蛋白质分离与纯化教学设计.pdf

蛋白质分离与纯化教学设计 一、教学背景分析【教材分析】“蛋白质的分离与纯化”实验是高中生物选修 1 生物技术实践 5.3 血 红蛋白的提取与分离中的内容。本节课的主要内容包括蛋白质的提取、分离纯化 等基本知识，主要要求学生掌握凝胶电泳的实验原理以及操作方法。“血红蛋白 分离与纯化”实验不仅是学习血红蛋白的提取、分离纯化方法，而且也是进一步 掌握蛋白质的组成、结构和功能的基础。【学情分析】到目前为止，学生已经学习了蛋白质的相关知识，对蛋白质有了一定的了解，“蛋白质的分离与纯化”实验目的是使学生体验从复杂细胞混合物体系中提取和 纯化生物大分子的基本原理、过程和方法，虽然操作难度较大，但原理清晰，动 手机会较多，学习兴趣很高。学生有必修“生命活动的主要承担者蛋白质”的基础，在一定程度上掌握了蛋白质的组成、结构和功能等基础知识，学生在进 行实验前还是能大概了解影响蛋白质分离纯化的因素的，再者经过老师的指导，实验能取得良好的结果的。二、教学目标【知识目标】1.了解从血液中提取蛋白质的原理与方法。2.说出凝胶电泳的基本原理与方法。【能力目标】运用凝胶电泳对蛋白质进行分离纯化。【情感态度与价值观目标】1.培养学生科学实验的观点。2.初步形成科学的思维方式，发展科学素养和人文精神 三、教学重难点【教学重点】从血液中提取蛋白质；凝胶电泳分离纯化蛋白质。【教学难点】样品预处理，色谱柱的装柱，纯化分离操作。四、实验实施准备【教师准备】1.分组。学生按学科能力的强中弱平均分组，各组尽量平衡，各组自行分工,并由实验员统一安排实验过程。2.实验材料：血液 仪器：试管、胶头滴管、烧杯、玻璃棒、离心机、研磨器、透析袋、电泳 仪等。试剂：20mmol/L 磷酸缓冲液（pH 为 8.6）、蒸馏水、聚丙烯酸铵、生理盐 水、5%醋酸水溶液等。【学生准备】1.预习实验“蛋白质分离纯化”，了解蛋白质的相关信息。2.进行分组。五、教学方法【教法】分析评价法、任务驱动法、直观演示法【学法】自主学习法、合作交流法 六、教学媒体 黑板、多媒体 七、课时安排 两个课时（80min）一个课时用来讲述理论部分知识：样品处理与色谱柱分离纯化蛋白质的原理与方 法;另一课时用来进行实验。八、教学过程 教学 环节 教师行为 学生活动 教学意图 课前 1.布置学习目标与预习提纲，要求学生完成预习 1.学生进行 让学生了解 准备 任务。2.准备实验用具、材料、试剂等。预习并思考 实验内容，熟悉实验流 程。教学 过程 一、导入 由蛋白质是生命活动的基本承担者引出本 实验对蛋白质分离纯化的重要性。引起学生的 注意与兴 趣。为后面 实验的顺利 进行铺垫。样品 处理 与提 取 1.讲述怎样处理血液和从血液中提取血红蛋白；2.动物血液的收集与处理 3.提取 组织细胞的破碎一释放蛋白质一抽提蛋白质 离心出去固体杂质一蛋白质粗制品 认真听老师 讲述注意事 项；自己动手进 行样品处理 与分离。培养学生的 动手能力 蛋白 质分 离纯 化 一.分离纯化 1原理：蛋白质之间以及蛋白质与其他物质之间 在分子大小、溶解度、所带电荷的多少、吸附性 质等方面存在差异。2 力法 透析法：利用蛋白质分子不能透过半透膜的特性 使蛋白质与其他小分子化合物分离开来。