生物膜的流动镶嵌模型

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1、第四章 细胞的物质输入和输出第2节 生物膜的流动镶嵌模型设计思路：任何一个生命系统都是开放的系统，都与外界有物质的交换，细胞作为最基本的生命系统，在进行各种活动时，也要与外界环境不断地进行物质交换，细胞膜是物质交换的直接参与者，它有选择地允许或阻止一些物质通过细胞膜。细胞膜为什么能够控制物质的进出？这与生物膜的结构有什么关系？科学家是怎样发现细胞膜并建立细胞膜模型的？通过这些问题引导学生进入本节课的学习，让学生始终处于积极的思维过程中。由于学生在学习第1节的内容时已经对植物细胞的吸水和失水的过程进行了探究，了解了科学探究的一般方法，因此在本节生物膜的流动镶嵌模型的探究过程中可以运用上一节所学的

2、科学探究的方法来探究本节的内容。本节课在呈现科学家研究细胞膜结构和成分的几个代表性实验时，设计了一连串的问题，引导学生通过这些实验现象，推测出细胞膜的基本组成和结构，使学生切身感受科学的魅力，始终保持高昂的兴趣，自然而然地接受细胞膜的流动镶嵌模型理论，从中体验科学研究的逻辑性和严密性，并加深对科学过程和方法的理解。本节课的重点是细胞的流动镶嵌模型的建立，用多媒体课件动画演示人鼠细胞杂交实验，再演示变形虫运动的画面，表现细胞膜的流动性，使学生更直观地理解细胞膜上分子的相对运动。教学目标知识目标1简述生物膜的结构2举例说明生物膜具有流动性特点。3通过分析科学家建立生物膜模型的过程，阐述科学发现的一

3、般规律。能力目标1通过分析科学家建立生物膜模型的过程，尝试提出问题，作出假设。2通过生物膜模型建立过程的一系列实验过程，培养学生根据实验现象进行分析推理的能力情感态度与价值观目标1探讨建立生物膜模型的过程如何体现结构与功能相适应的观点2探讨在建立生物膜模型的过程中，实验技术的进步所起的作用教学方法 结合多媒体课件的实验探究教学法教学重难点教学重点1科学家对生物膜结构的探索历程。2生物膜的流动镶嵌模型学说的基本内容。教学难点探讨建立生物膜模型的过程如何体现结构与功能相适应的观点教学过程 教师活动学生活动设计意图创设问题情境：通过上节课的实验，我们了解到生物膜具有选择透过性。生物膜为什么具有选择透

4、过性？这与我们了解的生物体的哪一种物质有关？回忆生命活动的体现者是哪一种物质？蛋白质是生命活动的体现者联系学生学过的知识提出问题使学生更容易构建其知识框架补充介绍：1855年瑞典科学家奈利的实验：色素分子进入受损伤的植物细胞的速度比进入完整细胞的速度要快得多；在显微镜下用微细的探针刺向细胞时，能看到细胞表面出现褶皱，同时还感到阻力，一旦针刺破细胞进入到细胞内部，阻力就随之消失。这说明什么问题？细胞表面有一层膜引导学生进入科学研究的情境，使学生体会发现的乐趣，激发学生对生物学科的兴趣介绍19世纪末，欧文顿(Overton)的实验：细胞膜对不同物质的通透性不一样，溶于脂质的物质比不能溶于脂质的物质

5、更容易通过细胞膜进入细胞。说明细胞膜的组成成分中有什么物质？你作出推论的依据是什么？根据 化学上物质的“相似相溶”原理，说明细胞膜的组成成分中有脂质培养学生通过实验观察提出问题、作出假设的科学探究能力问题：最初认识到细胞膜是由脂质组成的，是通过对现象的推理分析，还是通过对膜成分的提取和鉴定？问题：通过推理分析得出结论后，还有必要对膜的成分进行提取、分离和鉴定吗？20世纪初，在欧文顿(Overton)的实验进行的20年后，科学家们第一次从哺乳动物的红细胞中将细胞膜分离出来进行化学分析发现：膜的主要成分是磷脂和蛋白质。通过推理分析得出的有必要。仅靠推理得出的结论不一定准确，还应通过科学实验进行检验

