2021-2022年高中生物專題5DNA與蛋白質(zhì)技術課題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1.知識目標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.能力目標運用凝膠色譜法對血紅蛋白進行分離純化。3.情感目標通過運用凝膠色譜法對血紅蛋白進行分離純化，鍛煉科學的思維方法，培養(yǎng)實事求是的科學態(tài)度。二、課題重點凝膠色譜法的原理和方法。三、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。四教學流程教學流程教師活動學生活動設計意圖環(huán)節(jié)一：課程導入展示課題背景，導入課題目標。課題背景蛋白質(zhì)是生命活動不可缺少的物質(zhì)。隨著人類基因組計劃的進展以及多種生物基因組測序工作的完成，人類跨入了后基因組和蛋白質(zhì)組時代。對蛋白質(zhì)的研究與應用，首先需要獲得純度較高的蛋白質(zhì)。因此，從復雜的細胞混合物中提取、分離高純度的蛋白質(zhì)是生物科學研究中經(jīng)常要做的工作。課題目標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.運用凝膠色譜法對血紅蛋白進行分離純化。閱讀、傾聽。情景導入本節(jié)目標。環(huán)節(jié)二：講授新課一、基礎知識（一）蛋白質(zhì)提取與分離的依據(jù)引導學生回憶蛋白質(zhì)的物理化學性質(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，再分別詳細講解。凝膠色譜法：根據(jù)相對分子質(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。多孔性，多糖類化合物，如葡聚糖、瓊脂糖。（2）原理：指導學生觀察教材圖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→大分子流動快、小分子流動慢→收集大分子→收集小分子原理：當相對分子質(zhì)量不同的蛋白質(zhì)通過凝膠時，相對分子質(zhì)量較小的蛋白質(zhì)容易進入凝膠內(nèi)部的通道，路程較長，移動速度較慢；相對分子質(zhì)量較大的蛋白質(zhì)無法進入凝膠內(nèi)部的通道，只能在凝膠外部移動，路程較短，移動速度較快。相對分子質(zhì)量不同的蛋白質(zhì)因此得以分離。2.緩沖溶液聯(lián)系血液緩沖對物質(zhì)相關知識，講解緩沖溶液的概念、作用、配制。(1)概念：在一定的范圍內(nèi)，能對抗外來少量強酸、強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。由弱酸和相應的強堿弱酸鹽溶解于水中。如H2CO3/NaHCO3，NaH2PO4/Na2HPO4等。(4)本實驗使用的是磷酸緩沖液(NaH2PO4/Na2HPO4),目的是利用緩沖液模擬細胞內(nèi)的pH環(huán)境，保證血紅蛋白的正常結構和功能，便于觀察（紅色）和科學研究（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)的分離與提純技術是蛋白質(zhì)研究的重要技術，下列有關敘述不正確的()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、實驗操作概述實驗操作的基本步驟：樣品處理、粗分離、純化、純度鑒定。（一）樣品處理結合課件相關圖解講解樣品處理基本步驟。（1）紅細胞的洗滌：①目的：去除雜蛋白。②為防止血液凝固，應先加入檸檬酸鈉。③所用洗滌液：是五倍體積的生理鹽水（質(zhì)量分數(shù)為0.9%的NaCl溶液）。④緩慢攪拌，采用低速短時間離心。⑤洗滌干凈的標準是上清液沒有黃色。（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出，而將大分子物質(zhì)保留在袋內(nèi)。（二）凝膠色譜操作指導學生閱讀教材相關圖解，講解凝膠色譜操作步驟。1.凝膠色譜柱的制作指導學生觀察教材圖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：實驗所用凝膠是交聯(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，用試管收集流出液，每5mL收集一管，連續(xù)收集?！镜湫屠}】以下關于豬血紅蛋白提純的描述，不正確的是（）A．洗滌紅細胞時，使用生理鹽水可防止紅細胞破裂B．豬成熟紅細胞中缺少細胞器和細胞核，提純時雜蛋白較少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慢【答案】D【方法點撥】1.血紅蛋白是有色蛋白，因此在凝膠色譜分離時可以通過觀察顏色來判斷什么時候應該收集洗脫液。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、操作提示提醒學生關注幾個方面的操作提示。1.紅細胞的洗滌：洗滌次數(shù)不能過少；低速、短時離心。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.凝膠的預處理：沸水浴法時間短，還能除去微生物和氣泡。4.色譜柱成功標志：紅色區(qū)帶均勻一致地移動。四、結果分析與評價講解幾個方面的結果分析與評價。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?、思考、回答。觀察、傾聽、思考?；貞洝⑺伎?、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。運用凝膠色譜法對血紅蛋白進行分離純化。環(huán)節(jié)三：課堂小結共同回顧本節(jié)要點：呼應、回答。突出本節(jié)重點。環(huán)節(jié)四：課堂練習下列關于DNA粗提取實驗和血紅蛋白的提取實驗,敘述正確的是()A.前者選擇雞血細胞作為實驗材料較好,后者選擇哺乳動物成熟的紅細胞作為實驗材料較好B.樣品預處理時,前者靜置1天處理除去上清液;后者需要加入清水,反復低速短時間離心洗滌,至上清液無黃色C.在DNA粗提取實驗中,往2mol/L氯化鈉溶