江蘇省高中生物膜的流動鑲嵌模型(一等獎)必修一

1、第四章 細(xì)胞的物質(zhì)輸入和輸出第 2 節(jié) 生物膜的流動鑲嵌模型設(shè)計思路：任何一個生命系統(tǒng)都是開放的系統(tǒng)，都與外界有物質(zhì)的交換，細(xì)胞作為最基本的生命系統(tǒng)，在進(jìn)行各種活動時，也要與外界環(huán)境不斷地進(jìn)行物質(zhì)交換，細(xì)胞膜是物質(zhì)交換的直接參與者，它有選擇地允許或阻止一些物質(zhì)通過細(xì)胞膜。細(xì)胞膜為什么能夠控制物質(zhì)的進(jìn)出？這與生物膜的結(jié)構(gòu)有什么關(guān)系？科學(xué)家是怎樣發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜并建立細(xì)胞膜模型的？通過這些問題引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入本節(jié)課的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生始終處于積極的思維過程中。由于學(xué)生在學(xué)習(xí)第1 節(jié)的內(nèi)容時已經(jīng)對植物細(xì)胞的吸水和失水的過程進(jìn)行了探究，了解了科學(xué)探究的一般方法，因此在本節(jié)生物膜的流動鑲嵌模型的探究過程中可以運用上一節(jié)

2、所學(xué)的科學(xué)探究的方法來探究本節(jié)的內(nèi)容。本節(jié)課在呈現(xiàn)科學(xué)家研究細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和成分的幾個代表性實驗時，設(shè)計了一連串的問題，引導(dǎo)學(xué)生通過這些實驗現(xiàn)象，推測出細(xì)胞膜的基本組成和結(jié)構(gòu)，使學(xué)生切身感受科學(xué)的魅力，始終保持高昂的興趣，自然而然地接受細(xì)胞膜的流動鑲嵌模型理論，從中體驗科學(xué)研究的邏輯性和嚴(yán)密性，并加深對科學(xué)過程和方法的理解。本節(jié)課的重點是細(xì)胞的流動鑲嵌模型的建立，用多媒體課件動畫演示人鼠細(xì)胞雜交實驗，再演示變形蟲運動的畫面，表現(xiàn)細(xì)胞膜的流動性，使學(xué)生更直觀地理解細(xì)胞膜上分子的相對運動。教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo)1 簡述生物膜的結(jié)構(gòu)2舉例說明生物膜具有流動性特點。3通過分析科學(xué)家建立生物膜模型的過程，闡述科學(xué)

3、發(fā)現(xiàn)的一般規(guī)律。能力目標(biāo)1通過分析科學(xué)家建立生物膜模型的過程，嘗試提出問題，作出假設(shè)。2.通過生物膜模型建立過程的一系列實驗過程，培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)實驗現(xiàn)象進(jìn)行分 析推理的能力情感態(tài)度與價值觀目標(biāo)1 .探討建立生物膜模型的過程如何體現(xiàn)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點2 .探討在建立生物膜模型的過程中，實驗技術(shù)的進(jìn)步所起的作用 教學(xué)方法結(jié)合多媒體課件的實驗探究教學(xué)法教學(xué)重難點教學(xué)重點1.科學(xué)家對生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程。2,生物膜的流動鑲嵌模型學(xué)說的基本內(nèi)容。教學(xué)難點探討建立生物膜模型的過程如何體現(xiàn)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點教學(xué)過程教師活動學(xué)生活動設(shè)計意圖創(chuàng)設(shè)問題情境：通過上節(jié)課的實驗，我們了解 到生物膜具有選擇透過性

4、。生物膜為什么具有選擇 透過性？這與我們了解的生物體的哪一種物質(zhì)有 關(guān)？回憶生命活動的體現(xiàn)者是哪一種物質(zhì)？蛋白質(zhì)是生命活動的體現(xiàn)者聯(lián)系學(xué)生學(xué)過的 知識提出問題使 學(xué)生更容易構(gòu)建 其知識框架補充介紹：1855年瑞典科學(xué)家奈利的實驗： 色素分子進(jìn)入受損傷的植物細(xì)胞的速度比進(jìn)入完整 細(xì)胞的速度要快得多；在顯微值下用微細(xì)的探針 刺向細(xì)胞時，能看到細(xì)胞表面出現(xiàn)褶皺，同時還感 到阻力，一旦針刺破細(xì)胞進(jìn)入到細(xì)胞內(nèi)部，阻力就 隨之消失。這說明什么問題？細(xì)胞表面有一層膜引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入科 學(xué)研究的情境， 使學(xué)生體會發(fā)現(xiàn) 的樂趣，激發(fā)學(xué) 生對生物學(xué)科的 興趣介紹19世紀(jì)末，歐文頓(Overton)的實驗：細(xì)胞根據(jù)化學(xué)

