第2节生物膜的流动镶嵌模型教案2

第2节　生物膜的流动镶嵌… 高中生物       人教2003课标版

一、教学目标

（一）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，阐述科学发现的一般规律。

（二）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

（三）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

高中学生具备一定的观察能力和分析能力，但探索的动力主要来自对相关问题的好奇与有趣水平。所以教师设计学生要探究的问题，一定要层层深入，按照学生的思维水平和能力达到一定深度，使学生顺利由感性认识向理性认识过渡。

教学重点：理解生物膜流动镶嵌模型的基本内容。
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。

图示：变形虫运动                                          

 设问:（1）此画面中细胞膜形态有变化吗？若有变化请描述。

（2）请同学们根据此画面描述细胞膜的功能是什么？是所有的物质都可以通过细胞膜吗？

过渡：（细胞膜、核膜、细胞器的膜）生物膜都具有选择透过性。                                                                                                                                

生物学观点认为：结构和功能是相适应的。那么，生物膜应具备怎样的结构，才能与其功能适应呢？
分组讨论：

（1）请对生物膜的结构做大胆猜想？

（2）如果你是科学家，要对细胞膜进行研究，你将从哪些方面入手？

人类对于生物膜结构的认识历经了近百年的时间，许多科学家付出了努力和智慧。现在让我们追随他们的脚步，共同体验探索的历程。

（一）对生物膜结构的探索历程
1．对生物膜成分的探索——脂质
资料1：时间：19世纪末 1895年
人物：欧文顿（E.Overton）
实验：用500多种物质对植物细胞进行上万次的通透性实验。
发现：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
假说：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
质疑：①他发现了什么？你发现了吗？（提示：相似相溶）

②生物膜是由脂质组成，这个结论的依据是对现象的推理分析还是对膜成分的提取和鉴定？

③在推理分析得到结论之后还有必要对膜的成分进行提取、分离和鉴定吗？

过渡：生物膜的成分是否只有脂质一种？还有其他成分？
2．对生物膜成分的探索——蛋白质
资料2：科学家在实验中发现：细胞膜不但会被溶解脂质的物质溶解，也会被蛋白酶（能    

专一地分解蛋白质的物质）分解。
结论：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
质疑：根据实验，你能得出什么结论？
过渡：知道细胞膜主要由脂质和蛋白质组成，那么接下来面临的问题是什么？（脂质分子与蛋白质在膜中如何排列）
设问：说说你对蛋白质的认识，生物膜中的脂质主要是哪一种？
课件展示：磷脂分子的结构。
设问：（1）你如何理解亲水性和疏水性。
（2）既然磷脂分子有这样的特点，那么它在生物膜中是如何排布的呢？
分组讨论及板演：

（1）利用手中的磷脂分子模型摆出下面两种情况下磷脂的分布情况：在空气-水界面上和在水溶液中；

（2）人体组织细胞内外环境如何，预测生物膜中磷脂的排列方式，并摆出来。

课件展示：磷脂分子在水—空气界面中和水溶液中的分布简图以及人体细胞（两侧都有水时）生物膜中磷脂的排列。
学生活动：请你依据我们的推测，组装出磷脂双分子层。
    过渡：我们的推测到底对不对呢？让我们看看科学家的工作。

3．对生物膜结构的探索——磷脂双分子层
资料3：时间：1925年
人物：荷兰科学家Gorter和Grendel
 　实验：用丙酮从红细胞中抽提出脂质，在空气—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两倍。
结论：膜中脂质分子排列为连续两层
鼓励学生：我们的推测是对的，我们是成功的。那么，你是否又有新的疑问？（那蛋白质和磷脂双分子层的位置关系又是如何的呢？）
学生分组讨论、板演：利用给定的教具猜想磷脂双分子层与蛋白质的排布方式。
学生分组操作，每组说出自己的猜想（蛋白质或镶在或嵌入或贯穿在磷脂双分子层中）
过渡：让我们带着这些猜想，看看科学家们的实验。
4．对生物膜架构的探索—－脂质和蛋白质的排布方式（一）
资料4：时间：1959年
人物：罗伯特森
实验：利用电镜。电子显微镜是用电子束照射被检样品，由于电子与不同物质发生碰撞而产生不同散射度。因蛋白质电子密度高，故显暗带，磷脂分子电子密度低则呈亮带。
假说：生物膜是由“蛋白质—脂质—蛋白质”构成的三层静态统一结构（三明治模型）。
课件展示：三明治模型
设问：（1）明暗层指何种成分？
     （2）它们是如何构建生物膜的？
     （3）说出三明治模型的结构特点。
过渡：随着科学技术的发展，人们掌握了利用冰冻蚀刻技术来认识生物膜。

