細胞物質輸入和輸出教學分析

細胞核有什么功能？無核細胞不能生長、分裂，如成熟紅細胞。變形蟲分割實驗。參考漢水丑生博客上的教學設計第一頁，共99頁。變形蟲實驗第二頁，共99頁。傘藻的嫁接實驗第三頁，共99頁。第四頁，共99頁。細胞核第五頁，共99頁。細胞核的結構核內膜染色質核仁核外膜核孔核被膜第六頁，共99頁。第七頁，共99頁。第八頁，共99頁。核孔復合體磷脂雙分子層內膜外膜第九頁，共99頁。第十頁，共99頁。第十一頁，共99頁。DNA分子蛋白質染色質染色體第十二頁，共99頁。第十三頁，共99頁。染色質染色體螺旋化解螺旋細絲狀圓柱狀或桿狀

染色質和染色體是細胞中同一種物質在不同時期的兩種形態(tài)分裂間期分裂期第十四頁，共99頁。細胞膜的結構“質膜模型的建立過程”是科學教育的良好素材參考傳海的教學設計第十五頁，共99頁。教學策略引入科學史的經典研究做為教學素材，讓學生在分析思考過程中，建立起細胞膜的結構模型-流動鑲嵌模型的概念。第十六頁，共99頁?？茖W史類的課要注意的問題提問設計的難易程度的把控（學生有哪些知識貯備，課堂教學目標的需要）慎用小組討論．小組討論用在兩種情況。一種題目較難，或有爭議時；另一種是題目是開放性的沒有唯一答案。所以科學史素材的運用是有所選擇的，不是越多越好。課堂教學中的科學研究是快捷高效的，它目的在于訓練學生的科學思維，快速傳呈概念。第十七頁，共99頁。細胞膜研究史：1895年，E.Overton用500多種化學物質對植物細胞透性進行上萬次實驗。發(fā)現(xiàn)：凡是可溶于脂類的物質比不能溶于脂類的物質更容易透過細胞膜進入到細胞中去。提出假說：膜是由脂類物質構成！第十八頁，共99頁。20年后，科學家將膜從紅細胞中分離出來進行分析，發(fā)現(xiàn)主要成分是磷脂。第十九頁，共99頁。第二十頁，共99頁。第二十一頁，共99頁。第二十二頁，共99頁。第二十三頁，共99頁。磷脂分子親水端疏水端第二十四頁，共99頁。水表面的單層磷脂分子怎樣排列？1917年，科學家成功將一層磷脂分子鋪在了水面上！第二十五頁，共99頁。第二十六頁，共99頁。水水水第二十七頁，共99頁。1925年，荷蘭E.Gorter和F.Grendel用丙酮從紅細胞膜提取磷脂，鋪在水面上形成磷脂單分子層，測量鋪展面積，恰為紅細胞表面積的二倍！推理：一層膜里包含兩層磷脂分子。第二十八頁，共99頁。水水水第二十九頁，共99頁。第三十頁，共99頁。質疑“脂雙分子層”的實驗Cole(1932)和Shapiro(1934)用海膽卵實驗，發(fā)現(xiàn)卵細胞質膜的表面張力要比純油滴小得多。質膜表面張力：0.1N/cm2油滴表面張力：1-3N/cm2J.F.Danielli和H.harvey發(fā)現(xiàn)鮐魚卵的油滴做實驗，發(fā)現(xiàn)其表面張力很低，如果把油滴進一步提純，則表面張力大大提高。但是如果脂滴表面上吸附有蛋白質。則有降低表面張力的作用。推想：細胞膜中除有脂質外，可以還吸附有蛋白質。第三十一頁，共99頁。細胞膜的化學成分脂質：占50%蛋白質：占40%糖類：占2-10%第三十二頁，共99頁。1959年，倫敦大學J.D.Robertson用電鏡對細胞膜進行了觀察。電鏡超薄切片中，細胞膜顯示出暗－亮－暗三條帶看到膜的電鏡照片，根據膜的成分，你猜測膜的結構是怎樣的？第三十三頁，共99頁。單位膜模型第三十四頁，共99頁。