2021-2022年高中生物專題5DNA與蛋白質(zhì)技術(shù)課題3血紅蛋白的提取和分離（三）教案新人教版選修1

課題3血紅蛋白的提取和分離一、課題目標(biāo)1.知識(shí)目標(biāo)a.說出從血液中初步獲取血紅蛋白的原理和方法。b.說明凝膠色譜法的原理和方法。c.說出電泳的基本原理和方法。2.能力目標(biāo)運(yùn)用凝膠色譜法對(duì)血紅蛋白進(jìn)行分離純化。3.情感目標(biāo)通過運(yùn)用凝膠色譜法對(duì)血紅蛋白進(jìn)行分離純化，鍛煉科學(xué)的思維方法，培養(yǎng)實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。二、課題重點(diǎn)凝膠色譜法的原理和方法。三、課題難點(diǎn)樣品的預(yù)處理；色譜柱填料的處理和色譜柱的裝填。四教學(xué)流程教學(xué)流程教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖環(huán)節(jié)一：課程導(dǎo)入展示課題背景，導(dǎo)入課題目標(biāo)。課題背景蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)不可缺少的物質(zhì)。隨著人類基因組計(jì)劃的進(jìn)展以及多種生物基因組測(cè)序工作的完成，人類跨入了后基因組和蛋白質(zhì)組時(shí)代。對(duì)蛋白質(zhì)的研究與應(yīng)用，首先需要獲得純度較高的蛋白質(zhì)。因此，從復(fù)雜的細(xì)胞混合物中提取、分離高純度的蛋白質(zhì)是生物科學(xué)研究中經(jīng)常要做的工作。課題目標(biāo)1.說出從血液中初步獲取血紅蛋白的原理和方法；2.說明凝膠色譜法的原理和方法；3.說出電泳的基本原理和方法；4.運(yùn)用凝膠色譜法對(duì)血紅蛋白進(jìn)行分離純化。閱讀、傾聽。情景導(dǎo)入本節(jié)目標(biāo)。環(huán)節(jié)二：講授新課一、基礎(chǔ)知識(shí)（一）蛋白質(zhì)提取與分離的依據(jù)引導(dǎo)學(xué)生回憶蛋白質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)，指出其是蛋白質(zhì)提取與分離的依據(jù)。1.分子的形狀、大小2.電荷性質(zhì)和多少3.溶解度4.吸附性質(zhì)5.對(duì)其他分子親和力（二）方法及原理概述蛋白質(zhì)分離的兩種常用方法和原理，再分別詳細(xì)講解。凝膠色譜法：根據(jù)相對(duì)分子質(zhì)量的大小分離蛋白質(zhì)電泳法：根據(jù)分子帶電性質(zhì)的差異以及分子本身大小、形狀的不同分離蛋白質(zhì)1.凝膠色譜法（1）材料：凝膠展示圖解，講解種類和特點(diǎn)。多孔性，多糖類化合物，如葡聚糖、瓊脂糖。（2）原理：指導(dǎo)學(xué)生觀察教材圖513凝膠色譜法分離蛋白質(zhì)的原理，講解分離過程。步驟：混合物上柱→洗脫→大分子流動(dòng)快、小分子流動(dòng)慢→收集大分子→收集小分子原理：當(dāng)相對(duì)分子質(zhì)量不同的蛋白質(zhì)通過凝膠時(shí)，相對(duì)分子質(zhì)量較小的蛋白質(zhì)容易進(jìn)入凝膠內(nèi)部的通道，路程較長(zhǎng)，移動(dòng)速度較慢；相對(duì)分子質(zhì)量較大的蛋白質(zhì)無法進(jìn)入凝膠內(nèi)部的通道，只能在凝膠外部移動(dòng)，路程較短，移動(dòng)速度較快。相對(duì)分子質(zhì)量不同的蛋白質(zhì)因此得以分離。2.