《血紅蛋白的提取和分離》教學設(shè)計

《血紅蛋白的提取和分離》教學設(shè)計《血紅蛋白的提取和分離》教學設(shè)計教學目標（一）知識與技能1、嘗試從血液中提取和分離血紅蛋白2、了解色譜法、電泳法等分離生物大分子的基本原理（二）過程與方法體驗血紅蛋白提取和分離的實驗的嚴格要求，注意按照操作提示進行相關(guān)步驟（三）情感、態(tài)度與價值觀初步形成科學的思維方式，發(fā)展科學素養(yǎng)和人文精神教學重難點課題重點凝膠色譜法的原理和方法課題難點樣品的預處理；色譜柱填料的處理和色譜柱的裝填教學工具多媒體教學過程（一）引入新課蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔者，是細胞內(nèi)含量最高的有機化和物。對蛋白質(zhì)的研究有助于人們對生命過程的認識和理解。所以需要從細胞中提取蛋白質(zhì)進行研究。怎樣提取蛋白質(zhì)呢？（二）進行新課1．基礎(chǔ)知識蛋白質(zhì)的物化理性質(zhì)：形狀、大小、電荷性質(zhì)和多少、溶解度、吸附性質(zhì)、親和力等千差萬別，由此提取和分離各種蛋白質(zhì)。1．1凝膠色譜法（分配色譜法）：1）原理：（圖5－13a）分子量大的分子通過多孔凝膠顆粒的間隙，路程短，流動快；分子量小的分子穿過多孔凝膠顆粒內(nèi)部，路程長，流動慢。2）凝膠材料：多孔性，多糖類化合物，如葡聚糖、瓊脂糖。1/6《血紅蛋白的提取和分離》教學設(shè)計3）分離過程：（圖5－13b）混合物上柱→洗脫→大分子流動快、小分子流動慢→收集大分子→收集小分子＊洗脫：從色譜柱上端不斷注入緩沖液，促使蛋白質(zhì)分子的差速流動。1．2緩沖溶液1）原理：由弱酸和相應(yīng)的強堿弱酸鹽組成（如H2CO3－NaHCO3，HC－NaC，NaH2PO4/Na2HPO4等），調(diào)節(jié)酸和鹽的用量，可配制不同 pH的緩沖液。（2）緩沖液作用：抵制外界酸、堿對溶液 pH的干擾而保持 pH穩(wěn)定。1．3凝膠電泳法：1）原理：不同蛋白質(zhì)的帶電性質(zhì)、電量、形狀和大小不同，在電場中受到的作用力大小、方向、阻力不同，導致不同蛋白質(zhì)在電場中的運動方向和運動速度不同。［思考］閱讀教材后，填寫下表：（2）分離方法：瓊脂糖凝膠電泳、聚丙烯酰胺經(jīng)膠電泳等。（3）分離過程：在一定pH下，使蛋白質(zhì)基團帶上正電或負電；加入帶負電荷多的SDS，形成“蛋白質(zhì)－SDS復合物”，使蛋白質(zhì)遷移速率僅取決于分子大小。2．實驗設(shè)計2.1蛋白質(zhì)的提取和分離一般分為哪些基本步驟？樣品處理、粗分離、純化、純度鑒定。思考：是否所有種類的蛋白質(zhì)的提取和分離都是這樣的？為什么？不是。因為蛋白質(zhì)的來源和性質(zhì)不同，分離方法差別很大。2.2選擇實驗材料2/6《血紅蛋白的提取和分離》教學設(shè)計1）你認為鳥類血液和哺乳動物血液中，最好哪種血液來提取血紅蛋白？為什么？哺乳動物血液。因為該細胞中沒有細胞核，血紅蛋白含量高。2）請閱讀教材，認識哺乳動物血液組成及血紅蛋白性質(zhì)。并思考回答下列問題：血液由 和 兩部分組成。血細胞中 細胞數(shù)量最多，細胞的含量最高的化合物是 。該化合物是由 和 構(gòu)成的，其中每個亞基中都含有一個能與 O2和CO2結(jié)合的基團。2.3從紅細胞中分離出血紅蛋白的過程為：洗滌紅細胞、釋放血紅蛋白、分離血紅蛋白、透析。洗滌紅細胞的目的是什么？除去血漿蛋白的雜蛋白，有利于后續(xù)步驟的分離純化。