6、和修正。使学生体会到科学研究的严密性脂质(磷脂)和蛋白质是怎样形成膜的呢？补充介绍，1917年，朗姆瓦(Langmuirwa)将磷脂溶于苯和水中，当苯挥发完以后磷脂分子分布散乱，经过推挤，磷脂分子排列成了单层，而且其磷酸基团的极性头部都浸入水中。这说明什么？学生回答后，总结：磷脂分子头部的磷酸基是亲水性的极性基团，而尾部的脂肪酸则是疏水性的非极性基团。说明磷脂分子是有极性的，其头部全部浸入水中说明头部是和水相吸引的，而其尾部都暴露在空气中，说明尾部和水是不易亲和的。联系化学知识，让学生体会各学科的之间交叉、渗透1925年，两位荷兰科学家高特(Gorter)和格伦德(Grendel)设法把哺乳动

7、物红细胞中提取的脂质在空气水界面上铺展成单分子层。结果发现磷脂排成单分子层后的面积恰好为红细胞表面积的2倍。由此可推导出脂质在细胞膜中的排列有什么特点？细胞膜中的脂质分子排列为连续的两层让学生体验科学发现的探索过程，在自主探索中主动获取知识，构建自己的知识大厦大家可能注意到了，前面的实验都是用红细胞作为实验材料的，为什么科学家选用哺乳动物的红细胞作实验材料？哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核，而且除了细胞膜外，在细胞质中没有其他含膜结构的细胞器，这样在比较细胞膜和磷脂分子二者的面积关系时，没有其他膜的干扰，便于分析使学生认识到科学研究中选材的重要性通过刚才的探究，你能勾勒出细胞膜的基本结构吗？细胞

8、膜主要由磷脂和蛋白质组成，而且磷脂分子是呈双层排列的，其亲水性的头部排列在外面，疏水性的尾部在内部培养学生的分析推理能力除了脂质外，蛋白质也是细胞膜的成分，蛋白质位于脂双层的什么位置？1959年，罗伯特森(J.D.Robertson)在电镜下看到了细胞膜清晰的暗亮暗的三层结构，提出生物膜的“三明治”模型：认为生物膜都是由蛋白质脂质蛋白质三层结构构成，并且认为生物膜都是静态的统一结构。这个观点引起其他科学家的质疑。多媒体演示细胞生长、变形虫的运动，说明静态的生物膜不能解释细胞生长、变形虫的变形运动等现象，细胞的复杂功能也难以实现。通过实例让学生分析这种膜结构的不合理性，树立结构与功能相适应的观点

9、使学生体会到技术进步对科学发展的重大影响。使学生明白科学探究过程的假设必须经过实验的检验才能得到大家的认可有什么证据证明细胞膜中的物质不断运动的？随着新技术的不断应用，科学家发现膜蛋白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。重点介绍1970年荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验。多媒体演示实验过程：绿色荧光的染料标记小鼠细胞表面的蛋白质分子，红色荧光的染料标记人细胞表面的蛋白质分子，将小鼠细胞和人细胞融合，这两种细胞刚融合时，融合细胞的一半发绿色荧光，另一半发红色荧光，在37下经过40分钟，两种颜色的荧光均匀分布。这一实验过程显示细胞膜的结构特点具有流动性。学生看实验过程，讨

10、论结果让学生体会技术的进步会使科学研究得到发展补充介绍科学家运用冰冻蚀刻法在电镜下观察到细胞膜的磷脂双分子层中的蛋白质的分布。这个实验说明由于技术的不断进步，科学家发现，膜蛋白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。并通过实验证明了细胞膜具有流动性。1972年，桑格(S.J.Singer)和尼克森(G.Nicolson)提出了细胞膜的流动镶嵌模型为大家所能接受。讨论技术进步在细胞膜研究中的应用 使学生理解科学、技术的关系引导学生总结在探究出生物膜的流动镶嵌模型中，运用的方法：提出问题，提出假设，进一步验证完善，不断发展。回忆科学探究的一般过程加深学生对科学研究过程的认识介绍