电泳法 a含义：带电颗粒在电场作用下向着与其电性 相反的电极移动的现象；b.原理：不同物质在同一电场中的泳动速度不 同；C.泳动特点：带电颗粒直径越小，越接近于球 形，所带净电荷越多，则在电场中的泳动速度越 快；反之，贝 U 越慢。倾听，了解 电泳的实验 原理和操作 方法 使学生初步 知道凝胶电 泳的操作方 法，让学生 在接下来的 实验中能更 好的进行。操作流程 凝胶试剂的准制胶 A 样 实施电泳 观察电泳结果 二、老师实验演示 给学生演示操作方法，在演示的过程中同时 要做的工作：1.介绍实验所用到的仪器和试剂，明确用法和用 量；2.提醒学生应注意的事项 观看老师的 演示，纪录老 师强调的注 意事项。各组根据老 师提供的实 验方法展开 实验。通过演示，使 学生掌握具 体的操作过 程，以及要注 意的事项。使学生主动 参与学习，体 验过程；相互 学习，取长补 短。总结 通过本次实验教师所发现的问题。1.让学生以小组为单位交流并讨论实验过程中出 现的问题与决定实验成败的因素。2教师总结：实验结果分析 布置课堂作业 学生讨论交 流并思考影 响实验结果 的因素；元成教师布 置的作业。让学生进一 步掌握蛋白 质的基本结 构与功能；分离纯化的 方法 及时复习。九、教学设计反思 本实验重在让学生了解生物科学在蛋白质领域的进展，说明分离、纯化高纯 度的蛋白质的重要性和必要性，并学习一些蛋白质分离和纯化的基本技术。可以 发挥学生的主动性，让学生介绍当前有关蛋白质研究的新进展，激发学生的学习 兴趣，让学生初步体会分离纯化蛋白质的过程和方法。本节课的教学主要是教师讲授知识并演示实验操作过程，让学生更形象的了 解蛋白质分离纯化实验的要点 当然通过这节课的教学，我也收获了不少，让我对今后的实验课的教学有了 更深刻的认识，更明确了上好一节科学课的基本模式，同时我也在思考一个问题：怎样在实验室上好科学课？我想这将是我们所有科学老师今后都要思考的问题，值得探究。只有把这些问题解决了，才能在以后的教学中更上一层楼。十、本实验近十年参考文献 1 蛋白质纯化与鉴定实验指南 J 生物技术通讯，2004，(2)2 张轶华，杨更亮，张小乐，赵菊敏，蔡丽萍，陈义 阴离子交换整体柱对蛋白质的分离 与纯化J.色谱，2005,(3).3 卜春苗，朱金霞,龚波林强阳离子交换树脂在蛋白质分离纯化中的应用 J 宁夏工程技 术,2006,(1)4 刘兴华,赵浩如 天然糖蛋白的提取、分离与纯化 J.药学进展,2006,(12)5 朱正威,孙万儒,赵占良选修一生物技术实践北京：人民教育出版社,2007,7:64-70 6 王镜岩,朱圣庚,徐长法生物化学北京：高等教育出版社,2005,4:298-312 十一、近十年相关考题(2008 山东)34(8 分)科学家发现家蝇体内存在一种抗菌活性蛋白。这种蛋白 质具有极强的抗菌能力,受到研究者重视。(1)分离该抗菌蛋白可用电泳法,其 原理是根据蛋白质分子的 _、大小及形状不同,在电场中的 _ 不同而实现分离。答案：所带电荷的性质,迁移速度【解析】(1)电泳法是常用的蛋白质的分离技术。电泳是指带电粒子在电场的作用下发生迁 移的过程。因为多肽具有可解离的基团,在一定的 pH 下基团会带上电荷。因此,在电场的 作用下会向与所带电荷相反的电极移动。