紅細胞的洗滌過程為血液＋檸檬酸鈉→低速短時離心→吸出上層血漿→紅細胞＋ 5倍體積生理鹽水 →緩慢攪拌10min→低速短時離心→吸出上清液→反復洗滌直至上清液無黃色思考：加入檸檬酸鈉有何目的？為什么要低速、短時離心？為什么要緩慢攪拌？防止血液凝固；防止白細胞沉淀；防止紅細胞破裂釋放出血紅蛋白。思考：你有什么方法將紅細胞中的血紅蛋白釋放出來？加入蒸餾水，用玻璃棒快速攪拌一段時間。補充：加入蒸餾水后紅細胞液體積與原血液體積要相同。 加入甲苯的目的是溶解細胞膜， 有利于血紅蛋白的釋放和分離。 此時，紅細胞破碎混合液中不僅含有血紅蛋白， 而且還含有細胞破碎物、脂質(zhì)、甲苯有機溶劑等。 怎樣除去這些雜質(zhì)呢？由于它們的密度不同， 科學家采取了離心分離的方法：紅細胞破碎混合液→中速長時離心 （2000c/min×10min）→濾紙過濾除去脂質(zhì)→分液漏斗分離出血紅蛋白2.4如何除無機鹽離子和小分子有機物質(zhì)呢？。透析。半透膜的選擇透過性，大分子物質(zhì)不能通過半透膜，離子和小分子能夠通過半透膜。在透析過程中，血紅蛋白溶液中的離子和小分子不斷通過半透膜擴散進入到 pH＝7的磷酸緩沖液中。思考：為何使用 pH＝7的磷酸緩沖液？為什么緩沖液量遠多于血紅蛋白溶液量？維持血紅蛋白的正常特性。有利于雜質(zhì)分子充分地向外擴散?？偨Y(jié)：通過以上四個基本過程， 紅細胞中的血紅蛋白就被提取出來。 但其中還含有其他種類3/6《血紅蛋白的提取和分離》教學設(shè)計的蛋白質(zhì)分子（如呼吸酶等）。怎樣將雜蛋白與血紅蛋白分離開來呢？我們來研究蛋白質(zhì)提取和分離的第二個步驟――粗分離（凝膠色譜操作）。2.5凝膠色譜分離蛋白質(zhì)包括：制作色譜柱、裝填色譜柱、樣品加入和洗脫。根據(jù)教材圖 5－19，說出制作色譜柱需要的材料。橡皮塞2個、打孔器、小刀、移液管、尼龍紗、尼龍網(wǎng)、玻璃管、尼龍管等。色譜柱的制作過程：準備材料→加工橡皮塞→安裝色譜柱下面進行第二步――凝膠色譜柱的裝填。請閱讀教材：色譜柱的裝填過程。樣品加入和洗脫。其基本過程是：調(diào)節(jié)緩沖液面→加入蛋白質(zhì)樣品→調(diào)節(jié)緩沖液面→洗脫→收集分裝蛋白質(zhì)至此，血紅蛋白即可得到粗分離。在整個操作過程中，應(yīng)當注意以下事項：1）紅細胞的洗滌：洗滌次數(shù)不能過少；低速、短時離心。2）凝膠的預處理：沸水浴法時間短，還能除去微生物和氣泡3）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。4）色譜柱成功標志：紅色區(qū)帶均勻一致地移動。課后小結(jié)本課題重在讓學生了解生物科學在蛋白質(zhì)領(lǐng)域的進展， 說明提取、分離高純度的蛋白質(zhì)的重4/6《血紅蛋白的提取和分離》教學設(shè)計要性和必要性，并學習一些蛋白質(zhì)分離和提取的基本技術(shù)。 教師可以發(fā)揮學生的主動性， 讓學生介紹當前有關(guān)蛋白質(zhì)研究的新進展， 激發(fā)學生的學習興趣，然后指出本課題的學習意義，讓薛生初步體會分離純化蛋白質(zhì)的過程和方法課后習題1. 凝膠色譜法分離蛋白質(zhì)的依據(jù)是（ ）對其他分子的親和力溶解度所帶電荷多少相對分子質(zhì)量的大小2. 凝膠色譜法中所用的凝膠化學本質(zhì)大多是（ ）糖類化合物脂質(zhì)蛋白質(zhì)核酸3. 選用紅細胞作為分離蛋白質(zhì)的實驗材料，有何好處（ ）血紅蛋白是有色蛋白紅細胞無細胞核紅細胞蛋白質(zhì)含量高D.紅細胞DNA含量高4. 將攪拌好的混合液離心來分離血紅蛋白溶液時，第二層是（ ）甲苯血紅蛋白水溶液脂溶性物質(zhì)的沉淀層其他雜質(zhì)的沉淀5. 血紅蛋白因含有（ ）