緩沖溶液聯(lián)系血液緩沖對(duì)物質(zhì)相關(guān)知識(shí)，講解緩沖溶液的概念、作用、配制。(1)概念：在一定的范圍內(nèi)，能對(duì)抗外來少量強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或稍加稀釋不引起溶液pH發(fā)生明顯變化的溶液。(2)作用：能夠抵制外界的酸或堿的對(duì)溶液的pH的影響，維持pH基本不變。(3)配制：通常由1－2種緩沖劑溶解于水中配制而成。調(diào)節(jié)緩沖劑的使用比例就可以制得在不同pH范圍內(nèi)使用的緩沖液。由弱酸和相應(yīng)的強(qiáng)堿弱酸鹽溶解于水中。如H2CO3/NaHCO3，NaH2PO4/Na2HPO4等。(4)本實(shí)驗(yàn)使用的是磷酸緩沖液(NaH2PO4/Na2HPO4),目的是利用緩沖液模擬細(xì)胞內(nèi)的pH環(huán)境，保證血紅蛋白的正常結(jié)構(gòu)和功能，便于觀察（紅色）和科學(xué)研究（活性）。3.電泳法講解電泳法的概念、原理和類型。（1）概念：指帶電粒子在電場(chǎng)作用下發(fā)生遷移的過程。（2）原理：分離樣品中各種分子帶電性質(zhì)的差異以及分子本身的大小，形狀的不同使帶電分子產(chǎn)生不同的遷移速度，從而實(shí)現(xiàn)樣品中各種分子的分離。（3）類型：瓊脂糖凝膠電泳法：由于瓊脂糖本身不帶電荷，各種分子在電場(chǎng)中遷移速度決定于所帶電荷性質(zhì)的差異及分子的大小、形狀的不同。聚丙烯酰胺凝膠電泳法：在凝膠中加入SDS，使蛋白質(zhì)解聚成單鏈，與各種蛋白質(zhì)形成蛋白質(zhì)－SDS復(fù)合物，使其遷移速度完全取決于分子的大小?！镜湫屠}】蛋白質(zhì)的分離與提純技術(shù)是蛋白質(zhì)研究的重要技術(shù)，下列有關(guān)敘述不正確的()A．根據(jù)蛋白質(zhì)分子不能通過半透膜的特性，可將樣品中各種不同蛋白質(zhì)分離B．根據(jù)蛋白質(zhì)所帶電荷性質(zhì)的差異及分子大小，可通過電泳分離蛋白質(zhì)C．根據(jù)蛋白質(zhì)相對(duì)分子質(zhì)量的大小，可通過凝膠色譜法分離蛋白質(zhì)D．根據(jù)蛋白質(zhì)的分子大小、密度不同，可通過離心沉降法分離蛋白質(zhì)【答案】A【方法點(diǎn)撥】蛋白質(zhì)分子不能通過半透膜，但溶液中的小分子物質(zhì)則可以透過半透膜，因此可以將蛋白質(zhì)和溶液中的小分子物質(zhì)分離。二、實(shí)驗(yàn)操作概述實(shí)驗(yàn)操作的基本步驟：樣品處理、粗分離、純化、純度鑒定。（一）樣品處理結(jié)合課件相關(guān)圖解講解樣品處理基本步驟。（1）紅細(xì)胞的洗滌：①目的：去除雜蛋白。②為防止血液凝固，應(yīng)先加入檸檬酸鈉。③所用洗滌液：是五倍體積的生理鹽水（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9%的NaCl溶液）。④緩慢攪拌，采用低速短時(shí)間離心。⑤洗滌干凈的標(biāo)準(zhǔn)是上清液沒有黃色。（2）血紅蛋白的釋放：在蒸餾水和甲苯的作用下，紅細(xì)胞破裂，釋放出血紅蛋白。（3）分離血紅蛋白溶液：（方法）離心。試管中的溶液分為4層，從上往下依次是：①無色透明的甲苯層。②白色薄層固體：脂溶性物質(zhì)沉淀層。③紅色透明液體：血紅蛋白溶液層。④暗紅色沉淀層：紅細(xì)胞破碎物沉淀。（4）透析：①方法：取1mL血紅蛋白溶液裝入透析袋，將透析袋放入盛有300mL物質(zhì)的量濃度為20mmol/L磷酸緩沖液（pH為7）中，透析12h。②目的：去除樣品中分子量較小的雜質(zhì)。