41 生物成分的分离与测定技术教案苏教版选修1.docx
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41生物成分的分离与测定技术教案苏教版选修1
4.1生物成分的分离与测定技术教案（苏教版选修1）
●课标要求
1．结合离心沉降法和薄膜透析法分离蛋白质的知识掌握其方法原理和方法要领。
2．结合蒸馏、电泳等相关知识掌握其原理和操作流程。
3．结合提取橘皮中芳香油的知识掌握利用蒸馏法提取橘皮中的芳香油。
●课标解读
1．掌握分离与测定生物成分中蛋白质的技术。
2．掌握采用醋酸纤维薄膜电泳的方法分离并纯化蛋白质。
3．掌握采用水蒸气蒸馏法和脂溶性有机溶剂提取法提取脂肪成分。
●教学地位
本节内容系统介绍了离心沉降法和薄膜透析法分离蛋白质、蒸馏、血清蛋白醋酸纤维薄膜电泳、提取橘皮中的芳香油等知识，是本章的核心内容之一，是高考中的常考内容。
●教法指导
1．可利用多媒体动画展示离心沉降法和薄膜透析法分离蛋白质的过程。
2．可充分创造实验条件让学生提取橘皮中的芳香油。
●新课导入建议
可通过展示相关图片，创设问题情景导入本课。
●教学流程设计
学生课前预习：
阅读教材P64－72，填写【课前自主导学】，完成“思考交流1、2”。
⇒步骤1：
情景导课：
以【新课导入建议】引出本章和本节课题。
⇒步骤2：
根据创设的情景，通过【课堂互动探究】探究1分析、理解蛋白质分子在凝胶中的运动情况。
通过例1巩固、提高。
⇒步骤3：
结合凝胶色谱的原理过渡至醋酸纤维薄膜电泳的教学。
⇓
步骤7：
回扣基础知识，将检查、批阅【课前自主导学】时学生出错较多的部分进行强化，重点对【正误判断】部分进行辨析。
⇐步骤6：
通过【课堂互动探究】探究3帮助学生认识植物芳香油提取的三种提取方法，利用例3验收、巩固。
⇐步骤5：
结合芳香油的理化性质过渡至植物芳香油的提取的教学。
⇐步骤4：
通过【课堂互动探究】探究2帮助学生认识醋酸纤维薄膜电泳。
利用例2验收、巩固。
⇓
步骤8：
引导学生通过合作，整理本课题的重点、难点内容，利用【本课知识小结】进行总结，建立知识网络。
理解并记忆【结论语句】。
⇒步骤9：
通过【当堂双基达标】进行当堂检测验收。
课 标 解 读
重 点 难 点
1.掌握分离与测定生物成分中蛋白质的技术。
2.掌握采用醋酸纤维薄膜电泳的方法分离并纯化蛋白质。
3.掌握采用水蒸气蒸馏法和脂溶性有机溶剂提取法提取脂肪成分。
1.离心沉降法和薄膜透析法分离蛋白质。
（重难点）
2.凝胶色谱法分离蛋白质。
（重点）
3.利用蒸馏法提取橘皮中的芳香油。
（重难点）
离心沉降法和薄膜透析法分离蛋白质
1.细胞中蛋白质的释放
在提取蛋白质时，可以采用研磨与超声波结合的方法将生物组织或细胞完全破碎，使蛋白质从细胞中释放出来，并使其溶解在适当的抽提液中。
2．抽提液的选择
要根据蛋白质的特性而定，一般酸性蛋白质用偏碱性溶液抽提，碱性蛋白质用偏酸性溶液抽提，脂蛋白等则可用有机溶剂抽提。
3．离心沉降法分离蛋白质
通过控制离心速度，使分子大小、密度不同的蛋白质发生沉降分层，从而达到分离出不同种类蛋白质的目的。
4．薄膜透析法分离蛋白质
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的纯化蛋白质的方法。
凝胶色谱法分离蛋白质
1.凝胶色谱法的概念
是根据蛋白质分子的大小，对其进行有效分离的方法。
2．凝胶
（1）组成：
由胶体溶液凝结而成的固体物质。
（2）成分：
由葡聚糖、琼脂糖等多糖类化合物。