5、上培養(yǎng)學(xué)生通過實膜對不同物質(zhì)的通透性不一樣，溶于脂質(zhì)的物質(zhì)比 不能溶于脂質(zhì)的物質(zhì)更容易通過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞。說明細(xì)胞膜的組成成分中肩什么物質(zhì)？你作出推論 的依據(jù)是什么？物質(zhì)的“相似相溶”原理，說明細(xì)胞膜 的組成成分 中啟脂質(zhì)驗觀察提出問題、作出假設(shè)的科學(xué)探究能力問題：最初認(rèn)識到細(xì)胞膜是由脂質(zhì)組成的， 是通過對現(xiàn)象的推理分析，還是通過對膜成分的提 取和鑒定？問題：通過推理分析得出結(jié)論后，還后必要 對膜的成分進(jìn)行提取、分離和鑒定嗎？20世紀(jì)初，在歐義頓（Overton）的實驗進(jìn)行的20 年后，科學(xué)家們第一次從哺乳動物的紅細(xì)胞中將細(xì) 胞膜分離出來進(jìn)行化學(xué)分析發(fā)現(xiàn)：膜的主要成分是 磷脂和蛋白質(zhì)。通過推理

6、 分析得出的 有必要。僅 靠推理得出 的結(jié)論不一 定準(zhǔn)確，還應(yīng) 通過科學(xué)實 驗進(jìn)行檢驗 和修正。使學(xué)生體會到科學(xué)研究的嚴(yán)密性脂質(zhì)（磷脂）和蛋白質(zhì)是怎樣形成膜的呢？補充介紹，1917年，朗姆瓦（Langmuirwa）將磷脂溶于苯和水中，當(dāng)苯揮發(fā)完以后磷脂分子分布散 亂，經(jīng)過推擠，磷脂分子排列成了單層，而且其磷 酸基團(tuán)的極性頭部都浸入水中。這說明什么？學(xué)生回答后，總結(jié)：磷脂分子頭部的磷酸基是 親水性的極性基團(tuán)，而尾部的脂肪酸則是疏水性的 非極性基團(tuán)。說明磷脂分 子是有極性 的,其頭部全 部浸入水中 說明頭部是 和水相吸引 的，血具尾部 都暴露在空 氣中，說明尾 部和水是不 易親和的。聯(lián)系化學(xué)知識，

7、讓學(xué)生體會各學(xué)科的之間交叉、滲透1925年，兩位他二科學(xué)家圖特（Gorter）和格倫德細(xì)胞膜中的讓學(xué)生體驗科學(xué)(Grendel)設(shè)法把哺乳動物紅細(xì)胞中提取的脂質(zhì)在空 氣一一水界面上鋪展成單分子層。結(jié)果發(fā)現(xiàn)磷脂排成單分子層后的面積恰好為紅細(xì)胞表面積的2倍。由此可推導(dǎo)出脂質(zhì)在細(xì)胞膜中的排列有什么特點？脂質(zhì)分子排 列為連續(xù)的 兩層發(fā)現(xiàn)的探索過程，在自主探索中主動獲取知識，構(gòu)建自己的知識大廈大家口能注意到前回的實驗都是用紅細(xì)胞 作為實驗材料的，為什么科學(xué)家選用哺乳動物的紅 細(xì)胞作實驗材料？哺乳動物成 熟的紅細(xì)胞 沒有細(xì)胞核， 而且除了細(xì) 胞膜外，在細(xì) 胞質(zhì)中沒有 其他含膜結(jié) 構(gòu)的細(xì)胞器， 這樣在比較

