课题3　血红蛋白的提取和分离PPT专用课堂实录内容

血红蛋白的提取和分离

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教学内容分析

“血红蛋白的提取和分离”是人教版高中《生物﹒选修1﹒生物﹒生物技术实践》中较难的内容，教材在这部分内容中主要介绍了两种分离蛋白质的技术－凝胶色谱法和电泳。凝胶色谱法是六十年代初发展起来的一种快速而又简单的分离技术，主要用于高聚物的相对分子质量分级分析以及相对分子质量分布测试。电泳技术不仅可以将血红蛋白从多种分子的混合物中分离出来，还可以测定蛋白质相对分子质量、鉴定所分离的血红蛋白的纯度等。本节用到的实验仪器在普通高中实验室基本上是没有配备的，但是，教材中附有大量的插图，配套的教师教学用书也附有相关的是视频，这对于课堂教学和学生理解本节内容有一定的帮助。生物图是表达、概括、拓展和深化生物学知识的重要形式，其最大的特点是既直观又能承载大量信息，可以培养学生观察、分析和解决问题的能力，学生在把图像信息转化成语言信息的过程中，需要采用识别、分析、说明、比较、抽象和概括等方式精加工信息，经历理解、判断和联想的逻辑推理过程。因此，本节课在教材的基础上，通过PPT提供组图和创设问题情境，让学生进行观察、对比和概括，主动建构知识，养成科学思维的习惯，培养其逻辑思维能力，进而深刻理解实验原理。实验原理是实验方法、手段、操作过程以及结果分析等所依据的科学知识与理论。把握好实验原理与实验诸要素之间的逻辑关系，才可以更好地理解实验方法和技术，以及实验的每一个环节及其价值，才可以有效地进行科学探究。

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学情分析

学生认为《生物技术实践》这本教材比较贴近现实生活，有些实验在家就能完成，虽然有些内容教难，但能关注生命科学的发展前景与现状。学习本节内容时学生正好是高二。他们在此之前已对蛋白质的结构有所认识，学生也已经具备了物理电学方面的知识，有助于其对电泳原理的学习。通过近一年的学习，学生也有初步的识图、析图能力，但由于本节涉及到的一些实验仪器学生之前是完全没有接触过的，因此可从较为直观的图片和视频入手，通过一系列的问题设置来帮助学生理解其原理。

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教学目标

（1）通过对问题的分析讨论，学生能阐明凝胶色谱法和电泳的基本原理。

（2）通过图片播放使学生能够体验从复杂体系中提取生物大分子的基本过程和方法，为今后运用这些技术打下基础。

（3）新的实验仪器的认识和实验技术的应用，使学生能认同科学技术的进步在科学探究中的作用，使学生感受科技发展的重要性，引起学生的共鸣，培养学生的科学探索精神。

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教学重难点

4.1 教学重点

凝胶色谱法的原理和方法；电泳的原理

4.2 教学难点

电泳的方法

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教学过程

5.1

创设情境导入新课

蛋白质是生物体最重要的组成成分之一，是生命活动的物质基础，它参与了几乎所有的生命活动过程。早在1878年，恩格斯就在《反杜林论》中指出：“生命是蛋白体的存在方式，这种存在方式本质上就在于这些蛋白体的化学组成部分的不断的自我更新。”对于一些特定的人群，我们尤其应该适当地补充其体内的蛋白质量，来满足其特殊的营养需求。

教师出示图片。让学生阅读图片内容及其上的文字说明。最后教师简要说明：蛋白质在组织或细胞中一般都是以复杂的混合物形式存在，如何把我们需要的蛋白质从复杂的混合物中提取出来呢？以血红蛋白为例，来学习提取和分离蛋白质的方法。