因为待分离样品种各种分子的所带电荷的性质以及 本身分子大小不同,使得带电分子产生不同的迁移速度,从而达到分离的目的。(2009 江苏)23下列关于 DNA 和蛋白质提取与分离实验的叙述,正确的有()A 提取细胞中的 DNA 和蛋白质都需用蒸馏水胀破细胞 B 用不同浓度 NaCl 溶液反复溶解与析出 DNA 可去除蛋白质 C 蛋白质提取和分离过程中进行透析可去除溶液中的 DNA D蛋白质和 DNA 都可以用电泳的方法进行分离纯化 答案 BD【解析】A 选项，在提取 DNA 时，如果是用动物的细胞需要用蒸馏水涨破，如果用植物细 胞则不需要，而是用洗涤剂溶解细胞膜；B 中，用 2 molL 的 NaCl 溶液溶解 DNA，然后 过滤出蛋白质，再降低 NaCI 溶液的浓度，析出 DNA。DNA 和蛋白质样品都是带负电荷的，从负极向正极移动，移动的距离都和样品的分子量有关。C 中透析用以出去小分子物质，DNA 是大分子物质。D 是常规方法，比如用十二烷基磺酸钠，可以根据其分子大小及所带 电荷性质进行分离纯化。（2009 江苏）30回答下列与细胞有关的实验问题。（1）下列 4 项实验中，需保持细胞生理活性的有 _（填序号）。观察叶绿体和原生质的流动 观察洋葱鳞片叶内表皮细胞中 DNA 的分布 探究酵母菌的呼吸方式 红细胞中血红蛋白的提取和分离【答案】【解析】本题考查几个大纲实验的相关知识。观察叶绿体和原生质的流动，探究酵母 菌的呼吸方式，都需保持生理活性；提取红细胞中的血红蛋白需要破坏细胞结构，观察 细胞内的 DNA 分布需要杀死后染色，均会导致细胞活性丧失。（2011 广东）5以下关于猪血红蛋白提纯的描述，不正确的是（）A 洗涤红细胞时，使用生理盐水可防止红细胞破裂 B.猪成熟红细胞中缺少细胞器和细胞核，提纯时杂蛋白较少 C 血红蛋白的颜色可用于凝胶色谱法分离过程的监测 D 在凝胶色谱法分离过程中，血红蛋白比相对分子量较小的杂蛋白移动慢 答案 D【解析】生理盐水和红细胞内的溶液为等渗溶液；各种细胞器和细胞核中都含有蛋 白质，所以不含有细胞器和细胞核的红细胞内，蛋白质种类较少，提纯时杂蛋白较少；血红 蛋白有颜色，所以在凝胶色谱法分离过程中易分辨，可用于监测；凝胶色谱法分离蛋白质，相对分子质量较小的易进入凝胶内部，移动速度比较慢，故血红蛋白比相对分子质量较小的 杂蛋白移动快。2011 山东 34.研究发现柚皮精油和乳酸菌素（小分子蛋白质）均有抑菌作用，两 者的提取及应用如图所示 -糊状液体 -柚皮精油 抑菌试验 乳酸菌 A -培养裁 -乳酸苗素（1）柚皮易焦糊，宜采用 _ 提取柚皮精油，该过程得到的糊状液体可 通过 _ 除去其中的固体杂质。（2）_ 筛选乳酸菌 A 时可选用平板划线法或 接种。对新配制的培养基灭菌时 所用的设备是 _。实验前需对超净工作台进行 _ 理。（3）_ 培养基中的尿素可为乳酸菌 A生长提供 _。电泳法纯化乳酸菌素时，若分离带电荷相同的蛋白质，则其分子量越大，电泳速度 _。（4）抑菌实验时，在长满致病菌的平板上，会出现以抑菌物质为中心的透明圈。可通过测定透明圈的 _ 比较柚皮精油和乳酸菌素的抑菌效果。答案：（1）压榨 过滤（2）稀释涂布平板法 高压蒸汽灭菌锅 紫外线消毒（3）碳源和氮源 越慢（4）大小【解析】（1）植物芳香油的提取方法有蒸馏、压榨和萃取等。