验操作的基本步骤：样品处理、粗分离、纯化、纯度鉴定。

（一）样品处理

结合课件相关图解讲解样品处理基本步骤。

（1）红细胞的洗涤：

①目的：去除杂蛋白。

②为防止血液凝固，应先加入柠檬酸钠。

③所用洗涤液：是五倍体积的生理盐水（质量分数为0.9%的NaCl溶液）。

④缓慢搅拌，采用低速短时间离心。 ⑤洗涤干净的标准是上清液没有黄色。

（2）血红蛋白的释放：在蒸馏水和甲苯的作用下，红细胞破裂，释放出血红蛋白。

（3）分离血红蛋白溶液：（方法）离心。

试管中的溶液分为4层，从上往下依次是：

①无色透明的甲苯层。 ②白色薄层固体：脂溶性物质沉淀层。

③红色透明液体：血红蛋白溶液层。

④暗红色沉淀层：红细胞破碎物沉淀。

4

听、思考、回答。

演练、作答。

方法。

运用

凝胶

色谱

法对

血红

蛋白

进行

分离

纯阅读、观察、倾听、化。

（4）透析：

①方法：取1mL血红蛋白溶液装入透析袋，将透析袋放入盛有300mL物质的量浓度为20 mmol/L磷酸缓冲液（pH为7）中，透析12h。

②目的：去除样品中分子量较小的杂质。

③原理：透析袋能使小分子自由进出，而将大分子物质保留在袋内。

（二）凝胶色谱操作

指导学生阅读教材相关图解，讲解凝胶色谱操作步骤。

1.凝胶色谱柱的制作 指导学生观察教材图5－19，讲解制作步骤：打孔→挖穴→安管→覆网→纱包→插管

。

2.凝胶色谱柱的装填

①材料：实验所用凝胶是交联葡聚糖凝胶。

②方法：凝胶用蒸馏水充分溶胀后，配成凝胶悬浮液，一次性缓慢倒入色谱柱内。不能有气泡存在。然后用300mL物质的量浓度为20 mmol/L磷酸缓冲液充分洗涤平衡12h，使凝胶装填紧密。 3.样品的加入和洗脱

使吸管管口沿管壁将样品缓慢加入色谱柱内，不要破坏凝胶面。待红色的蛋白质接近色谱柱低端时，用试管收集流出液，每5mL收集一管，连续收集。

【典型例题】 以下关于猪血红蛋白提纯的描述，不正确的是（ ）

A．洗涤红细胞时，使用生理盐水可防止红细胞破裂

B．猪成熟红细胞中缺少细胞器和细胞核，提纯时杂蛋白较少

C．血红蛋白的颜色可用于凝胶色谱法分离过程的监测

D．在凝胶色谱法分离过程中，血红蛋白比分子量较小的杂蛋白移动慢

【答案】D 【方法点拨】

1.血红蛋白是有色蛋白，因此在凝胶色谱分离时可以通过观察颜色来判断什么时候应该收集洗脱液。 5

思考、回答。

演

2.血红蛋白的分子量比杂蛋白大，质量越大的，通过凝胶色谱柱的速度越快。 三、操作提示 提醒学生关注几个方面的操作提示。

1.红细胞的洗涤：

洗涤次数不能过少；低速、短时离心。 2.色谱柱的装填：

装填尽量紧密，降低颗粒间隙；无气泡；洗脱液不能断流。 3.凝胶的预处理：

沸水浴法时间短，还能除去微生物和气泡。 4. 色谱柱成功标志：

红色区带均匀一致地移动。

四、结果分析与评价

讲解几个方面的结果分析与评价。

1.血液样品的处理：分层明显→样品处理完成 2.凝胶色谱柱的装填：入大分子有色物质如蓝色葡聚糖—2000或红色葡聚糖，若色带均匀、狭窄、平整→装填成功。 3.血红蛋白的分离 血红蛋白的红色区带均匀、狭窄、平整，随洗脱液缓慢流出，分离成功。

环节三：课堂小结

共同回顾本节要点：

练、作答。

呼应、回突出本节重答。

点。

环节四：课堂练习

1.从细胞中提取某种特定的蛋白质比提取DNA难度大，其原因不是( )

