课题3　血红蛋白的提取和分离特级教师教学实录

《血红蛋白的提取和分离》教学设计

一、教学目标

（一）知识与技能

1．尝试从血液中提取和分离血红蛋白

2．了解色谱法、电泳法等分离生物大分子的基本原理

（二）过程与方法

体验血红蛋白提取和分离的实验的严格要求，注意按照操作提示进行相关步骤

（三）情感、态度与价值观

初步形成科学的思维方式，培养实事求是的科学态度，发展科学素养和人文精神

二、教学重难点

1.课题重点

凝胶色谱法的原理和方法

2.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

三、教学工具

多媒体

四、教学方法

探究法 比较法

五、教学过程

教学教师活动

流程

环节展示课题背景，导入课题目标。

一：课题背景

学生设计活动

意图

情景

课程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联系导入

导入

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组时代。对蛋实际

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；

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。

环节一、基础知识

二：（一）蛋白质提取与分离的依据

讲授

明确

本节目标

说出回忆蛋白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思考

质提

取与分离的依据。

说明新课

依据

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、形状的不同分离蛋观察凝胶白质

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。

倾听色谱思考

法的

原理和方法。

学生

（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，讲的阅

解分离过程。

读教

材

提高学生

学生展示获取交流

信息

相对分子质量小

无规则的_____运动

较慢

_____ ____从凝胶柱

中洗脱出来

及对比归纳总结能力

说出学生阅读教材，填写导学案上相关表格并展示：

相对分子质量区别

运动方式

运动速度

运动路程

洗脱次序

相对分子质量大

垂直向____运动

_____ _____ ____从凝胶柱

中洗脱出来

师生共探：

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。

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

＊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。

2.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。

查阅电泳资料

的基（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，形合作

本原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探究

理和离。

。

方法

（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】

已知某样品中存在甲、乙、丙、丁、戊五种蛋白质分子，其相对分子质量演练大小、电荷的性质和数量情况如下图所示，下列有关蛋白质分离的叙述正作答

确的是（ ）

A. 分子甲与分子乙所带电荷性质不同

B. 若用凝胶色谱柱分离样品中的蛋白质，则分子甲移动速度最慢

C. 若将样品以2 000 r/min的速度离心10 min，分子丁存在于沉淀中，

则分子甲也一定存在于―沉淀中

D. 将样品装入透析袋中透析12 h，若分子丙保留在袋内，则分子乙也一

定保留在袋内

【答案】B 3.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。

阅说出(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读、缓冲溶液pH发生明显变化的溶液。

观溶液(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。

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

用和听、配制

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

考、

(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回细胞内的pH环境，保证血红蛋白的正常结构和功能，便于观察（红色）和答。

科学研究（活性）。

二、实验操作

蛋白质的提取和分离一般分为哪些基本步骤？

样品处理、粗分离、纯化、纯度鉴定。

（一）样品处理

正确选择实验材料：

培养

获取（1）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？

生：哺乳动物血液。因为该细胞中没有细胞核，血红蛋白含量高。

教师强调：为防止血液凝固，应先加入柠檬酸钠。

学生信息阅读分析（2）请阅读教材，认识哺乳动物血液组成及血红蛋白性质。并思考回答下教材

问题

列问题：

血液由 和 两部分组成。

血细胞中 细胞数量最多，细胞的含量最高的化合物是 。

能力

该化合物是由 和 构成的，其中每个亚基中都含有一个能

与O2和CO2结合的 基团。

血红蛋白因还有血红素而呈现红色

思考：本课题为什么选择血红蛋白进行分离呢？（血红蛋白为有色蛋

白，可以通过观察颜色来判断什么时候该收集洗脱液，直观，简化）

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：

视频展示洗涤过程：

培养血液＋柠檬酸钠→低速短时离心→吸出上层血浆→红细胞＋5倍体积小组

学生生理盐水

→缓慢搅拌10min→低速短时离心→吸出上清液→反复洗涤直合作科学至上清液无黄色

思考：

探究

究实

事求是精神

①

洗涤红细胞的目的是什么？（除去血浆蛋白的杂蛋白，有利于后续步骤

的分离纯化

）

洗涤次数、离心速度与离心时间十分重要

②为什么要低速、短时离心？（防止白细胞等一同沉淀，达不到分离的效

果）

③为什么要缓慢搅拌？（防止红细胞破裂释放出血红蛋白）

④洗涤次数为什么不能过少？（无法除去血浆蛋白）

2.

血红蛋白的释放：

思考：你有什么方法将红细胞中的血红蛋白释放出来？

（加入蒸馏水，用玻璃棒快速搅拌一段时间。）

学生理论独立联系思考

实际

培养学生合作探究的能力

加入甲苯的目的是什么？（溶解细胞膜，有利于血红蛋白的释放和分离）

在蒸馏水和甲苯的作用下，红细胞破裂，释放出血红蛋白。

此时，红细胞破碎混合液中不仅含有血红蛋白，而且还含有细胞破碎

物、脂质、甲苯有机溶剂等。怎样除去这些杂质呢？

3.

分离血红蛋白溶液：

由于它们的密度不同，科学家采取了离心分离的方法：

观看视频展示过程：红细胞破碎混合液→中速长时离心（2000c/min×视频总结10min）→滤纸过滤除去脂质→分液漏斗分离出血红蛋白溶液

方法

试管中的溶液分为4层，从上往下依次是：

第1层：无色透明层----甲苯层。 第2层：白色薄层固体--脂溶性物质沉淀层。

第3层：红色透明液体--血红蛋白溶液层。

第4层：暗红色沉淀物--红细胞破碎物沉淀。

（二）粗分离---透析：

如何除无机盐离子和小分子有机物质呢？

透析。

1.原理：半透膜的选择透过性，大分子物质不能通过半透膜，离子和小分子能够通过半透膜。

2.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。

3.目的：在透析过程中，血红蛋白溶液中的离子和小分子不断通过半透膜扩散进入到pH＝7的磷酸缓冲液中。（总结透析目的：去除样品中分子量较小的杂质。）

思考：为何使用pH＝7的磷酸缓冲液？为什么缓冲液量远多于血红蛋白溶液量？（维持血红蛋白的正常特性。有利于杂质分子充分地向外扩散。）

【典型例题】 1下列有关血红蛋白的提取与分离的实验操作的叙述，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即可

C. 分离血红蛋白溶液要低速短时间离心

D. 透析时要用20 mmol/L的磷酸缓冲液，透析12 h 【答案】D 2.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

运用渗透作用的原理进行分析

习题演练

注重前后知识的联系

学会运用知识解决相关问题

环节共同回顾本节要点：

三：课堂小结

呼应突出回答

本节重点

总结：通过样品处理及粗分离过程，红细胞中的血红蛋白就被提取出来。但其中还含有其他种类的蛋白质分子（如呼吸酶等）。怎样将杂蛋白与血红蛋白分离开来呢？下节我们将采用凝胶色谱法纯化血红蛋白，并会采用SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳法对其进行鉴定。

六．板书设计：

课题3 血红蛋白的提取和分离

一．基础知识：

1.

凝胶色谱法

2.

电泳

3.

缓冲溶液

二．实验操作：

样品处理

红细胞的洗涤

血红蛋白的释放

分离血红蛋白溶液

粗分离---透析

纯

化

纯度鉴定