通道蛋白與諾貝爾獎教學設計高一上學期生物人教版必修1

通道蛋白與諾貝爾獎教學設計一、教材分析本節(jié)主要包括了兩大部分內(nèi)容：①生物學科故事被動運輸通道蛋白與諾貝爾獎科學家對細胞膜結(jié)構的探索歷程這是一個很好的科學史教育素材，通過引導學生一步一步地分析科學家的實驗和結(jié)論，宛如親歷科學家探索的歷程，使學生切身感受科學的魅力②細胞膜的流動鑲嵌模型是目前人們普遍接受認同的，能較好地解釋人們對細胞膜功能的認識學生必須展開想象力，在頭腦中構建細胞膜的空間結(jié)構，理解和掌握流動鑲嵌模型的基本要點，這對于更好地理解下一節(jié)物質(zhì)跨膜運輸?shù)姆绞接泻苤匾穆?lián)系二、教學目標與核心素養(yǎng)1.生命觀念∶細胞膜和其他生物膜是一種選擇透過性膜。2.科學思維∶

運用滲透模型理解水進出細胞的原理。3.社會責任∶通過探究植物細胞的吸水和失水，體會提出問題、做出假設、吸水和失水的過程及應用。設計實驗等探究環(huán)節(jié)。三、教學重點和難點1.教學重點（1）生物膜的流動性特點2.教學難點（1）對科學探究過程的分析，如何體現(xiàn)生物膜的結(jié)構與功能相統(tǒng)一（2）生物膜的空間立體結(jié)構四、課前準備：PPT五、教學過程【情景導入】過去人們一度認為水分子在脂雙層間穿梭自如，卻難以解釋某些情境下生物膜極高或極低的透水性。迷霧于1988年才得以揭開。美國科學家阿格雷成功將水分蛋白分離出來，并將2003年諾貝爾化學獎授予美國科學家彼得·阿格雷和羅德里克·麥金農(nóng)，以表彰他們在細胞膜通道方面做出的開創(chuàng)性貢獻。諾貝爾化學獎評選委員會主席本特·努丁在新聞發(fā)布會上說，阿格雷得獎是由于發(fā)現(xiàn)了細胞膜水通道，而麥金農(nóng)的貢獻主要是在細胞膜離子通道的結(jié)構和機理研究方面。他們的發(fā)現(xiàn)闡明了鹽分和水如何進出組成活體的細胞。比如，腎臟怎么從原尿中重新吸收水分，以及電信號怎么在細胞中產(chǎn)生并傳遞等等，這對人類探索腎臟、心臟、肌肉和神經(jīng)系統(tǒng)等方面的諸多疾病具有極其重要的意義。諾貝爾科學獎通常頒發(fā)給年齡較大的科學家，獲獎成果都經(jīng)過幾十年的檢驗。但阿格雷只有54歲，而麥金農(nóng)才47歲。他們的成果也比較新：麥金農(nóng)的發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生于5年前；阿格雷的工作于1988年完成。這在諾貝爾科學獎歷史上是比較罕見的。2003年諾貝爾化學獎及生理學或醫(yī)學獎的結(jié)果都顯示出了當代科學跨領域研究的趨勢。無論是從個體層次還是細胞層次來看，生命系統(tǒng)并不是一個孤立封閉的系統(tǒng)，它要不斷與外界發(fā)生物質(zhì)和能量的交換，包括從外界攝入物質(zhì)（如植物依靠根從土壤溶液中吸收水分和無機鹽；我們吸入氧氣、吃飯等），同時也包括及時地把代謝產(chǎn)生的廢物排出體外（如呼出二氧化碳，排尿，出汗等）那么這一章我們著重探討在細胞層次上物質(zhì)是如何跨膜進行輸入和輸出的（→導入本章，板書課題）不同物質(zhì)的跨膜運輸特點一樣嗎？水是活細胞中含量最多的物質(zhì)，首先我們一起來探究水是如何進出細胞的。一．滲透作用(1)概念：指水分子(或其他溶劑分子)通過半透膜的擴散過程。(2)滲透作用產(chǎn)生的條件：一是具有半透膜，二是半透膜兩側(cè)的溶液具有濃度差。[來源:學+科+網(wǎng)]滲透作用實驗裝置的拓展應用(3)驗證滲透作用發(fā)生的條件(4)比較不同溶液濃度的大小(5)探究物質(zhì)能否通過半透膜的方法(以碘和淀粉為例)二．動物細胞和植物細胞的吸水和失水(1)動物細胞的吸水和失水②現(xiàn)象外界溶液濃度<細胞質(zhì)濃度?細胞吸水膨脹；外界溶液濃度>細胞質(zhì)濃度?細胞失水皺縮；外界溶液濃度＝細胞質(zhì)濃度?水分進出平衡。(2)植物細胞的吸水和失水(以成熟植物細胞為例)①原理②現(xiàn)象a．