细胞膜系统的边界

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1、第1节细胞膜一4系统的边界一、教学目标1. 简述细胞膜的成分和功能2. 进行用哺乳动物红细胞制备细胞膜的实验，体验制备细胞膜的方法。3. 认同细胞膜作为系统的边界，对于细胞这个生命系统的重要意义。二、教学重点和难点1. 教学重点（1）细胞膜的成分和功能。（2）细胞膜对于细胞这个生命系统的重要意义。2. 教学难点（1）用哺乳动物红细胞制备细胞膜的方法。（2）细胞膜对于细胞这个生命系统的重要意义。三、教学策略1. 以“问题探讨”中的动物细胞的显微镜物像和第1 章实验“使用高倍镜观察几种细 胞”为基础，完成“体验制备细胞膜的方法”的实验，感知细胞膜的存在。学生在“使用高倍镜观察几种细胞”时，已经观察

2、到细胞与细胞之间是有“界限”的。 基于初中有关细胞内容的学习，学生知道细胞是由细胞膜、细胞质和细胞核组成的。因此本 节要利用学生的学习经验进行“问题探讨”，之后安排实验“体验制备细胞膜的方法”。使 学生在观察的基础上，练习制备细胞膜的技能和方法，尤其要重视实验材料的选择。通过上 述活动进一步提高学生动手操作和使用显微镜的技能。2. 利用已知，获取新知，提高学习能力。在第 2 章组成细胞的分子中，学生知道了蛋白质、糖类和脂质是重要的化合物， 但是对于这些物质的存在位置还不清楚，因此在本章的教学中，应指导学生将细胞的物质组 成与细胞的结构有机地联系起来，对细胞形成系统的认识。如引导学生从生命系统的

3、结构基 础角度，认识“蛋白质是生命活动的主要承担者”，原因之一是它承担了组成细胞基本结构 的功能，它是细胞膜的主要成分之一，约占细胞膜总量的40%。再如，引导学生回忆“细胞 中的脂质”提出的“磷脂是构成细胞膜的重要成分”，再提出细胞膜结构中脂质约占总量的 50%，使学生将前后知识建立起有机的联系，同时，为“生物膜的流动镶嵌模型”的学习奠 定基础。3. 利用视频图像，帮助学生展开想像的翅膀，拓展思维的空间，认同细胞膜对于细胞 这个生命系统的重要意义。生命起源是生物科学的重要研究领域，在初中生物课程标准和教材中介绍了生命起源 的主要观点。在介绍细胞膜的功能时，涉及了原始细胞的产生。对这个问题的认识

4、会让学生 感到思维的跨度太大，因此利用视频图像不受时空限制的优势，帮助学生构建起生命起源与 细胞膜形成之间的联系，认识细胞膜对于生命系统的重要意义。教师还可以利用视频图像将“控制物质进出细胞”、“进行细胞间的信息交流”等细 胞膜的功能形象直观地介绍给学生。如果没有现代信息技术的支持，也可以利用板图、幻灯 片，目的是使学生能够将抽象的语言与图解结合起来，加深对细胞膜功能的理解，为第 4 章学习细胞的物质输入和输出做好铺垫。四、教学过程教学内容基本策略多媒体呈现相关资料，学生回忆总 结，教师指导、帮助。教师提供资料，指导学生分组合作学 习：从欧文顿的实验现象入手研究膜 的成分，通过实验验证成分，由

5、成分 组成分析构建细胞膜模型，由结构与 功能的统一发现探究的线索进一步 实验，由实验结果修正细胞膜模型。教学内容教师的组织和引导提问：1、通过上节课的学习，我们 知道：细胞是生物体生命活动的基本单 位，那么，细胞作为一个基本的生命系统， 它的边界是什么？2、结合初中所学细胞的知识，说说细胞 膜的功能。指导学生总结细胞膜的功能（有关 “细胞间信息交流”的知识，学生在初中 涉及不深，教师应提供资料帮助学生归 纳）什么样的物质可以进出细胞，早在 19世纪末，科学家就对此做了探索。 呈现资料：19世纪末，欧文顿用500多种 化学物质对植物细胞的通透性进行过上 万次实验，发现细胞膜对不同物质的通透 性不