（3）结构：
小球体内部具有很细微的多孔网状结构。
3．分离蛋白质的原理
①大分子蛋白质不能进入凝胶内部而沿凝胶颗粒间的空隙移动，洗脱路程较短，移动速度较快，最先流出柱外。
②小分子蛋白质可以进入凝胶颗粒内部的多孔网状结构，洗脱路程较长，移动速度缓慢，以致较长时间流出柱外。
蒸馏
1.蒸馏的概念
将液体加热至沸腾，使液体变为蒸气，然后使蒸气冷却再凝结为液体，这两个过程联合操作称为蒸馏。
2．蒸馏分离物质的原理
蒸馏可以将易挥发和不易挥发的物质分离开来，也可将液体混合物中沸点不同的物质分离开来。
血清蛋白醋酸纤维薄膜电泳
实验步骤
操作方法
平悬薄膜
将点样端平贴在电泳槽负极支架的“滤纸桥”上，有记号的一面朝上，另一端平贴于正极，呈绷直状态
实施电泳
盖上电泳槽盖，电泳60～90min
染色
取下薄膜，放入染色液中浸泡5～10min
漂洗
取出薄膜，在漂洗液中漂洗数次，直至蛋白质区底色脱净为止
脱色
用滤纸压平并吸干薄膜后，再浸入透明液中约5min，取出后平贴于玻璃板上，待完全干燥后便成透明膜图谱，可长期保存
提取橘皮中的芳香油
1.橘皮芳香油具有诱人的橘香味，其主要成分是柠檬烯。
2．水蒸气蒸馏法
（1）适用范围：
适用于能随水蒸气蒸馏而不被破坏的物质成分的提取。
（2）操作步骤
将橘皮切碎与适量的水放入蒸馏瓶―→点燃酒精灯，实施蒸馏―→用锥形瓶收集液体―→用分液漏斗分离芳香油
3．芳香油的提取方法
提取植物芳香油一般根据植物原料的特点确定具体的提取方法。
（1）对玫瑰油、薄荷油等是挥发性较强，能随水蒸气蒸发的植物芳香油通常利用蒸馏法提取。
（2）柠檬油、甜橙油易受机械压力作用而直接榨出，一般采用压榨法制得。
（3）如橘皮芳香油既可采用蒸馏法提取，也可采用压榨法制得。
（4）如制取茉莉浸膏还可采用萃取法制取。
1．离心沉降法和薄膜透析法分离蛋白质的原理是一样的。
（×）
【提示】 不一样，前者是离心沉降，后者是根据半透膜的透性。
2．凝胶色谱法是根据蛋白质分子的大小而对其进行有效分离的方法。
（√）
3．醋酸纤维薄膜电泳是采用滤纸为支持物的电泳方法。
（×）
【提示】 采用醋酸纤维薄膜为支持物。
4．振荡处理后，芳香油位于分液漏斗中液体的下部。
（×）
【提示】 上部。
蛋白质分子在凝胶中的运动情况分析
【问题导思】
①凝胶色谱法分离蛋白质的原理是什么？
②蛋白质分子的大小不同在凝胶中的运动情况有什么不同？
相对分子质量大
相对分子质量小
直径大小
大于凝胶颗粒空隙直径
小于凝胶颗粒空隙直径
运动方式
垂直向下运动
不规则的扩散运动
运动速度
较快
较慢
运动路程
较短
较长
洗脱次序
先从凝胶柱中洗脱出来
后从凝胶柱中洗脱出来
凝胶色谱的原理是相对分子质量小的蛋白质进入凝胶孔道，路程长，移动速度慢；而相对分子质量大的蛋白质在凝胶外部移动，路程短，移动快，这种现象又称分子筛效应。
用凝胶色谱法分离蛋白质的实验中，相对分子质量不同的两种蛋白质在凝胶中的行进过程，可表示为图中哪一个（ ）
【思维导图】
【精讲精析】 如题图所示，相对分子质量较大的蛋白质容易通过凝胶间隙，先被洗脱出来；相对分子质量较小的蛋白质容易进入凝胶内部，后被洗脱出来。
答案为B。
【答案】 B
1．（2013·安顺高二测试）凝胶色谱法分离蛋白质的原理依据是（ ）
A．根据蛋白质分子与凝胶的亲和力的大小
B．根据蛋白质相对分子质量的大小
C．根据蛋白所带电荷的多少
D．根据蛋白质溶解度的大小
【解析】 凝胶色谱法是根据蛋白质相对分子质量的大小分离蛋白质的一种方法。
【答案】 B
醋酸纤维薄膜电泳