5．对生物膜架构的探索—－脂质和蛋白质的排布方式（二）
资料5：冰冻蚀刻电子显微法：标本用干冰等冰冻，后用冷刀断开，升温后暴露断裂面。
结论：蛋白质＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿在磷脂双分子层中。
说明：蛋白质在膜中的分布是＿＿＿＿＿＿＿＿＿的。
设问：（1）蛋白质与磷脂双分子层的位置关系？
     （2）同时说明什么问题？
分组讨论：（1）蛋白质与磷脂排布与你先前的猜想有何区别？与三明治模型呢？
         （2）三明治模型还有何不足之处，找出证据说明。
课件展示：教师放映变形虫的变形运动、白细胞吞噬病原体、植物细胞的质壁分离和复原的动画，让学生从感性上认识膜不是刚性结构。
过渡：我们的推测到底对不对，科学家做了一个巧妙的实验。
6．新技术带来新模型（一）
资料6：时间：1970年
人物：弗雷和埃迪登( Frye 和 Edidin )
实验：将人和鼠的细胞膜蛋白质用不同荧光染料标记后融合（动画播放）
结论：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
设问：你观察到什么现象？能得出什么结论？
过渡：在继承前人的结论基础上，结合新的观察和实验证据，又有科学家提出一些关于生物膜的分子结构模型。其中1972年桑格（S. J. Singer）和尼克森（G. Nicolson）提出的流动镶嵌模型为大多数人所接受。
设问：经历了探索的历程，你能总结出流动镶嵌模型的内容吗？
学生分组讨论、板演：摆出生物膜模型并语言说明

7．新技术带来新模型（二）
资料7：时间：1972年
人物：桑格和 尼克森
假说：流动镶嵌模型

（二）流动镶嵌模型的基本内容
生物膜的流动镶嵌膜型认为，＿＿＿＿＿＿＿＿构成了膜的基本支架，这个支架不是          ＿＿＿＿＿＿的，而是具有＿＿＿＿＿＿＿＿ 的；蛋白质分子有的＿＿＿＿在磷脂双分子层表面，有的部分或全部＿＿＿＿＿磷脂双分子层中，有的＿＿＿＿＿整个磷脂双分子层。大多数蛋白质也是可以＿＿＿＿＿＿＿＿的。细胞膜外表有糖蛋白（糖被）。细胞膜表

面还有糖类和脂质结合成的———— 。

学生活动：（1）阅读并填写学案

（2）学生描述

思考讨论：（1）在生物膜模型的建立和完善过程中，你受到哪些启示？
         （2）生物膜的流动镶嵌模型是否已完美无缺？说说你的看法。
（三）课堂小结（学生总结结论）
生物膜结构的探究历程

19世纪末  欧文顿   多种物质对膜通透性实验

20世纪初  对红细胞膜化学分析

1925年，两位荷兰科学家    红细胞膜的脂质铺展成单层分子的面积是原膜表面积的两倍

1959年， 罗伯特森    电镜下膜呈“暗—亮—暗”三层结构

1970年 ，人、鼠细胞融合实验

1972，桑格和尼克森，新的观察和实验证据的基础上，提出分子结构模型。

（四）课外探究
（1）细胞膜中除了含有磷脂和蛋白质分子外，还有其他物质吗？请你课后搜索这方面 

的信息。
（2）制作细胞膜模型有没有更好的设计方法和更合适的实验材料。希望你课后能尝试一下。

 第2节  生物膜的流动镶嵌模型

【自我检测】

班级         姓名       

一、选择题（每题只有一个最合题意的答案，每题5分）

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．细胞膜的结构以磷脂双分子层为基本骨架

D．细胞膜上镶嵌有各种蛋白质分子
2.下列哪项叙述不是细胞膜的结构特点？（    ）

A.细胞膜是选择透过性膜             B.细胞膜由磷脂分子和蛋白质分子构成

C.细胞膜的分子结构具有流动性       D.有些蛋白质分子可以在膜的内外之间移动

3．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
4．细胞膜上与细胞识别、免疫反应、信息传递和血型决定有密切关系的化学物质是（    ）
A．糖蛋白　　   　B．磷脂　　        　C．脂肪　　　    D．核酸