设计意图：以生活中大家熟悉的营养物质的需求为切入点，引起学生的兴趣，同时感受知识来源于生活、服务于生活。

5.2

凝胶色谱法的原理

教师给出凝胶的图片并讲解：凝胶实际上是一些微小的多孔球体，这些小球体大多是由多糖类化合物构成的，如葡聚糖或琼脂糖，在小球的内部有许多贯穿的通道。

要求学生阅读教材P65图5-13 凝胶色谱法分离蛋白质的原理及其相关文字说明，结合PPT上给出的表格，分组讨论后完成表格的填写并展示其结果。

设计意图：先通过图片引起学生的注意力，用表格进行整理归纳，引导学生思考关键问题，锻炼学生的自主学习和合作交流能力，凸显学生的主体地位；突出重点，锻炼学生的语言表达能力和概括能力，达成教学目标1。

5.3 凝胶色谱法进行分离蛋白质的具体方法

教师给出图片后进行简单的说明。（这张图片上的英文注释字体较小，教师可以直接告诉其含义即可）接着教师启发学生看图后回答：蛋白质混合物进行分离时的流程图用文字和箭头怎样来表示呢？学生在回答的过程中，教师补充专有名词“洗脱”。学生把简要的流程掌握后，要求学生进一步阅读教材P68“3. 样品的加入和洗脱”相关内容，对实验的具体操作步骤要做到心中有数并能识记其过程，特别是“图5-22 加样示意图”要熟记于心。

设计意图：利用过程图，使学生由理论到应用，有效地将抽象的理论转变成可操作的方案，锻炼学生的科学探究能力。学生在思考和书写的过程中必然会训练其科学思维，同时，有些学生肯定也会发现在这张图片中还出现了“缓冲液”，教师可以引导学生阅读教材P65“（二）缓冲溶液”相关内容（有些自主学习能力强的学生自己就会翻阅课本的）。

教师进一步补充缓冲溶液在本节的具体用途。在血红蛋白的提取和分离实验中用到的缓冲溶液是磷酸缓冲液，目的是：①利用缓冲液准确模拟生物体内的PH环境，保证血红蛋白的正常结构和功能，便于科学研究和观察；②防止色谱柱内产生气泡；③洗脱血红蛋白。

5.4

电泳的原理

学生阅读教材P65-66电泳的概念、原理。要求学生思考：①有哪些因素会影响带电分子的迁移速度？②用物理学的知识回答：为什么这些因素会影响迁移速度呢？（教师给出一些参数：假设凝胶两端所接电极间形成的电场强度大小为E，蛋白质的相对分子质量为m，所带电荷大小为Q）可以要求物理学学得好的学生帮助其他学生解答，或者学生感觉有难度的话，这部分内容可以由教师讲解。

根据以上参数，该蛋白质分子所受到的电场力大小F=QE，电场力对其产生的加速度为a=F/m=QE/m，蛋白质分子向凝胶正极（或负极）端迁移。不同蛋白质分子的大小和所带电荷都不相同，蛋白质分子所带电荷越多、分子质量越小，其加速度越大，在凝胶中的迁移速度就越快，相同时间内迁移的距离就越远。相同大小、相同电荷的蛋白质分子电泳之后停留在同一个区域，形成一条清晰的条带，这样，不同的蛋白质分子就由于所带电荷多少以及分子大小被分开。

在整个电泳过程中，蛋白质分子的迁移还受到其他因素的影响，如分子体积大小和形状。带电蛋白质分子在电场力的牵引下不断穿过凝胶形成时所留下的空隙（如聚丙烯酰胺凝胶就是三维网状结构，在凝胶网中间就有很多的空隙）向前移动，在这个过程中蛋白质分子会受到凝胶对它产生的阻力f，若分子体积越大、形状越不规则，所受到的阻力越大，迁移速度就越低。

教材P66也介绍了SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳。这部分内容可由学生自学。

最后，介绍使用SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳测定蛋白质的分子量的方法。

设计意图：用物理学来阐明电泳的原理，基于事实和证据，严密推理，形成严谨、完整的逻辑链，强化学生的理解，物理学的这部分知识是学生已经学过的，这样也可以帮助学生搭建新旧知识间的桥梁，促进学生对知识进行迁移，最终实现举一反三，并能在生产和实

践中灵活运用。关于SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳，可以通过介绍其应用加深学生的印象，同时也能让学生认同蛋白质结构的多样性，培养学生的分析性思维和如何寻找合适的方法来达到我们的探究目的。