11、流动镶嵌模型的基本内容：磷脂双分子层构成了膜的基本支架，这个支架具有流动性，蛋白质分子有的镶在磷脂双分子层表面，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的横跨整个磷脂双分子层。多数蛋白质分子是可以运动的。磷脂分子之间有一些小孔，可以让一些物质进出，以及蛋白质也可以成为物质进出膜的通道。使学生认同流动镶嵌模型的合理性。 强化结构与功能相适应的观点 简介细胞膜上糖被的功能：保护、润滑、识别等。 简介细胞膜表面的糖脂组成。认识细胞膜结构的复杂性和功能的多样性进一步加深对细胞膜的重要性的体会思考、讨论：1生物膜的流动镶嵌模型是不是就完美无缺了呢？2纵观整个人们建立生物膜模型的探索过程，实验技术的进步所起到

12、怎样的作用？ 3分析生物膜模型的建立过程中，结构和功能相适应是如何体现的？1生物膜的流动镶嵌模型不可能完美无缺。2实验技术的进步起到了关键性的推动作用。3在建立生物膜模型的过程中，结构和功能相适应的观点始终引导人们不断实践、认识，再实践、再认识；使人类一步步接近生物膜的真相。使学生体会到科学研究的过程是不断开拓、发展、修正、前进的。科学研究永无止境。课堂练习：1据研究发现，胆固醇、小分子脂肪酸、维生素D等物质较容易优先通过细胞膜，这是因为（ ）A细胞膜具有一定流动性B细胞膜是选择透过性C细胞膜的结构是以磷脂分子层为基本骨架D细胞膜上镶嵌有各种蛋白质分子2下列哪一种膜结构能通过生物大分子（ ）A

13、细胞膜 B核膜 C线粒体膜 D叶绿体膜3一分子CO2从叶肉细胞的线粒体基质中扩散出来，进入一相邻细胞叶叶绿体基质内，共穿过的生物膜层数是（ ）A5 B6 C7 D84细胞膜上与细胞识别、免疫反应、信息传递和血型决定有着密切关系的化学物质是（ ）A糖蛋白 B磷脂 C脂肪 D核酸5变形虫的任何部位都能伸出伪足，人体某些白细胞能吞噬病菌，这些生理过程的完成都依赖于细胞膜的（ ）A保护作用 B一定的流动性 C主动运输 D选择透过性6下列物质中，不能横穿细胞膜进出细胞的是（ ）A维生素D和性激素 B水和尿素 C氨基酸和葡萄糖 D酶和胰岛素1C2B3B4A5B6D加深学生对细胞膜的流动镶嵌模型和细胞膜特性

14、的理解教学反思 通过前面的引导过程，学生能重新体验科学发现的探索过程，在自主探索中主动获取知识，并通过讨论和相互补充以及教师适当的解析，使学生从探索发现上升到知识构建，培养了学生科学推断和知识迁移的能力，符合新课程标准中“探索领先、合作学习，师生是学习共同体”的教育理念。根据新课标的要求，在教学中设计了一系列与科学家的实验有关的问题，这些问题有的难度很大，可以说就是当初科学家们多年的研究结果，但是学生们配合得很好，很多结论就是学生在课堂上推理得出的，这应该与学生对生物学科的兴趣和本身具有的能力有关。因为我校是江苏省首批的四星学校，集中了本地区最好的生源，学生的学习能力很强，对学习的热情也很高，这使我校的新课改能顺利进行。当然，教师对课程的把握、对学生积极表现的鼓励也是课堂教学改革顺利进行的保证。通过本节课的教学，我体会到教师应该在备课上多下功夫，参考各套教材，汲取所长应用到教学过程中。