5.下列关于细胞膜的叙述中，错误的是（    ）

A.细胞膜主要是由蛋白质分子和磷脂分子组成

B.细胞膜外侧有糖蛋白

C.细胞膜中蛋白质分子是分布均匀的

D.细胞膜中的大多数蛋白质分子和磷脂分子不是静止的

第2节　生物膜的流动镶嵌模型　

第2节　生物膜的流动镶嵌模型　

图示：变形虫运动                                          

 设问:（1）此画面中细胞膜形态有变化吗？若有变化请描述。

（2）请同学们根据此画面描述细胞膜的功能是什么？是所有的物质都可以通过细胞膜吗？

过渡：（细胞膜、核膜、细胞器的膜）生物膜都具有选择透过性。                                                                                                                                

生物学观点认为：结构和功能是相适应的。那么，生物膜应具备怎样的结构，才能与其功能适应呢？
分组讨论：

（1）请对生物膜的结构做大胆猜想？

（2）如果你是科学家，要对细胞膜进行研究，你将从哪些方面入手？

人类对于生物膜结构的认识历经了近百年的时间，许多科学家付出了努力和智慧。现在让我们追随他们的脚步，共同体验探索的历程。

（一）对生物膜结构的探索历程
1．对生物膜成分的探索——脂质
资料1：时间：19世纪末 1895年
人物：欧文顿（E.Overton）
实验：用500多种物质对植物细胞进行上万次的通透性实验。
发现：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
假说：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
质疑：①他发现了什么？你发现了吗？（提示：相似相溶）

②生物膜是由脂质组成，这个结论的依据是对现象的推理分析还是对膜成分的提取和鉴定？

③在推理分析得到结论之后还有必要对膜的成分进行提取、分离和鉴定吗？

过渡：生物膜的成分是否只有脂质一种？还有其他成分？
2．对生物膜成分的探索——蛋白质
资料2：科学家在实验中发现：细胞膜不但会被溶解脂质的物质溶解，也会被蛋白酶（能    

专一地分解蛋白质的物质）分解。
结论：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
质疑：根据实验，你能得出什么结论？
过渡：知道细胞膜主要由脂质和蛋白质组成，那么接下来面临的问题是什么？（脂质分子与蛋白质在膜中如何排列）
设问：说说你对蛋白质的认识，生物膜中的脂质主要是哪一种？
课件展示：磷脂分子的结构。
设问：（1）你如何理解亲水性和疏水性。
（2）既然磷脂分子有这样的特点，那么它在生物膜中是如何排布的呢？
分组讨论及板演：

（1）利用手中的磷脂分子模型摆出下面两种情况下磷脂的分布情况：在空气-水界面上和在水溶液中；

（2）人体组织细胞内外环境如何，预测生物膜中磷脂的排列方式，并摆出来。

课件展示：磷脂分子在水—空气界面中和水溶液中的分布简图以及人体细胞（两侧都有水时）生物膜中磷脂的排列。
学生活动：请你依据我们的推测，组装出磷脂双分子层。
    过渡：我们的推测到底对不对呢？让我们看看科学家的工作。

3．对生物膜结构的探索——磷脂双分子层
资料3：时间：1925年
人物：荷兰科学家Gorter和Grendel
 　实验：用丙酮从红细胞中抽提出脂质，在空气—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两倍。
结论：膜中脂质分子排列为连续两层
鼓励学生：我们的推测是对的，我们是成功的。那么，你是否又有新的疑问？（那蛋白质和磷脂双分子层的位置关系又是如何的呢？）
学生分组讨论、板演：利用给定的教具猜想磷脂双分子层与蛋白质的排布方式。
学生分组操作，每组说出自己的猜想（蛋白质或镶在或嵌入或贯穿在磷脂双分子层中）
过渡：让我们带着这些猜想，看看科学家们的实验。
4．对生物膜架构的探索—－脂质和蛋白质的排布方式（一）
资料4：时间：1959年
人物：罗伯特森
实验：利用电镜。电子显微镜是用电子束照射被检样品，由于电子与不同物质发生碰撞而产生不同散射度。因蛋白质电子密度高，故显暗带，磷脂分子电子密度低则呈亮带。
假说：生物膜是由“蛋白质—脂质—蛋白质”构成的三层静态统一结构（三明治模型）。
课件展示：三明治模型
设问：（1）明暗层指何种成分？
     （2）它们是如何构建生物膜的？
     （3）说出三明治模型的结构特点。
过渡：随着科学技术的发展，人们掌握了利用冰冻蚀刻技术来认识生物膜。