【问题导思】
①醋酸纤维薄膜电泳的特点是什么？
②如何消除电荷对蛋白质迁移速度的影响？
1．原理
带电粒子在电场中向与其带电性相反的电极泳动的现象称为电泳。
2.过程
配制试剂→架滤纸桥→浸泡薄膜→细心点样→平悬薄膜→实施电泳→染色→漂洗→脱色。
3．特点
（1）电泳后区带界限清晰。
（2）通电时间较短（60～90min）。
（3）醋酸纤维薄膜对各种蛋白质都几乎完全不吸附，因此无拖尾现象。
（4）醋酸纤维薄膜对染料也没有吸附，因此不结合的染料能完全洗掉，无样品处几乎完全无色。
血清蛋白醋酸纤维薄膜电泳中的注意事项
1．保持醋酸纤维薄膜的清洁，避免用手直接接触薄膜。
2．点样量要适量，2次左右即可，盖玻片的边缘应避免出现明显液滴。
点样要尽量在一条直线上。
3．电泳时间不低于1h。
4．点样处不要搭在滤纸上，以免血清渗入滤纸。
5．醋酸纤维薄膜应绷直，避免电泳槽隔离板的干扰。
6．不可同时接触正负极，防止触电。
（2013·南京高二测试）下图是人血清蛋白在以醋酸纤维薄膜为支持物，pH为8.6的巴比妥缓冲液电泳分离结果示意图，由此图不能得出的结论是（ ）
A．在pH为8.6的巴比妥缓冲液中γ、β、α2、α1和清蛋白都带负电荷
B．在pH为8.6的巴比妥缓冲液中电泳时，γ、β、α2、α1和清蛋白迁移速率不同
C．β球蛋白的相对分子质量一定比α球蛋白的相对分子质量大
D．在pH为8.6的巴比妥缓冲液中γ球蛋白迁移速率最慢，清蛋白迁移速率最快
【审题导析】 电泳利用了分离样品中各种分子带电性质不同以及分子本身的大小、形状不同，使带电分子产生不同的迁移速率，从而实现样品中各种分子的分离。
【精讲精析】 带电粒子在电场中迁移的速率是带电粒子带电性质、带电量、粒子大小、粒子形状共同作用的结果。
【答案】 C
2．下列带电颗粒泳动速度最快的是（ ）
A．直径大、球形、净电荷多
B．直径小、球形、净电荷多
C．直径大、方形、净电荷少
D．直径小、方形、净电荷多
【解析】 一般来说，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，则越慢。
【答案】 B
植物芳香油的提取
【问题导思】
①植物芳香油的提取方法主要有哪几种？
②每种提取方法的原理、适用范围有什么不同？
比较方法
优点
局限性
实验原理
适用范围
压榨法
生产成本低，易保持原料原来的结构和功能
分离较为困难，出油率相对较低
通过机械加压，压榨出果皮中的芳香油
适用于柑橘、柠檬等易焦糊原料的提取
萃取法
产出率高，易分离
使用有机溶剂处理不当会影响提取物的质量
使芳香油溶解在有机溶剂中，蒸发溶剂后就可获得芳香油
适用范围广，要求原料的颗粒要尽可能细小，能充分浸泡在有机溶剂中
1．水蒸气蒸馏法有水中蒸馏、水上蒸馏和水气蒸馏三种方法，应根据不同的提取原料选择不同的蒸馏方法。
2．压榨法必须在常温条件下进行，否则会影响产物产量和质量。
3．萃取法就是根据相似相溶原理，根据不同物质的不同沸点来蒸发或分液。
（2013·仙桃高二测试）在植物有效成分的提取过程中，常用萃取法、蒸馏法和压榨法，下列关于这三种方法叙述错误的是（ ）
A．蒸馏法的实验原理是利用水将芳香油溶解，然后把水蒸发掉，剩余部分即芳香油
B．压榨法的实验原理是通过机械加压，压榨出原料中的芳香油
C．萃取法的实验原理是使芳香油溶解在有机溶剂中，蒸发掉有机溶剂后就可以获得芳香油
D．蒸馏法适用于提取玫瑰油、薄荷油等挥发性强的芳香油
【思维导图】
植物有效成分
的提取方法―→关键是明确提
取方法的原理－