6、一样：凡是可以溶于脂质的物质，比 不能溶于脂质的物质更容易通过细胞膜 进入细胞。并设问，从资料中得出什么结 论？然而，这仅是推测，怎样才能证明它 的对错呢？研究细胞膜的化学组成，首先要把细 胞膜和细胞的其它结构分离开。引导学生 分析：应该选用什么细胞，采用什么方法 获得细胞膜？（提供备选的细胞，帮助学 生分析选择。）让我们一起来体验制备细胞膜的方 法：提供实验材料和仪器，帮助学生设计 实验，指导学生完成实验科学家将制备的细胞膜进一步提纯、 分析，发现细胞膜主要由脂质和蛋白质组 成。此外，还有少量糖类。其中脂质占细学生活动回顾初中所学细胞知 识作出回答。在教师指导下总结细 胞膜的功能：将细胞与周

7、围 环境隔开；进行细胞间的信 息交流；控制物质进出细 胞。阅读资料，分析讨论， 作出回答：膜是由脂质构成 的。学生讨论回答：提取和 鉴定细胞膜的化学组成。在教师的指导下讨论 分析：因为人和其它哺乳动 物成熟的红细胞中没有细 胞壁、细胞核和众多的细胞 器，所以用红细胞做实验材 料。细胞在清水中吸水涨 破，细胞内的物质流出来， 从而得到细胞膜。分组设计实验，完成实 验教学意图激活 学生初中 所学的相 关知识，为 进一步学 习做好准 备。从现象 中发现探究 的线索。从分析 成分入手去 了解结构，体验制 备细胞膜的 方法，激发 学习兴趣胞膜总量的50%,蛋白质约占40%,糖类 占2%10%。在组成细胞

8、膜的脂质中， 磷脂最丰富。细胞膜的成分是怎样构成细胞膜分组阅读分析资料，大在实验的？科学家进一步构建细胞膜的模型。呈胆提出假说。观察的基础现资料：1、1925年荷兰科学家用丙酮从上提出假人的红细胞中提取脂质，在空气一水界面 上铺展成单分子层，测得单分子层的面积 恰为红细胞表面积的2倍。2、1959年， 罗伯特森在电镜下看到细胞膜清晰的暗 亮一暗的三层结构，请结合资料，分析 细胞膜的主要成分脂质和蛋白质是怎样 构成细胞膜的。说，对各组构建的细胞膜结构模型进行 评价。讲述罗伯特森提出的细胞膜结构模 型。表达交流呈现变形虫运动的动态图画和模拟观察图画，讨论分析：从结细胞生长的动态图画：设问，请观察细

9、胞细胞膜不应是静止的，构成构和功能的活动，想想细胞膜是静止的吗？细胞膜的成分应该是可以运的统一中动的，才有利于细胞完成各进一步发项复杂的功能。现探究的 线索用什么样的方法可以观察到细胞膜讨论分析：对细胞膜上中脂质和蛋白质的情况呢？引导学生分的脂质和蛋白质成分进行析：应在不破坏细胞结构，保持细胞活性 的情况下观察。标记后观察。呈现资料：1970年，科学家所做的荧阅读资料，讨论分析：光标记的小鼠细胞和人细胞融合实验。设细胞膜上的蛋白质分子是问：从实验中得到什么结论？可以运动的。相关的其他实验证据表明细胞膜的分组讨论修定本组提进一步磷脂分子也是可以运动的。出的细胞膜结构模型。通过实验来随着新的技术手

10、段不断运用于生物修正假说。膜的研究，科学家发现膜蛋白质并不是全 部平铺在脂质表面，有的蛋白质是镶嵌在 脂质双分子层中的。设问：请在上述实验证据的基础上， 修正你们所提出的细胞膜结构的模型。表达交流五、答案和提示（一）问题探讨1. 提示：气泡是光亮的，里面只有空气。细胞是一个具有细胞膜、细胞核和细胞质的 复杂结构，而且是一个立体的结构，在显微镜下，通过调节焦距可以观察到细胞的不同层面 光学显微镜下不能看见细胞膜，但是能够观察到细胞与外界环境之间是有界限的。2. 提示：在电子显微镜诞生之前，科学家已经能够确定细胞膜的存在了。依据的实验 事实主要有：进入活细胞的物质要通过一道选择性的屏障，并不是所有