8、細(xì)胞膜和磷 脂分子二者 的面積關(guān)系 時，沒有其他 膜的干擾，便 于分析使學(xué)生認(rèn)識到科 學(xué)研究中選材的 重要性通過剛才的探究，你能勾勒出細(xì)胞膜的基本結(jié)構(gòu)嗎？細(xì)胞膜主要 由磷脂和蛋 白質(zhì)組成，而 且磷脂分子 是呈雙層排 列的，其親水培養(yǎng)學(xué)生的分析推理能力性的頭部排 列在外面，疏 水性的尾部 在內(nèi)部除了脂質(zhì)外，蛋白質(zhì)也是細(xì)胞膜的成分，蛋白質(zhì)位于脂雙層的什么位置？1959年,羅伯特森（J.D.Robertson而電鏡卜看到 了細(xì)胞膜清晰的暗一一亮一一暗的三層結(jié)構(gòu)，提出 生物膜的“三明治”模型：認(rèn)為生物膜都是由蛋白 質(zhì)一一脂質(zhì)一一蛋白質(zhì)三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，并且認(rèn)為生 物膜都是靜態(tài)的心結(jié)構(gòu)。這個觀點引起其他科學(xué)

9、家的質(zhì)疑。多媒體演示 細(xì)胞生長、變形蟲的運動，說明靜態(tài)的生物膜不能 解釋細(xì)胞生長、變形蟲的變形運動等現(xiàn)象，細(xì)胞的 復(fù)雜功能也難以實現(xiàn)。通過實例讓 學(xué)生分析這 種膜結(jié)構(gòu)的 不合理性，樹 立結(jié)構(gòu)與功 能相適應(yīng)的 觀點使學(xué)生體會到技 術(shù)進(jìn)步對科學(xué)發(fā) 展的重大影響。使學(xué)生明白科學(xué) 探究過程的假設(shè) 必須經(jīng)過實驗的 檢驗才方長得到大 家的認(rèn)可有什么證據(jù)證明細(xì)胞膜中的物質(zhì)不斷運動的？隨著新技術(shù)的不斷應(yīng)用，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)膜蛋白并 不是全部平鋪在脂質(zhì)表面，有的蛋白質(zhì)是鑲嵌在脂 質(zhì)雙分子層中的。重點介紹1970年熒光標(biāo)記小鼠細(xì)胞和人細(xì)胞 融合實驗。多媒體演示實驗過程：綠色熒光的染料標(biāo)記小鼠細(xì)胞表面的蛋白質(zhì)分 子，紅色

10、熒光的染料標(biāo)記人細(xì)胞表面的蛋白質(zhì)分子， 將小鼠細(xì)胞和人細(xì)胞融合，這兩種細(xì)胞剛?cè)诤蠒r， 融合細(xì)胞的一半發(fā)綠色熒光，另一半發(fā)紅色熒光，學(xué)生看實驗 過程，討論結(jié) 果讓學(xué)生體會技術(shù) 的進(jìn)步會使科學(xué) 研究得到發(fā)展在37c下經(jīng)過40分鐘，兩種顏色的熒光均勻分布。這一實驗過程顯示細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特點一一具有 流動性。補充介紹科學(xué)家運用冰凍蝕刻法在電鍍下觀察 到細(xì)胞膜的磷脂雙分子層中的蛋白質(zhì)的分布。這個 實驗說明由于技術(shù)的不斷進(jìn)步，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，膜蛋 白并不是全部平鋪在脂質(zhì)表面，有的蛋白質(zhì)是鑲嵌 在脂質(zhì)雙分子層中。并通過實驗證明了細(xì)胞膜具有 流動性。1972 年,桑格(S.J.Singer和尼克森(G.Nicols

11、on) 提出了細(xì)胞膜的流動鑲嵌模型為大家所能接受。討論技術(shù)進(jìn) 步在細(xì)胞膜 研究中的應(yīng) 用使學(xué)生理解科學(xué)、技術(shù)的關(guān)系引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)在探究出生物膜的流動鑲嵌模型 中，運用的方法：提出問題，提出假設(shè)，進(jìn)一步驗 證完善，不斷發(fā)展?；貞浛茖W(xué)探究的一般過程加深學(xué)生對科學(xué)研究過程的認(rèn)識介紹流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容：磷脂雙分子層 構(gòu)成了膜的基本支架，這個支架具有流動性，蛋白 質(zhì)分子有的鑲在磷脂雙分子層表面，有的部分或全 部嵌入磷脂雙分子層中，有的橫跨整個磷脂雙分子 層。多數(shù)蛋白質(zhì)分子是可以運動的。磷脂分子之間 有一些小孔，可以讓一些物質(zhì)進(jìn)出，以及蛋白質(zhì)也 可以成為物質(zhì)進(jìn)出膜的通道。使學(xué)生認(rèn)同 流動鑲嵌模 型的合理