【精讲精析】 蒸馏法是利用水蒸气将挥发性较强的芳香油携带出来，适用于提取玫瑰油、薄荷油等挥发性强的芳香油。
压榨法通过机械加压，压榨出果皮中的芳香油，适用于柑橘、柠檬等易焦糊原料的提取。
萃取法使芳香油溶解在有机溶剂中，蒸发掉溶剂后就可获得芳香油，适用范围比较广。
【答案】 A
3．在蒸馏过程中，要提高产品质量，应该采取的措施是
（ ）
A．提高蒸馏温度，延长蒸馏时间
B．提高蒸馏温度，缩短蒸馏时间
C．降低蒸馏温度，缩短蒸馏时间
D．严控蒸馏温度，延长蒸馏时间
【解析】 用蒸馏法分离植物有效成分时，温度会影响其性质，如果温度过高则破坏其结构，温度过低则分离不出其有效成分。
如果在一定温度范围内延长蒸馏时间，就可以得到较多的植物有效成分。
【答案】 D
本课知识小结
网络构建
结论语句
1．分离与测定生物成分中蛋白质的技术包括离心沉降法、薄膜透析法和凝胶色谱法等。
2．离心沉降法是通过控制离心速度，使分子大小、密度不同的蛋白质发生沉降分层，从而达到分离出不同种类蛋白质的目的。
3．薄膜透析法是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。
4．凝胶色谱法是根据蛋白质分子的大小对其进行有效分离的方法。
1．（2013·泰州高二测试）细胞破碎后，各种蛋白质就会释放出来，再根据蛋白质的不同特性进行抽提。
下列关于蛋白质抽提的措施中，不正确的是（ ）
A．酸性蛋白质可用稀碱性溶液抽提
B．水溶性蛋白质可用透析液（中性缓冲液）抽提
C．脂溶性蛋白质可用有机溶剂抽提
D．碱性蛋白质可用强酸性溶液抽提
【解析】 抽提蛋白质的基本原理是根据蛋白质的物理性质，加入不同的试剂后，使蛋白质溶于试剂中而抽提蛋白质。
强酸、强碱都会使蛋白质变性而沉淀。
【答案】 D
2．（2013·信阳高二检测）离心沉降法是纯化蛋白质的方法之一，在这一过程中蛋白质会分层，这一现象与蛋白质的何种性质有关（ ）
A．酸碱性 B．所带电荷多少
C．分子大小和密度D．种类
【解析】 根据蛋白质之间或蛋白质与其他分子之间在分子大小和密度上的不同，采用离心沉降法，使其分层而分离；酸碱性不同可用盐析法；所带电荷多少不同可采用电泳法等。
【答案】 C
3．（2013·新乡高二期末）仔细观察下图，所带负电荷最少的球蛋白是（ ）
血清蛋白醋酸纤维薄膜电泳图谱示意图
A．α1球蛋白B．α2球蛋白
C．β球蛋白D．γ球蛋白
【解析】 对于几种球蛋白来说直径相差不大，泳动速度的差异主要来自于所带电荷多少，由图可知球蛋白由右向左泳动，因右侧为负极，且γ球蛋白距点样处最近，所以γ球蛋白所带负电荷最少。
【答案】 D
4．有关透析的叙述，错误的是（ ）
A．用于透析的薄膜要具有选择透过性
B．透析膜是一种半透膜
C．透析能使小分子自由出入，而将大分子保留在袋内
D．透析可用于更换样品的缓冲液
【解析】 透析膜能使小分子自由出入，大分子不能通过，具有半透性，但不具有选择性；生物膜上因有特异性载体而具有选择透过性。
透析过程中小分子可自由出入，因此，可用于更换样品的缓冲液。
B、C、D项都正确，A项错。
【答案】 A
5．蛋白质的分离与纯化技术是蛋白质研究的重要技术。
下列有关叙述不正确的是（ ）
A．根据蛋白质分子不能透过半透膜的特征，可将样品中各种不同的蛋白质分离
B．根据蛋白质所带电荷性质的差异及分子大小等，可通过电泳分离蛋白质
C．根据蛋白质相对分子质量的大小，可通过凝胶色谱法分离蛋白质
D．根据蛋白质的分子大小、密度不同，可通过离心沉降法分离蛋白质