單位膜模型的局限性：①各種膜的蛋白與脂類的成分比率不同,②各種膜的功能和屬性不完全相同，并沒有一成不變的統(tǒng)一性。③各種膜的厚度也不相同。④提取膜蛋白的難易程度不同，有的比較容易，有的比較困難。⑤人工制作的脂雙分子層即便是不附著有蛋白質，在電鏡下也呈現(xiàn)為暗-明-暗三層式結構，這說明，細胞膜兩側在電鏡下所顯示出的暗線是蛋白質和脂類分子親水端經鋨酸染色后的反應。第三十五頁，共99頁。質疑“單位膜模型”各種膜的蛋白與脂類的成分比率不同人工制作的脂雙分子層即便是不附著有蛋白質，在電鏡下也呈現(xiàn)為暗-明-暗三層式結構。第三十六頁，共99頁。20世紀60年代冰凍蝕刻技術冷凍樣品（-100℃的干冰中或-196℃的液氮中），用冷刀驟然將標本沖斷開，升溫后，冰在真空條件下升華，暴露出斷裂面的結構，此過程稱為蝕刻。蝕刻后再向斷裂面上噴涂一層蒸汽碳和鉑。然后將組織溶掉，把碳和鉑的膜剝下來，此膜為復膜，可置于電鏡下觀察。PF面是朝向原生質的斷裂面，“P”代表原生質（protoplasm）EF面便是背向原生質的斷裂面。第三十七頁，共99頁。第三十八頁，共99頁。第三十九頁，共99頁。冰凍蝕刻膜的照片第四十頁，共99頁。S.J.Singer和G.L.Nicolson在1972年提出了膜的流動鑲嵌模型，兩人于1972年獲諾貝爾獎。20世紀60年代，利用冰凍蝕刻法可顯示出膜上有球顆粒，另外用示蹤法表明膜的結構形態(tài)在不斷地發(fā)生變動。第四十一頁，共99頁。熒光標記的蛋白質誘導融合40分鐘后.人細胞鼠細胞1970年，F(xiàn)rye和Edidin的人--鼠細胞融合實驗第四十二頁，共99頁。膜脂分子的運動第四十三頁，共99頁。膜流動性的實例第四十四頁，共99頁。第四十五頁，共99頁。膽固醇磷脂膜蛋白的非極性區(qū)糖基鏈蛋白鏈第四十六頁，共99頁。請學生就“人類對細胞膜的認識過程”談談你的感受?？茖W理論的研究離不開技術的進步科學是在不斷的提出假說,驗證假說,在證實和證偽中發(fā)展的。科學離不開實驗、觀察。第四十七頁，共99頁。動物細胞表面存在一層富含糖類物質的結構，稱為細胞外被，或糖萼。去掉細胞外被不會損傷膜。質膜和細胞外被像皮與毛的關系。細胞外被是由構成質膜的糖蛋白和糖脂伸出的寡糖鏈組成。與細胞識別有關，還有的充當血型抗原和酶。第四十八頁，共99頁。第四十九頁，共99頁。細胞識別實例1、1907年，H.V.Wilson用綢布將活海綿篩濾成分散的細胞，培養(yǎng)一段時間后，細胞聚集成團，最后形成了一個新海綿。如果將兩種海綿細胞相混，經培養(yǎng)一段時間后，兩種細胞分別同種相聚。Townes和Holtfreter,1955年把兩棲類動物的原腸胚3個胚層的細胞分散后，混培養(yǎng)，結果3個胚層的細胞均自行分類聚集，分別參加其來源胚層的組建。外胚層在外，內胚層在內，中胚層在兩者之間。第五十頁，共99頁。中性粒細胞參與組織抗炎時，炎癥部位釋放化學介導物作為信號，由血管內皮分泌產生選擇蛋白，能識別中性粒細胞的寡糖鏈，使在血管中滾動的中性粒細胞粘住，但這種粘合較松。隨后內皮細胞產生的整聯(lián)蛋白加強的這一過程，使中性粒細胞停止了滾動，從內皮細胞接縫中爬出，進入炎癥部位。第五十一頁，共99頁。物質出入細胞的方式第五十二頁，共99頁。1895年E.Overton用植物細胞做實驗，