11、的物质都能进入细胞 用显微注射器将一种叫做伊红的物质注入变形虫体内，伊红很快扩散到整个细胞，却不能很 快逸出细胞；在光学显微镜下看到，用微针触碰细胞表面时，细胞表面有弹性，可以伸展 用微针插入细胞内，细胞表面有一层结构被刺破；如果细胞表面结构受损面过大，细胞会死 亡。（二）实验提示：细胞破裂后细胞内物质流出，细胞膜和细胞质中的其他结构质量不一样，可以 采用不同转速离心的方法将细胞膜与其他物质分开，得到较纯的细胞膜。（三）练习基础题1. C。 2.A。 3.C。拓展题1. 提示：把细胞膜与窗纱进行类比，合理之处是说明细胞膜与窗纱一样具有容许一些 物质出入，阻挡其他物质出入的作用。这样类比也有不妥

12、当的地方。例如，窗纱是一种简单 的刚性的结构，功能较单纯；细胞膜的结构和功能要复杂得多。细胞膜是活细胞的重要组成 部分，活细胞的生命活动是一个主动的过程；而窗纱是没有生命的，它只是被动地在起作用。2. 提示：“染色排除法”利用了活细胞的细胞膜能够控制物质进出细胞的原理。台盼 蓝染色剂是细胞不需要的物质，不能通过细胞膜进入细胞，所以活细胞不被染色。而死的动 物细胞的细胞膜不具有控制物质进出细胞的功能，所以台盼蓝染色剂能够进入死细胞内，使 其被染色。五、参考资料1. 细胞膜和细胞器的分离提纯方法细胞中的膜结构是整个细胞及多种细胞器的界膜，对于保持细胞和细胞器的独立性是 必不可少的，同时很多重要的功

13、能是在膜结构上完成的。为了研究细胞膜和细胞器的结构与 功能，首先要分离出形态与结构完整的、具有生物活性的、纯度高的样品。在研究工作中， 分离细胞膜和细胞器可以用以下方法。首先是制备一定量的细胞，细胞的来源可以是培养细胞，也可以是某种组织。培养细 胞的收集相对简单一些，直接用胰酶将细胞从培养瓶上消化下来，制成细胞悬浮液。比较易 碎的组织细胞的收集如肝、脾等，可采用匀浆的方法，稍加研磨就可制成细胞悬液。有些结 缔组织，直接研磨不易分离出细胞，可先用适量的胶原酶处理。细胞制备出来后，进行匀浆处理。匀浆的方法有多种，如用高速打碎机破碎，低渗， 玻璃珠与细胞共振荡，冻融法，超声波打碎等。可根据实验需要和

14、实验室条件来选择。无论 选择哪种方法，都要尽可能保持膜的完整性。整个操作过程要避免过于激烈，pH、离子强度 和渗透压等条件要适中，一般常用中性和等渗溶液。匀浆产生的细胞裂解物，可通过一系列差速离心再加上一个梯度离心来分离细胞膜与 细胞器，梯度是根据细胞器的大小、密度和沉降特性来设计的。匀浆分步分离的第一步是差 速离心，在一系列的离心过程中离心力逐渐加大，并且将细胞器加入到具有密度梯度的介质 中离心，常用的分离介质有蔗糖、甘油、葡聚糖等。由于每种细胞器的大小和沉降特性不同， 因此可被分离出来。如果只是分离细胞中的某种细胞器，可直接根据那种细胞器所对应的相 对离心力，在细胞匀浆后进行离心分离。哺乳

15、动物红细胞的结构比较简单，其细胞膜可用低 渗离心的方法分离出来。如果是独特的细胞膜，可根据表面电荷的密度采用电泳的方法分离， 也可根据大小采用凝胶过滤的方法分离。2. 细胞膜成分与分析方法组成细胞膜的成分可分为三大类，即膜脂、膜蛋白和糖类。几种成分所占的比例，依 据膜类型的不同，细胞类型的不同，生物类型的不同以及细胞不同的发育时期而发生变化， 如肝细胞膜中蛋白质与脂质的比例明显高于红细胞。膜脂是细胞膜的基本成分，约占膜成分的 50%，它又包括三大类脂质分子，即磷脂、糖 脂和胆固醇。磷脂含有极性的磷酸基团，以及非极性的烃链，即包括极性的头部和非极性的 尾部，属双型性分子。糖脂也是双型性分子，它的结构与鞘磷脂很相似，仅由一个或多个糖 基代替了磷脂酰胆碱。胆固醇分子包括三部分：作为极性头部的羟基、类固醇环和