【解析】 蛋白质分子不能透过半透膜，据此可利用半透膜除去样品中相对分子质量小的杂质，但不能用于各种蛋白质的分离。
【答案】 A
6．（2012·徐州高二测试）橘皮芳香油的主要成分及一般提取方法是（ ）
A．柠檬酸、萃取法B．柠檬烯、压榨法
C．柠檬烯、水中蒸馏法D．柠檬酸、蒸馏法
【解析】 橘皮芳香油的主要成分是柠檬烯。
橘皮芳香油主要贮藏在橘皮部分，由于橘皮芳香油的有效成分在用水蒸气蒸馏时会发生部分水解，使用水中蒸馏又会产生原料焦糊的问题，故一般采用压榨法。
此法适用于含油多的果实，如柑橘、柠檬等，压榨是利用机械压力将含水较多的果实及蔬菜或含油多的种子的细胞破坏，从而得到汁液或油液的方法。
【答案】 B
7．下列是与芳香油提取相关的问题，请回答：
（1）玫瑰精油适合用水蒸气蒸馏法提取，其理由是玫瑰精油具有的性质。
蒸馏时收集的蒸馏液（填“是”或“不是”）纯的玫瑰精油，原因是。
（2）当蒸馏瓶中的水和原料量一定时，蒸馏过程中，影响精油提取量的主要因素有蒸馏时间和。
当原料量等其他条件一定时，提取量随蒸馏时间的变化趋势是。
（3）如果蒸馏过程中不进行冷却，则精油提取量会，原因是。
（4）密封不严的瓶装玫瑰精油保存时最好存放在温度的地方，目的是。
（5）某植物花中精油的相对含量随花的不同生长发育时期的变化趋势如图所示。
提取精油时采摘花的最合适时间为天左右。
（6）从薄荷叶中提取薄荷油时（填“能”或“不能”）采用从玫瑰花中提取玫瑰精油的方法，理由是。
【解析】
（1）玫瑰精油易挥发、难溶于水、化学性质稳定，适于用水蒸气蒸馏法提取。
所得蒸馏液是油水混合物。
（2）蒸馏过程中，蒸馏时间和蒸馏温度影响精油的提取量，蒸馏时间越长提取的油量越多，直至原料中所含精油殆尽。
（3）蒸馏过程中若无冷却过程，部分精油会随水蒸气挥发，导致提取量减少。
（4）玫瑰精油易挥发，应存放在温度较低的地方。
（5）由题图知，在a天左右花中精油含量相对较高。
（6）薄荷油与玫瑰精油化学性质相似，也可用水蒸气蒸馏法提取。
【答案】
（1）易挥发、难溶于水、化学性质稳定 不是 玫瑰精油随水蒸气一起蒸馏出来，所得到的是油水混合物
（2）蒸馏温度 在一定的时间内提取量随蒸馏时间的延长而增加，一定时间后提取量不再增加
（3）下降 部分精油会随水蒸气挥发而流失
（4）较低 减少挥发 （5）a
（6）能 薄荷油与玫瑰精油的化学性质相似
8．[实验探究]通过对橘皮芳香油提取过程的学习，请你自己设计一个提取茉莉油的过程。
（1）第一步，采摘原料，提炼茉莉油的原料为茉莉花，要在期采收，此时茉莉油的含量最高。
（2）茉莉油的化学性质稳定，难溶于水，易溶于有机溶剂，能随水蒸气一同蒸馏，故提取茉莉油可采取法和法，但常采用法，原因是。
（3）水蒸气蒸馏法是通过水分子向原料中渗透，使，形成精油与水的共沸物，蒸出的水蒸气与精油通过、后得到精油。
【解析】
（1）用于提炼茉莉油的茉莉花的盛开期采收，大约是每年的5月上、中旬。
在此阶段，花朵含茉莉油量最高。
（2）茉莉油的化学性质稳定，难溶于水，易溶于有机溶剂，能随水蒸气一同蒸馏，所以能够采用萃取和水蒸气蒸馏两种方法，由于水蒸气蒸馏法设备简单、成本低、易于操作，故一般采取此法。
（3）水蒸气蒸馏是通过水分子与原料相互扩散，形成油水混合物，蒸出以后再通过冷凝与分液，即可得到精油。
【答案】
（1）盛开
（2）萃取 水蒸气蒸馏 水蒸气蒸馏 设备简单、成本低、易于操作
（3）植物中精油成分向水中扩散 冷凝 分液
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