1897年Crijns和Hedin用紅細胞做實驗1.你能得出什么結論？2.這些物質過膜的方向是由什么決定的？3.還能提出什么問題？第五十三頁，共99頁。氨基酸葡萄糖核苷酸第五十四頁，共99頁。特點：從高濃度到低濃度；不需要載體蛋白的協(xié)助；不消耗能量。如：水、氧氣、二氧化碳、甘油、乙醇等。自由擴散第五十五頁，共99頁。請同學們觀察下表,并畫出物質自由擴散過程中,物質的運輸速率與濃度差的關系示意圖.物質運輸速率(離子/秒)濃度差(Mmol/L)自由擴散過程中,物質在不同濃度差下的運輸速度.濃度差(Mmol/L)51015202530運輸速度(離子/秒）2.44.77.39.512.214.4思考：自由擴散速率與濃度差的關系？第五十六頁，共99頁。磷脂分子量不小于1000水的分子量18第五十七頁，共99頁。細胞外細胞內水分子細胞膜水分子的跨膜運輸?shù)谖迨隧摚?9頁。水生動物非洲爪蟾的卵母細胞在低濃度溶液卻不膨脹。為什么？第五十九頁，共99頁。美國科學家阿格雷1988年Agre在分離純化紅細胞膜上的Rh血型抗原時，發(fā)現(xiàn)了一個28KD的疏水性跨膜蛋白，稱為CHIP28(Channel-Formingintegralmembraneprotein)第六十頁，共99頁。1991年得到CHIP28的cDNA序列，Agre將CHIP28的mRNA注入非洲爪蟾的卵母細胞中，在低滲溶液中，卵母細胞迅速膨脹，并于5分鐘內破裂，純化的CHIP28置入脂質體，也會得到同樣的結果細胞的這種吸水膨脹現(xiàn)象會被Hg2+抑制，而這是已知的抑制水通透的處理措施。這一發(fā)現(xiàn)揭示了細胞膜上確實存在水通道，第六十一頁，共99頁。1988年，美國科學家阿格雷（P.Agre）發(fā)現(xiàn)——水通道蛋白（獲2003年諾貝爾化學獎）第六十二頁，共99頁。第六十三頁，共99頁。葡萄糖濃度即使較高也不能通過無蛋白質的脂雙層，但是，組織細胞能吸收葡萄糖，對此該如何解釋？第六十四頁，共99頁。糖蛋白蛋白質磷脂雙分子層磷脂分子細胞膜的結構示意圖蛋白質有什么作用？第六十五頁，共99頁。紅細胞膜中的葡萄糖載體蛋白第六十六頁，共99頁。如何證明你的猜測是正確的？可利用一種抑制劑抑制細胞膜上蛋白質的活性，發(fā)現(xiàn)其對葡萄糖的吸收大大減弱。將已純化的葡萄糖載體蛋白嵌入人工制造的脂雙層中，葡萄糖分子就能很快穿過脂雙層。第六十七頁，共99頁。易化擴散曲線圖運輸速率濃度差（細胞外溶液濃度）請歸納易化擴散的特點：1、從高濃度向低濃度擴散2、特異性3、有最大速率4、擴散速率大于自由擴散第六十八頁，共99頁。自由擴散兩者統(tǒng)稱為被動運輸?shù)诹彭?，?9頁。離子培養(yǎng)液濃度（mmol/l）根細胞液濃度（mmol/l）K+175Na+18Mg2+2．53Ca2+12NO3-228Cl-17H2PO4-121SO42-0.2518檢測豌豆根細胞的細胞液與培養(yǎng)液的濃度。結果如下表此實驗表明：礦質離子由

向

一側運輸。第七十頁，共99頁。人紅細胞中鉀離子的濃度比血漿高30倍鈉離子的濃度只有血漿的1／6；紅細胞還在不斷的吸鉀排鈉。第七十一頁，共99頁。20多年前，德國科學家薩克曼和內爾發(fā)現(xiàn)了離子通道是細胞膜上的蛋白質。但是應用分子生物學方法只能得到蛋白質的序列，只有了解離子通道的三維結構才能徹底解開離子通道功能的奧秘起初，麥金農通過電生理學的方法向弄清離子通道的結構逼近了一些。但是想徹底弄清楚離子通道的工作原理，還是需要測定出蛋白質中每一個原子的位置。通常，科學家會讓一束X射線穿過需要研究的物質，根據X射線的衍射圖案推測出分子中各個原子的空間位置。不過，進行這種分析需要一個前提：這種物質必須能制成純凈的晶體。第七十二頁，共99頁。美國科學家麥金農1998年，羅德里克·麥金農利用X射線晶體成像技術獲得了世界第一張離子通道的高清晰度照片，并第一次從原子層次揭示了離子通道的工作原理。麥金農的方法是革命性的，它可以讓科學家觀測離子在進入離子通道前的狀態(tài)，在通道中的狀態(tài)，以及穿過通道后的狀態(tài)。第七十三頁，共99頁。鉀離子通道第七十四頁，共99頁。

