课题3　血红蛋白的提取和分离教学设计及课堂实录

《血红蛋白的提取和分离》

教学设计

广东梅县东山中学 邓淑媚

一、教学目标

（一）知识目标

了解透析、凝胶色谱法和电泳法等分离生物大分子的方法的相关原理。

（二）能力目标

1、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；

2、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，激发学生的兴趣，培养学生的实际操作能力。

（三）情感态度和价值观目标

1、真切体会真实的科学探究实践活动；

2、逐步形成科学的思维方式，发展科学素养和人文精神。

二、学情分析

《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的知识，其内容是使学生体验从特定细胞的复杂混合物体系中提取血红蛋白的基本原理、过程和方法。学生虽然在学习该课题之前已了解过DNA 粗提取和鉴定的基本原理和方法，对生物大分子的提取和分离技术有一定的了解，但面对结构和性质完全不同的蛋白质，以及首次接触“透析”、“凝胶色谱法”和“电泳”等技术，该如何进行复杂的操作以达到实验目的，他们是没有头绪的。因此，本课题的教学从基础入手，利用预先准备的导学案构建知识网络，对教材内容重新进行组合。教学中教师精心设置问题，巧妙点拨，化抽象为具体，让学生即使学习新的实验技术，仍能保持清晰的思路，达到加深学生对实验的认知和理解，提高学生科学素养的目的。

三、教学内容分析

（一）血红蛋白的结构和功能

联系选修1课本第66页图5-17，通过课文中对血红蛋白的结构的图示和相关文字说明，了解血红蛋白的结构及其运输氧气和二氧化碳的功能。

（二）选择合适的样品。

向学生提问：如何获得合适的样品？人们用鸡的红细胞提取DNA，用人、猪、牛、羊的红细胞提取血红蛋白，原因是什么？鸡的红细胞有细胞核，

DNA含量高，便于提取DNA；

哺乳动物成熟的红细胞无细胞核，无DNA ，杂质少，血红蛋白含量高，便于提取。通过问答，学生能厘清血红蛋白的来源。

（三）对血红蛋白样品进行处理。

1、洗涤红细胞。

目的：去除杂蛋白（主要是血浆蛋白）。

方法：低速短时间离心。

原因：速度越高、时间越长，会使白细胞等一同沉淀，达不到分离的效果。

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操作过程：

（1）

吸取上层透明的黄色血浆；

（2）盐水洗涤：用5倍体积的质量分数为0.9％的NaCl溶液（等渗溶液）洗涤；

（3）再次低速短时间离心；

（4）重复多次，直至上清液已无黄色，表明洗涤干净。

注意事项：洗涤次数不可过少。

2、破碎红细胞，释放血红蛋白

操作过程：蒸馏水

+ 40％体积的甲苯，置于磁力搅拌器上充分搅拌10分钟。

作用：

蒸馏水：低渗涨破红细胞；

甲苯：有机溶剂，溶解细胞膜；

搅拌：使红细胞和蒸馏水、甲苯充分接触，机械力加速细胞破裂。

3、分离血红蛋白溶液

将搅拌好混合液转移到离心管内，以2000r/min的速度离心10 min。

注意事项：不需低速短时间离心。

（四）粗分离

方法：透析

目的：除去样品中分子量较小的杂质。

透析袋的作用：

小分子杂质能通过透析袋，大分子蛋白质不能通过透析袋，从而对蛋白质进行粗纯化。

透析中使用的缓冲溶液

含义：

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发生明显变化的作用叫做缓冲作用；具有缓冲作用的溶液叫做缓冲溶液。

配制方法：

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。

提问：在血红蛋白的提取和分离过程中使用什么缓冲液？使用该缓冲液的目的是什么？

回答：磷酸缓冲液。

使用缓冲溶液的目的：

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）。

（五）纯化

方法：凝胶色谱法

别名：分配色谱法

含义：根据蛋白质相对分子质量的大小，利用具有网状结构的凝胶的分子筛作用，来分离不同的蛋白质。

凝胶：1、性质：一些微小多孔的球体，内含许多贯穿的通道。

2、实例：葡聚糖、琼脂糖。

凝胶色谱法原理：

相对分子质量

大

小

直径大小

运动方式

运动速度

大于凝胶颗粒空隙直径，被阻小于凝胶颗粒空隙直径，可以挡在颗粒的外面

进入颗粒内部

垂直向下移动

在颗粒内部无规则运动

较快

2 较慢

运动路径

洗脱次序

较短

先洗脱出来

较长

后洗脱出来

凝胶色谱操作流程：

1、凝胶色谱柱的制作→2、凝胶色谱柱的装填→3、样品的加入和洗脱

注意事项：

1、凝胶色谱柱的直径大小不影响分离效果，但直径过大造成洗脱液体积大，样品稀释度大；

2、凝胶色谱柱的高度与分离度有关。

提问：如果装填凝胶色谱柱时出现气泡和洗脱液流干的现象，怎么办？

回答：重新装填。

（六）纯度鉴定

方法：电泳法

含义：带电粒子在电场的作用下发生迁移的过程。

原理:在一定pH下，蛋白质分子的某些基团解离后带上正电或负电。在电场的作用下，带电分子会向着与其所带电荷相反的电极移动。由于待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，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。

