《血紅蛋白的提取和分離》教學(xué)設(shè)計(jì)

《血紅蛋白的提取和分離》教學(xué)設(shè)計(jì)《血紅蛋白的提取和分離》教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)（一）知識(shí)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(guò)程與方法體驗(yàn)血紅蛋白提取和分離的實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)格要求，注意按照操作提示進(jìn)行相關(guān)步驟（三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀(guān)初步形成科學(xué)的思維方式，發(fā)展科學(xué)素養(yǎng)和人文精神教學(xué)重難點(diǎn)課題重點(diǎn)凝膠色譜法的原理和方法課題難點(diǎn)樣品的預(yù)處理；色譜柱填料的處理和色譜柱的裝填教學(xué)工具多媒體教學(xué)過(guò)程（一）引入新課蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者，是細(xì)胞內(nèi)含量最高的有機(jī)化和物。對(duì)蛋白質(zhì)的研究有助于人們對(duì)生命過(guò)程的認(rèn)識(shí)和理解。所以需要從細(xì)胞中提取蛋白質(zhì)進(jìn)行研究。怎樣提取蛋白質(zhì)呢？（二）進(jìn)行新課1．基礎(chǔ)知識(shí)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(wàn)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(guò)多孔凝膠顆粒的間隙，路程短，流動(dòng)快；分子量小的分子穿過(guò)多孔凝膠顆粒內(nèi)部，路程長(zhǎng)，流動(dòng)慢。2）凝膠材料：多孔性，多糖類(lèi)化合物，如葡聚糖、瓊脂糖。1/6《血紅蛋白的提取和分離》教學(xué)設(shè)計(jì)3）分離過(guò)程：（圖5－13b）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＊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(dòng)。1．2緩沖溶液1）原理：由弱酸和相應(yīng)的強(qiáng)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(duì)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(chǎng)中受到的作用力大小、方向、阻力不同，導(dǎo)致不同蛋白質(zhì)在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速度不同。［思考］閱讀教材后，填寫(xiě)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(guò)程：在一定pH下，使蛋白質(zhì)基團(tuán)帶上正電或負(fù)電；加入帶負(fù)電荷多的SDS，形成“蛋白質(zhì)－SDS復(fù)合物”，使蛋白質(zhì)遷移速率僅取決于分子大小。2．實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(lèi)的蛋白質(zhì)的提取和分離都是這樣的？為什么？不是。因?yàn)榈鞍踪|(zhì)的來(lái)源和性質(zhì)不同，分離方法差別很大。2.2選擇實(shí)驗(yàn)材料2/6《血紅蛋白的提取和分離》教學(xué)設(shè)計(jì)1）你認(rèn)為鳥(niǎo)類(lèi)血液和哺乳動(dòng)物血液中，最好哪種血液來(lái)提取血紅蛋白？為什么？哺乳動(dòng)物血液。因?yàn)樵摷?xì)胞中沒(méi)有細(xì)胞核，血紅蛋白含量高。2）請(qǐng)閱讀教材，認(rèn)識(shí)哺乳動(dòng)物血液組成及血紅蛋白性質(zhì)。并思考回答下列問(wèn)題：血液由 和 兩部分組成。血細(xì)胞中 細(xì)胞數(shù)量最多，細(xì)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(gè)亞基中都含有一個(gè)能與 O2和CO2結(jié)合的基團(tuán)。2.3從紅細(xì)胞中分離出血紅蛋白的過(guò)程為：洗滌紅細(xì)胞、釋放血紅蛋白、分離血紅蛋白、透析。洗滌紅細(xì)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(xì)胞的洗滌過(guò)程為血液＋檸檬酸鈉→低速短時(shí)離心→吸出上層血漿→紅細(xì)胞＋ 5倍體積生理鹽水 →緩慢攪拌10min→低速短時(shí)離心→吸出上清液→反復(fù)洗滌直至上清液無(wú)黃色思考：加入檸檬酸鈉有何目的？