具体采用哪种方法要根据植物 原料的特点来决定。柚皮易焦糊，宜采用压榨法提取柚皮精油。压榨过程中得到的糊状液体 需用过滤法除去其中固定杂质。（2）筛选、纯化培养某一特定微生物时，常用平板划线法或 稀释涂布平板法。为防止杂菌的污染，需对器具培养基等进行消毒灭菌处理，培养基宜采用 高压蒸汽灭菌锅进行高温灭菌处理，而超净工作台常使用紫外线或化学药物进行消毒处理。（3）微生物培养过程中为微生物的生长提供氮源的有尿素、蛋白胨等含氮丰富的 物质。电 泳法纯化特定生物成分，是利用了待分离样品中各种分子带电性质的差异以及分子本身的大 小、形状的不同，这些不同使带电分子产生不同的迁移速度，从而实现样品中不同分子的分 离。当待分离分子所带电荷相同时，分子量越大，电泳速度越慢。（4）抑菌实验时，在长满 致病菌的平板上，会出现以抑菌物质为中心的透明圈，透明圈越大，抑菌效果越好。（2010?海南）13某同学分离纯化了甲、乙两种噬菌体的蛋白质和 DNA 重新 组合为“杂合”噬菌体，然后分别感染大肠杆菌，并对子代噬菌体的表现型作出 预测，见表。其中预测正确的是 实验预期结果“朶合”噬菌库關组咸 预期结果序号 子代表现型 甲的 DNA+Zj的蛋白质 1 与甲种一致 2 与乙种一敌 乙的 DNA+甲的蛋白质 3 与甲种一致 4 与乙种一致 A.1,4 B.1,3 C.2,3 D.2,4【命题立意】本题通过表格的形式呈现了某同学重新组合的“杂合”噬菌体以及用该噬菌体 侵染大肠杆菌后对于后代大肠杆菌的表现型的预测，要求学生能够根据 DNA 是遗传物质来推 测正确的预测结果。【思路点拨】因为DNA 是遗传物质，所以判断子代噬菌体的表现型应该分析亲本“杂合”噬 菌体的 DNA来自哪种 DNA【规范解答】选 Bo DNA 和蛋白质这两种物质中 DNA 是噬菌体的遗传物质。所以组成成分为 甲的 DNA 和乙的蛋白质的“杂合”噬菌体感染大肠杆菌后得到的子代噬菌体的表现型与甲 种一致；组成成分为乙的 DNA 和甲的蛋白质的“杂合”噬菌体感染大肠杆菌后得到的子代噬 菌体的表现型与乙种一致。附 蛋白质分离纯化的实验设计 一、实验目的 1.从鸡血中分离纯化出蛋白质。2.掌握盐析沉淀法分离纯化蛋白质的原理与方法 二、实验原理 盐析沉淀法分离纯化蛋白质：利用不同蛋白质在不同的盐浓度条件下溶解度 不同的特性，通过在溶液中添加一定浓度的中性盐，使蛋白质从溶液中析出沉淀,从而使蛋白质分离出来。三、实验材料 新鲜鸡血液、硫酸铵溶液、生理盐水、蒸馏水、柠檬酸钠溶液、离心机、烧杯等。四、方法步骤(1)收集并清洗鸡血 用盛有柠檬酸钠溶液的烧杯装新鲜的鸡血(防止鸡血凝固)，然后将鸡血用 生理盐水稀释，充分搅拌后转移到离心管中，进行离心分离。(2)破碎鸡血细胞 小心倒掉上清，下层细胞加入蒸馏水，剧烈震荡 10min,离心(V=5000rpm)10min。取上清溶液，用多层纱布过滤。(3)盐析分离血红蛋白 取上步滤液，在滤液中加入硫酸铵溶液，边加边搅拌，直到有沉淀析出，然 后停止加入硫酸铵溶液，得到的沉淀就是蛋白质。为得到纯度更高的蛋白质，可进行多次盐析沉淀。(4)表达与交流 各小组根据自己的实验结果向全班同学讲述自己在实验过程中遇到的问题 与对该实验改进的看法。