12、性。強化結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點簡介細(xì)胞膜上糖被的功能：保護(hù)、潤滑、識別等。簡介細(xì)胞膜表面的糖脂組成。認(rèn)識細(xì)胞膜 結(jié)構(gòu)的復(fù)雜 性和功能的 多樣性進(jìn)一步加深對細(xì)胞膜的重要性的體會思考、討論：1.生物膜的使學(xué)生體會到科1 .生物膜的流動鑲嵌模型是不是就完美無缺了呢？2 .縱觀整個人們建立生物膜模型的探索過程， 實驗技術(shù)的進(jìn)步所起到怎樣的作用？3 .分析生物膜模型的建立過程中，結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)是如何體現(xiàn)的？流動鑲嵌模 型不可能完 美無缺。2 .實驗技術(shù) 的進(jìn)步起到 了關(guān)鍵性的 推動作用。3 .在建立生 物膜模型的 過程中，結(jié)構(gòu) 和功能相適 應(yīng)的觀點始 終引導(dǎo)人們 不斷實踐、認(rèn) 識，再實踐、 再認(rèn)識；使

13、人 類一步步接 近生物膜的 真相。學(xué)研究的過程是 不斷開拓、發(fā)展、 修正、前進(jìn)的?？茖W(xué)研究永無止境。課堂練習(xí)：1.據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，膽固醇、小分子脂肪酸、維生素 D等物質(zhì)較容易優(yōu)先通過細(xì)胞膜，這是因為（）A.細(xì)胞膜具有一定流動性B.細(xì)胞膜是選擇透過性C.細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)是以磷脂分子層為基本骨架D.細(xì)胞膜上鑲嵌有各種蛋白質(zhì)分子1. C2. B3. B4. A5. B6. D加深學(xué)生對細(xì)胞 膜的流動鑲嵌模 型和細(xì)胞膜特性 的理解2 .下取哪一種膜結(jié)構(gòu)能通過生物大分子（）A.細(xì)胞膜B .核膜C.線粒體膜D.葉綠體膜3 . 一分子CO2從葉肉細(xì)胞的線粒體基質(zhì)中擴(kuò)散出 來，進(jìn)入一相鄰細(xì)胞葉葉綠體基質(zhì)內(nèi)，共穿過的生

14、 物膜層數(shù)是（）A. 5B. 6C. 7D. 84 .細(xì)胞膜上與細(xì)胞識別、免疫反應(yīng)、信息傳遞和血 型決定后著密切關(guān)系的化學(xué)物質(zhì)是（）A.糖蛋白B.磷脂 C.脂肪D.核酸5 .變形蟲的任何部位都能伸出偽足，人體某些白細(xì) 胞能吞噬病菌，這些生理過程的完成都依賴于細(xì)胞 膜的（）A .保護(hù)作用B. 一定的流動性C.主動運輸D.選擇透過性6 .卜列物質(zhì)中，不能橫穿細(xì)胞膜進(jìn)出細(xì)胞的是（）A.維生素D和性激素B.水和尿素C.氨基酸和葡穩(wěn)糖D.酶和胰島素教學(xué)反思通過前面的引導(dǎo)過程，學(xué)生能重新體驗科學(xué)發(fā)現(xiàn)的探索過程，在自主探索中主 動獲取知識，并通過討論和相互補充以及教師適當(dāng)?shù)慕馕?，使學(xué)生從探索發(fā)現(xiàn)上升 到知識構(gòu)建，培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)推斷和知識遷移的能力，符合新課程標(biāo)準(zhǔn)中“探索領(lǐng) 先、合作學(xué)習(xí)，師生是學(xué)習(xí)共同體”的教育理念。根據(jù)新課標(biāo)的要求，在教學(xué)中設(shè)計了一系列與科學(xué)家的實驗有關(guān)的問題，這些 問題有的難度很大，可以