為什么要低速、短時(shí)離心？為什么要緩慢攪拌？防止血液凝固；防止白細(xì)胞沉淀；防止紅細(xì)胞破裂釋放出血紅蛋白。思考：你有什么方法將紅細(xì)胞中的血紅蛋白釋放出來(lái)？加入蒸餾水，用玻璃棒快速攪拌一段時(shí)間。補(bǔ)充：加入蒸餾水后紅細(xì)胞液體積與原血液體積要相同。 加入甲苯的目的是溶解細(xì)胞膜， 有利于血紅蛋白的釋放和分離。 此時(shí)，紅細(xì)胞破碎混合液中不僅含有血紅蛋白， 而且還含有細(xì)胞破碎物、脂質(zhì)、甲苯有機(jī)溶劑等。 怎樣除去這些雜質(zhì)呢？由于它們的密度不同， 科學(xué)家采取了離心分離的方法：紅細(xì)胞破碎混合液→中速長(zhǎng)時(shí)離心 （2000c/min×10min）→濾紙過(guò)濾除去脂質(zhì)→分液漏斗分離出血紅蛋白2.4如何除無(wú)機(jī)鹽離子和小分子有機(jī)物質(zhì)呢？。透析。半透膜的選擇透過(guò)性，大分子物質(zhì)不能通過(guò)半透膜，離子和小分子能夠通過(guò)半透膜。在透析過(guò)程中，血紅蛋白溶液中的離子和小分子不斷通過(guò)半透膜擴(kuò)散進(jìn)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(yuǎn)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(kuò)散?？偨Y(jié)：通過(guò)以上四個(gè)基本過(guò)程， 紅細(xì)胞中的血紅蛋白就被提取出來(lái)。 但其中還含有其他種類(lèi)3/6《血紅蛋白的提取和分離》教學(xué)設(shè)計(jì)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(kāi)來(lái)呢？我們來(lái)研究蛋白質(zhì)提取和分離的第二個(gè)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(shuō)出制作色譜柱需要的材料。橡皮塞2個(gè)、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(guò)程：準(zhǔn)備材料→加工橡皮塞→安裝色譜柱下面進(jìn)行第二步――凝膠色譜柱的裝填。請(qǐng)閱讀教材：色譜柱的裝填過(guò)程。樣品加入和洗脫。其基本過(guò)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(gè)操作過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)注意以下事項(xiàng)：1）紅細(xì)胞的洗滌：洗滌次數(shù)不能過(guò)少；低速、短時(shí)離心。2）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3）色譜柱的裝填：裝填盡量緊密，降低顆粒間隙；無(wú)氣泡；洗脫液不能斷流。4）色譜柱成功標(biāo)志：紅色區(qū)帶均勻一致地移動(dòng)。課后小結(jié)本課題重在讓學(xué)生了解生物科學(xué)在蛋白質(zhì)領(lǐng)域的進(jìn)展， 說(shuō)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(xué)設(shè)計(jì)要性和必要性，并學(xué)習(xí)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(xué)生的主動(dòng)性， 讓學(xué)生介紹當(dāng)前有關(guān)蛋白質(zhì)研究的新進(jìn)展， 激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，然后指出本課題的學(xué)習(xí)意義，讓薛生初步體會(huì)分離純化蛋白質(zhì)的過(guò)程和方法課后習(xí)題1. 凝膠色譜法分離蛋白質(zhì)的依據(jù)是（ ）對(duì)其他分子的親和力溶解度所帶電荷多少相對(duì)分子質(zhì)量的大小2. 凝膠色譜法中所用的凝膠化學(xué)本質(zhì)大多是（ ）糖類(lèi)化合物脂質(zhì)蛋白質(zhì)核酸3. 選用紅細(xì)胞作為分離蛋白質(zhì)的實(shí)驗(yàn)材料，有何好處（ ）血紅蛋白是有色蛋白紅細(xì)胞無(wú)細(xì)胞核紅細(xì)胞蛋白質(zhì)含量高D.紅細(xì)胞DNA含量高4. 將攪拌好的混合液離心來(lái)分離血紅蛋白溶液時(shí)，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（ ）