用2，4二硝基苯酚（DNP）處理根細胞，使ATP合成受阻，根對礦質元素的吸收阻斷。說明什么？氰化物對細胞線粒體內呼吸鏈的細胞色素氧化酶（cytochrome

oxidase，E.C.1.9.3.1）具有很高的親和力，與細胞色素氧化酶的結合后使之失去活性，從而阻斷細胞呼吸和氧化磷酸化過程。

鈉鉀過膜動畫第七十五頁，共99頁。Na＋－K＋泵第七十六頁，共99頁。歸納主動運輸?shù)奶攸c及其意義？低濃度葡萄糖高濃度葡萄糖腸腔小腸上皮細胞內第七十七頁，共99頁。主要特點：①方向性；從低濃度向高濃度②需能③專一性；（特異性）④運送速度可達飽和；第七十八頁，共99頁。主動運輸曲線圖細胞內濃度時間（細胞外濃度）主動運輸?shù)纳硪饬x：主動運輸普遍存在于動植物和微生物細胞中，保證了活細胞能夠按照生命活動的需要，主動選擇吸收所需要的營養(yǎng)物質，排出代謝廢物和對細胞有害的物質。第七十九頁，共99頁。細胞膜是一種選擇透過性膜——可以讓水分子自由通過，細胞要吸收的離子和小分子物質也可以通過，而其他的離子、小分子和大分子則不能通過。細胞膜的功能特性第八十頁，共99頁。很多疾病，比如一些神經系統(tǒng)疾病和心血管疾病就是由于細胞膜通道功能紊亂造成的，對細胞膜通道的研究可以幫助科學家尋找具體的病因，并研制相應藥物。另外，利用不同的細胞膜通道，可以調節(jié)細胞的功能，從而達到治療疾病的目的。

對水通道和離子通道的研究的意義第八十一頁，共99頁。治療手段：使用施加電流或由外部電場感應產生的電流來操縱跨細胞膜的離子運動并改變離子濃度。本發(fā)明可用于例如治療過度增殖性疾病和心血管疾病以及用于減輕應激的影響。頭腦清醒第八十二頁，共99頁。白細胞正在吞噬細菌第八十三頁，共99頁。第八十四頁，共99頁。生物大分子的跨膜運輸方式

①外排作用＝胞吐第八十五頁，共99頁。②內吞作用=胞吞第八十六頁，共99頁。自由擴散易化擴散主動運輸被動運輸胞吞胞吐第八十七頁，共99頁。探究實驗：細胞的吸水和失水第八十八頁，共99頁。植物吸水與失水后的狀態(tài)第八十九頁，共99頁。植物細胞的吸水和失水：1.原生質層是不是相當于一層半透膜呢？2.植物細胞的細胞壁對細胞的吸水和失水有無影響呢？討論：第九十頁，共99頁。⑴植物細胞會失水嗎？⑵細胞在什么情況下會失水，在什么情況下會吸水呢？⑶水分是如何進出細胞的？⑷植物細胞是不是一個滲透系統(tǒng)，哪些結構相當于半透膜？⑸…第九十一頁，共99頁。探究實驗：植物細胞的吸水和失水提出問題作出假設設計實驗進行實驗分析結果表達與交流（原生質層是一層半透膜嗎？）（原生質層相當于一層半透膜）設計方案（按預定方案進行實驗）（分析實驗結果，得出結論：……）（總結，寫實驗報告并適當交流）預期結果將植物細胞浸潤在較高濃度的蔗糖溶液中，觀察其大小的變化；再將細胞浸潤在清水中，觀察其大小的變化。在蔗糖溶液中植物細胞的中央液泡會變小，細胞皺縮；在清水中植物細胞的中央液泡會變大，細胞膨脹。第九十二頁，共99頁。植物細胞的吸水和失水1、將白菜剁碎做餡時,常常放一些鹽,一會兒后就可看到水分滲出。

2、施肥過多，會造成“燒苗”現(xiàn)象。1、植物細胞會出現(xiàn)失水的情況嗎？（滲出的水是細胞內的水還是間隙的水）

2、植物細胞在什么情況下會失水？

3、原生質層是否相當于一層半透膜？

探究：1.提出問題第九十三頁，共99頁。原生質層相當于半透膜理由是：植物細胞膜和液泡膜都是生物膜，他們具有與紅細胞的細胞膜基本相同的化學組成和結構。上述的事例與紅細胞的失水和吸水很相似。2.作出假設第九十四