A．蛋白质对温度、盐浓度、pH等条件更敏感，更易失活

B．蛋白质的空间结构多样，理化性质各不相同，使得蛋白质的提取没有统一的方法

演练、回答。

突出重点。

6

C．提取某种特定的蛋白质需据其特性摸索提取的程序

D．提取血红蛋白程序可分为样品处理、粗分离、纯化、纯度的鉴定四大步

【答案】D

【解析】蛋白质对温度、盐浓度、pH等条件更敏感，更易失活，而DNA分子相对来讲比较稳定，这些区别是提取某种特定的蛋白质比提取DNA难度大的原因之一，A项不符合题意；蛋白质的空间结构多样，理化性质各不相同，使得蛋白质的提取没有统一的方法，而且还需要依据蛋白质的特性摸索提取的程序，这些也是提取蛋白质的难度较大的原因，B、C项不符合题意；提取血红蛋白程序可分为样品处理、粗分离、纯化、纯度的鉴定四大步，这是提取蛋白质的步骤，不是提取蛋白质难度大的原因，D项符合题意。

2.下列操作正确的是（ ）

A．分离红细胞时采用低速长时间离心

B．红细胞释放出血红蛋白只需要加入蒸馏水就可

C．分离血红蛋白溶液是低速短时间离心

D．透析时要用20mmol/L的磷酸缓冲液，透析12h

【答案】D

【解析】分离红细胞时采用低速短时间离心，A错误；红细胞释放出血红蛋白只需要加入蒸馏水和甲苯，B错误；分离血红蛋白溶液是快速短时间离心，C错误；透析时要用20mmol/L的磷酸缓冲液，透析12h，D正确。

3.下列关于电泳的说法中，正确的是（ ）

A．电泳是指不带电的分子在电场的作用下发生迁移的过程

B．电泳的过程要在一定的pH下，所以一定要使用缓冲液

C．葡聚糖凝胶电泳和聚丙烯酰胺凝胶电泳是两种常用的电泳方法

D．聚丙烯酰胺凝胶电泳中，溶液中加入十二烷基硫酸钠(SDS)，电泳的迁移率主要取决于分子所带电荷的多少和相对分子质量的大小

【答案】B

7

【解析】电泳是指带电的分子在电场的作用下发生迁移的过程，A错误；电泳的过程要在一定的pH下，所以一定要使用缓冲液，B正确；琼脂糖凝胶电泳和聚丙烯酰胺凝胶电泳是两种常用的电泳方法，C错误；聚丙烯酰胺凝胶电泳中，溶液中加入十二烷基硫酸钠(SDS)，电泳的迁移率主要取决于相对分子质量的大小，D错误。

4.下列有关蛋白质提取和分离的说法，错误的是（ ）

A．透析法分离蛋白质的原理是利用蛋白质不能通过半透膜的特性

B．采用透析法使蛋白质与其他小分子化合物分离开来

C．离心沉降法通过控制离心速率使分子大小、密度不同的蛋白质分离

D．蛋白质在电场中可以向与其自身所带电荷电性相同的电极方向移动

【答案】D

【解析】蛋白质是生物大分子，不能通过半透膜，而其他小分子可以通过半透膜，可以利用半透膜进行分离得到蛋白质，AB正确。分子大小、密度不同的蛋白质其离心速率不同，通过控制离心速率使分子大小、密度不同的蛋白质分离，C正确。蛋白质在电场中可以向与其自身所带电荷电性相反的电极方向移动，D错。

五、板书设计：血红蛋白的提取和分离

一、基础知识：

（一）、凝胶色谱法

（二）、缓冲溶液

二、实验操作：

（一）、样品处理和粗分离

（二）、凝胶色谱操作

六、布置作业：完成配套习题

七、教学反思：

本节课在课前安排了学生预习课题的学案，上课时由学生阅读课题背景直接导入，了解蛋白质提取和分离技术对生物科学研究的重要性，重点在于让学生理解凝胶色谱法分离蛋白质的原理、电泳的原理，课中通过及时的师生互动和反馈练习帮助学生掌握具体的实验操作和注意事项。教学运用了多媒体课件、动画、视频和传统板书相结合的手段，力图让学生对血红蛋白的提取和分离技术有全面的掌握。

8