③原理：透析袋能使小分子自由進(jìn)出，而將大分子物質(zhì)保留在袋內(nèi)。（二）凝膠色譜操作指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材相關(guān)圖解，講解凝膠色譜操作步驟。1.凝膠色譜柱的制作指導(dǎo)學(xué)生觀察教材圖5－19，講解制作步驟：打孔→挖穴→安管→覆網(wǎng)→紗包→插管。2.凝膠色譜柱的裝填①材料：實(shí)驗(yàn)所用凝膠是交聯(lián)葡聚糖凝膠。②方法：凝膠用蒸餾水充分溶脹后，配成凝膠懸浮液，一次性緩慢倒入色譜柱內(nèi)。不能有氣泡存在。然后用300mL物質(zhì)的量濃度為20mmol/L磷酸緩沖液充分洗滌平衡12h，使凝膠裝填緊密。3.樣品的加入和洗脫使吸管管口沿管壁將樣品緩慢加入色譜柱內(nèi)，不要破壞凝膠面。待紅色的蛋白質(zhì)接近色譜柱低端時(shí)，用試管收集流出液，每5mL收集一管，連續(xù)收集?！镜湫屠}】以下關(guān)于豬血紅蛋白提純的描述，不正確的是（）A．洗滌紅細(xì)胞時(shí)，使用生理鹽水可防止紅細(xì)胞破裂B．豬成熟紅細(xì)胞中缺少細(xì)胞器和細(xì)胞核，提純時(shí)雜蛋白較少C．血紅蛋白的顏色可用于凝膠色譜法分離過程的監(jiān)測(cè)D．在凝膠色譜法分離過程中，血紅蛋白比分子量較小的雜蛋白移動(dòng)慢【答案】D【方法點(diǎn)撥】1.血紅蛋白是有色蛋白，因此在凝膠色譜分離時(shí)可以通過觀察顏色來判斷什么時(shí)候應(yīng)該收集洗脫液。2.血紅蛋白的分子量比雜蛋白大，質(zhì)量越大的，通過凝膠色譜柱的速度越快。三、操作提示提醒學(xué)生關(guān)注幾個(gè)方面的操作提示。1.紅細(xì)胞的洗滌：洗滌次數(shù)不能過少；低速、短時(shí)離心。2.色譜柱的裝填：裝填盡量緊密，降低顆粒間隙；無氣泡；洗脫液不能斷流。3.凝膠的預(yù)處理：沸水浴法時(shí)間短，還能除去微生物和氣泡。4.色譜柱成功標(biāo)志：紅色區(qū)帶均勻一致地移動(dòng)。四、結(jié)果分析與評(píng)價(jià)講解幾個(gè)方面的結(jié)果分析與評(píng)價(jià)。1.血液樣品的處理：分層明顯→樣品處理完成2.凝膠色譜柱的裝填：放一支與凝膠柱垂直的日光燈直接檢查加入大分子有色物質(zhì)如藍(lán)色葡聚糖—2000或紅色葡聚糖，若色帶均勻、狹窄、平整→裝填成功。3.血紅蛋白的分離血紅蛋白的紅色區(qū)帶均勻、狹窄、平整，隨洗脫液緩慢流出，分離成功?；貞洝⑺伎?、回答。觀察、傾聽、思考。回憶、思考、回答。閱讀、傾聽、思考、回答。演練、作答。閱讀、觀察、傾聽、思考、回答。演練、作答。說出蛋白質(zhì)提取與分離的依據(jù)。說明凝膠色譜法的原理和方法。說出緩沖溶液的作用和配制。說出電泳的基本原理和方法。運(yùn)用凝膠色譜法對(duì)血紅蛋白進(jìn)行分離純化。環(huán)節(jié)三：課堂小結(jié)共同回顧本節(jié)要點(diǎn)：呼應(yīng)、回答。突出本節(jié)重點(diǎn)。環(huán)節(jié)四：課堂練習(xí)下列關(guān)于DNA粗提取實(shí)驗(yàn)和血紅蛋白的提取實(shí)驗(yàn),敘述正確的是()A.前者選擇雞血細(xì)胞作為實(shí)驗(yàn)材料較好,后者選擇哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞作為實(shí)驗(yàn)材料較好B.樣品預(yù)處理時(shí),前者靜置1天處理除去上清液;后者需要加入清水,反復(fù)低速短時(shí)間離心洗滌,至上清液無黃色C.在DNA粗提取實(shí)驗(yàn)中,往2mol/L氯化鈉溶