分类：

1、琼脂糖凝胶电泳：琼脂糖本身不带电荷，各种分子在电场中迁移速率决定于所带电荷性质的差异及分子的大小、形状不同。

2、聚丙烯酰胺凝胶电泳：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，使其迁移速率完全取决于分子的大小。最常用的是SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳。

四、教学环节与活动

学习阶段

教学过程

教师活动

（一）导入

1、在图像中，血红蛋白特殊的结构决定了它具有运输氧气和二氧化碳的功能，是生命中不可缺少的物质。

（二）讲授新课

1、基础知识

（1）血红蛋白的结构和功能

让学生通过观察血红蛋白的特殊结构和阅读课文相关文字描述，说出血红蛋白的功能及其重要性。

3 学生活动

思考，在老师的引导下展开内容。

学生看书讨论，小组合作学习。

教学意图

承上启下，通过展示图像，激发学生的学习兴趣。

通过分析所提供的材料，得出结论。培养学生从材料中抓住主干、提炼信息的能力。

教学过程

（2）选择合适的血红蛋白样品。

向学生提问：如何获得合适的样品？人们用鸡的红细胞提取DNA，用人、猪、牛、羊的红细胞提取血红蛋白，原因是什么？

（3）对血红蛋白样品进行处理。

让学生通过阅读课文中对该实验步骤的描述，整理出该步骤的目的、方法、原因、操作过程和注意事项等。

（4）动画展示透析。

指导学生归纳透析的目的和透析袋的作用。

（5）缓冲溶液

讲述运动员所穿的运动鞋，引导学生思考：缓冲溶液的缓冲作用体现在哪里？请写出维持血液pH稳定的两对缓冲物质。

（6）动画展示凝胶色谱法

总结凝胶色谱法的定义，凝胶的成分是什么？凝胶颗粒本身有何特征？

（7）电泳

通过学案解决电泳的定义，电泳的方法，以及测定蛋白质分子常用的SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳的原理。讲解电泳中凝胶和凝胶色谱法中凝胶的不同点，并强调SDS—聚丙烯酰胺凝胶的原理。

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学生先思考后回答。

学生看书讨论，小组合作学习。

学生观看动画，分析讨论。

学生看书讨论，小组合作学习。

学生思考，回答。

学生填写学案。

让学生更加明确正确选择实验材料是开展实验的基础，明晰提取DNA和血红蛋白使用的实验材料不同及其原因。

让学生厘清实验思路及其原理。

培养学生分析归纳的能力。

通过设疑激发学生思考，便于新课的讲授。

以学生为主体，肯定学生的能力，引发继续学习的兴趣。

讲练结合，巩固所学知识。

课堂小结

总结本节课知识点及联系，强调本课题的重点和难点。

学生呼应。

相关练习题巩固。

反馈练习

引导学生自我评估所学知识掌握情况，帮助学生建立知识框架，巩固知识点。

学生演练，对相应难题将所学知识应用进行分析讨论，得到解于实践中，解决题规律和方法。

相关问题。

五、教学资源

（一）素材类教学资源：人教版高中生物选修一课本专题5课题3的相应文本、图像；

（二）集成型教学资源：教师结合教材和学情制作（编写）的课件、案例与练习题；

（三）网络资源：高考资源网相关专题。

六、教学评价

（一）预设目标的达成度分析：

本课题内容较多且复杂，特别是琼脂糖凝胶电泳法和SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳这2项技术，其原理、流程和复杂的操作，对于第一次接触这部分内容的学生来说，不但很难理解，而且容易混淆。而不管从技术、设备还是教学时间上的安排，该课题在我校都无法开展。教材在编排上，一开始先分别介绍这些技术的原理，然后在实验操作中又介绍这几项技术的具体操作。基于解决上述困难，本人化繁为简，在教学中巧妙设计，重构教材，打乱教材上的原有顺序，梳理出以实验操作为顺序的主干，通过层层设疑的方式，一步一步推进教学进展。精心制作多媒体及动画播放，让学生直观领悟到血红蛋白从血液复杂体系中分离出来的过程。

实践证明，该教学策略能够让学生更容易厘清本课题的思路，找到本课题的重难点，提高教学效率，利于逐步形成科学的思维方式，较好地达到了预设的教学目标。

（二）预设目标之外的课堂生成因素及其利用：

有人认为，《蛋白质的提取和分离》内容在近五年的全国卷高考中都没有考查过，不值得花较多精力钻研、探讨。但本人认为，从2017年的全国卷II和III的第37题来看，考查内容已经不再是教材原文知识的再现，而是提取技术在生产实践中的拓展应用。所以，应当以课本内容为依托，扩大格局，培养学生提炼材料信息，与必修知识相联系，提高知识迁移能力。可根据所给实验材料的特征和分子的理化性质，合理利用所学生物技术，逐步建立解决相关问题的思维。

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