5．对生物膜架构的探索—－脂质和蛋白质的排布方式（二）
资料5：冰冻蚀刻电子显微法：标本用干冰等冰冻，后用冷刀断开，升温后暴露断裂面。
结论：蛋白质＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿在磷脂双分子层中。
说明：蛋白质在膜中的分布是＿＿＿＿＿＿＿＿＿的。
设问：（1）蛋白质与磷脂双分子层的位置关系？
     （2）同时说明什么问题？
分组讨论：（1）蛋白质与磷脂排布与你先前的猜想有何区别？与三明治模型呢？
         （2）三明治模型还有何不足之处，找出证据说明。
课件展示：教师放映变形虫的变形运动、白细胞吞噬病原体、植物细胞的质壁分离和复原的动画，让学生从感性上认识膜不是刚性结构。
过渡：我们的推测到底对不对，科学家做了一个巧妙的实验。
6．新技术带来新模型（一）
资料6：时间：1970年
人物：弗雷和埃迪登( Frye 和 Edidin )
实验：将人和鼠的细胞膜蛋白质用不同荧光染料标记后融合（动画播放）
结论：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
设问：你观察到什么现象？能得出什么结论？
过渡：在继承前人的结论基础上，结合新的观察和实验证据，又有科学家提出一些关于生物膜的分子结构模型。其中1972年桑格（S. J. Singer）和尼克森（G. Nicolson）提出的流动镶嵌模型为大多数人所接受。
设问：经历了探索的历程，你能总结出流动镶嵌模型的内容吗？
学生分组讨论、板演：摆出生物膜模型并语言说明

7．新技术带来新模型（二）
资料7：时间：1972年
人物：桑格和 尼克森
假说：流动镶嵌模型

（二）流动镶嵌模型的基本内容
生物膜的流动镶嵌膜型认为，＿＿＿＿＿＿＿＿构成了膜的基本支架，这个支架不是          ＿＿＿＿＿＿的，而是具有＿＿＿＿＿＿＿＿ 的；蛋白质分子有的＿＿＿＿在磷脂双分子层表面，有的部分或全部＿＿＿＿＿磷脂双分子层中，有的＿＿＿＿＿整个磷脂双分子层。大多数蛋白质也是可以＿＿＿＿＿＿＿＿的。细胞膜外表有糖蛋白（糖被）。细胞膜表

面还有糖类和脂质结合成的———— 。

学生活动：（1）阅读并填写学案

（2）学生描述

思考讨论：（1）在生物膜模型的建立和完善过程中，你受到哪些启示？
         （2）生物膜的流动镶嵌模型是否已完美无缺？说说你的看法。
（三）课堂小结（学生总结结论）
生物膜结构的探究历程

19世纪末  欧文顿   多种物质对膜通透性实验

20世纪初  对红细胞膜化学分析

1925年，两位荷兰科学家    红细胞膜的脂质铺展成单层分子的面积是原膜表面积的两倍

1959年， 罗伯特森    电镜下膜呈“暗—亮—暗”三层结构

1970年 ，人、鼠细胞融合实验

1972，桑格和尼克森，新的观察和实验证据的基础上，提出分子结构模型。

（四）课外探究
（1）细胞膜中除了含有磷脂和蛋白质分子外，还有其他物质吗？请你课后搜索这方面 

的信息。
（2）制作细胞膜模型有没有更好的设计方法和更合适的实验材料。希望你课后能尝试一下。

 第2节  生物膜的流动镶嵌模型

【自我检测】

班级         姓名       

一、选择题（每题只有一个最合题意的答案，每题5分）

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．细胞膜的结构以磷脂双分子层为基本骨架

D．细胞膜上镶嵌有各种蛋白质分子
2.下列哪项叙述不是细胞膜的结构特点？（    ）

A.细胞膜是选择透过性膜             B.细胞膜由磷脂分子和蛋白质分子构成

C.细胞膜的分子结构具有流动性       D.有些蛋白质分子可以在膜的内外之间移动

3．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
4．细胞膜上与细胞识别、免疫反应、信息传递和血型决定有密切关系的化学物质是（    ）
A．糖蛋白　　   　B．磷脂　　        　C．脂肪　　　    D．核酸

5.下列关于细胞膜的叙述中，错误的是（    ）

A.细胞膜主要是由蛋白质分子和磷脂分子组成

B.细胞膜外侧有糖蛋白

C.细胞膜中蛋白质分子是分布均匀的

D.细胞膜中的大多数蛋白质分子和磷脂分子不是静止的