當外界溶液的濃度大于細胞液濃度時，細胞就通過滲透作用失水，植物細胞逐漸發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象。b．將已發(fā)生質(zhì)壁分離的植物細胞放入清水中，此時細胞液的濃度大于外界溶液濃度，植物細胞吸水，逐漸發(fā)生質(zhì)壁分離復原現(xiàn)象。易錯辨析：習慣上說的半透膜是無生命的物理性薄膜，物質(zhì)能否通過取決于微粒的大小；選擇透過性膜是具有活性的生物膜，其對不同物質(zhì)的通過性不僅取決于分子大小，還與細胞的需求有關。因此細胞膜和半透膜類似，又有所不同。(2)細胞壁是全透性的，水分子和溶解在水里的物質(zhì)都能夠自由通過。(P63)三、被動運輸建構模型，深入理解自由擴散和協(xié)助擴散的機理。結(jié)合實例解讀“自由擴散和協(xié)助擴散示意圖”，分析現(xiàn)象并建構自由擴散和協(xié)助擴散概念，通過比較兩者的異同以強化概念。1.概念物質(zhì)以擴散方式進出細胞，不需要消耗細胞內(nèi)化學反應所釋放的能量，這種物質(zhì)跨膜運輸方式稱為被動運輸。2.分類(1)自由擴散①概念：物質(zhì)通過簡單的擴散作用進出細胞的方式，也叫簡單擴散。②特點：順濃度梯度擴散；不消耗能量；不需要轉(zhuǎn)運蛋白的協(xié)助。③實例：O2、CO2、甘油、乙醇、苯等通過自由擴散進出細胞。(2)協(xié)助擴散①概念：借助膜上的轉(zhuǎn)運蛋白進出細胞的物質(zhì)擴散方式，也叫易化擴散。②特點：順濃度梯度擴散；不消耗能量；需要轉(zhuǎn)運蛋白的協(xié)助，物質(zhì)運輸速率與轉(zhuǎn)運蛋白的數(shù)量有關。③實例：血液中葡萄糖進入紅細胞；多數(shù)水分子進出細胞。④轉(zhuǎn)運蛋白分為載體蛋白和通道蛋白兩類。3.進一步強調(diào)(1)擴散的概念：物質(zhì)分子從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域轉(zhuǎn)移，直到均勻分布的現(xiàn)象。(2)擴散的速率：氣體中最快，液體中次之，固體中最慢；濃度差越大、溫度越高、參與的粒子質(zhì)量越小，擴散的速率越快。補充“生物科學史話”的內(nèi)容，讓學生接受科學史的教育，簡要介紹人類對通道蛋白的探索歷程。離子通道是另一種類型的細胞膜通道，神經(jīng)系統(tǒng)和肌肉等方面的疾病與之有關，它還能產(chǎn)生電信號，在神經(jīng)系統(tǒng)中傳遞信息。但由于科學家一直不能弄清楚它的結(jié)構，進一步的研究無法展開。而麥金農(nóng)在1998年測出了鉀通道的立體結(jié)構，“震驚了所有的研究團體”。由于他的發(fā)現(xiàn)，人們可以“看見”離子如何通過由不同細胞信號控制開關的通道。轉(zhuǎn)運蛋白有兩種類型，載體蛋白和通道蛋白。它們對溶質(zhì)的轉(zhuǎn)運機制有所不同，但都具有特異性。載體蛋白比如葡萄糖載體，只允許與自身結(jié)合部位相適應的分子或離子通過，就如同載客的船只需要開倉閉倉一樣。載體蛋白在每次轉(zhuǎn)運時都會發(fā)生自身構象的改變。而通道蛋白比如，鉀離子通道只允許與自身通道的直徑和形狀相適配、大小和電荷相適宜的分子或離子通過這個。這個過程就好像玩擋板游戲一樣，相應的分子或離子通過通道蛋白時，不需要與通道蛋白結(jié)合。關于水分子的跨膜運輸，它既可以是自由擴散，也可以借助細胞膜上的水通道蛋白進行協(xié)助擴散。聯(lián)系實際聯(lián)系實際四、知識深化1.物質(zhì)跨膜運輸與膜的流動性和選擇透過性有關，選擇透過性的結(jié)構基礎是膜上載體蛋白的種類和數(shù)量。2.物質(zhì)出入細胞的方式的影響因素：①物質(zhì)濃度(在一定濃度范圍內(nèi))a.自由擴散：隨著被轉(zhuǎn)運物質(zhì)濃度的增大，自由擴散速率增大b.協(xié)助擴散和主動運輸：在一定的濃度范圍內(nèi)，協(xié)助擴散運輸速率隨被轉(zhuǎn)運物質(zhì)濃度的增大而增大，當被轉(zhuǎn)運物質(zhì)的濃度達到一定程度后，運輸速率不再增大，原因是受到載體蛋白數(shù)量的限制。②O2濃度2濃度通過影