第2节生物膜的流动镶嵌模型优秀公开课教案

第2节　生物膜的流动镶嵌… 高中生物       人教2003课标版

知识与技能    

1.简述生物膜的结构 ，简述生物膜的流动镶嵌模型的基本内容 

2.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。

过程与方法

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，并初步掌握科学研究的方法。

2.通过制作模型，锻炼学生的空间想象能力和动手操作能力

情感态度和价值观

1.理解在建立生物膜模型的过程中，实验技术的进步所起的作用

3.探讨在建立生物膜模型的过程中，如何体现结构与功能相适应的观点

1.学生在前面的学习中已经了解了细胞、知道了组成细胞的分子、掌握了细胞的基本结构，尤其是细胞膜作为最基本生命系统的边界等相关知识，为本节知识的学习奠定了基础。 

2.高中学生具备了一定的观察和认知能力，分析思维的目的性、连续性和逻辑性也已初步建立，但还很不完善，对事物的探索好奇，又往往具有盲目性，缺乏目的性，并对探索科学的过程与方法及结论的形成缺乏理性的思考。 

教学重点 

1、理解科学家对生物膜结构的探索历程。 

2、了解生物膜的流动镶嵌模型学说的基本内容。 

教学难点 

1、探讨建立生物膜模型的过程中，如何体现结构与功能相适应的观点 

2、理解生物膜的流动性。 

教师：同学们，在制作真核细胞的三维结构模型时，提供给你制作细胞膜的三种材料：塑料袋、普通布和弹力布，你选用哪种材料呢？为什么？ 

学生：细胞膜很薄，是细胞这个生命系统的边界。 

学生：细胞膜是选择透过性膜，能够控制物质的进出，让一部分物质通过，其他物质不能通过。 

学生：植物细胞质壁分离和复原的实验告诉我们，细胞能够在一定范围内胀大和缩小，说明细胞膜具有一定的弹性。 

学生：塑料袋只能满足作为系统边界的要求，普通布能够满足系统的边界和让一部分物质透过这两项功能的要求，只有弹力布能够满足前面提到的三项功能的要求。 

教师：大家进行选择的依据是利用了细胞膜的功能，这体现了什么样的生物学思想呢？ 

学生：生物体结构和功能相适应的思想。 

教师：实际上，弹力布也并不能完全代替生物膜。要找到更好的材料，我们还需要对细胞膜的结构有更深的认识。 

教师：人们对事物的认识是有一个过程的，科学家当年正是怀着对物质跨膜运输现象产生的疑问，开始了对生物膜结构的孜孜以求地探索，历经了一百多年时间，走过了一条曲折的道路，直到现在仍有许多科学家在继续深入研究。让我们一起重温一下这段历史，会让大家对科学过程和本质的理解有所启发。我想让大家穿过时空隧道，回到一百多年前，假想一下：如果你是当时的一位科学家，你会怎样去研究细胞膜的结构？（提示学生，引导他们明白限于当时的技术条件，还不能亲眼看到生物膜，无法想像它的结构是什么样的，通过什么办法进行第一步的探究呢？引导学生看教材后明白当时科学家是从生理功能入手来探究的，通过实验观察，科学家才有严谨的推理，提出膜是由脂质组成这一假说，提示学生作出科学探究过程中作出假设后的步骤是什么（通过实验来验证假设），从而进入下面的学习。 

学生：可以从现象入手，去进行推测。 

教师：这就是生物学研究上常用的一种科学方法——假说法。这也是我们今天探究生物膜的结构的一个重要的方法，下面，就让我们沿着科学家的足迹，和科学家一起来研究这个问题。 

问题：探究细胞膜的组成成分是什么？ 

展示资料1：欧文顿的实验及其相关的图片

时间：19世纪末  1895年 

人物：欧文顿（E. Overton） 

实验：用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行过上万次的实验，发现细胞膜对不同物质的通透性是不一样的：凡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。 

教师：根据实验，你能提出什么假说？ 

学生：提出假说：膜是由脂质构成的。 

教师：在得出结论之后，还有没有必要对膜的成分进行提取、分离和鉴定呢？

学生：有必要，通过鉴定能更准确地说明问题。

教师：那为什么一开始不直接对膜的成分进行提取、分离和鉴定呢？

学生：当时的技术不能实现。

教师：这说明什么问题呢？

学生：这说明技术对科学研究的重要作用。

资料2

教师：直至20世纪初，科学家才能第一次将细胞膜从哺乳动物红细胞中分离出来，化学分析表明，膜的主要成分的确是磷脂和蛋白质。从而以实验说明了欧文顿的假说是成立的。也就是说假说是在实验与观察的基础上提出来的，同时又需要更进一步的实验来证明。

资料3

 时间：1925年

人物：荷兰科学家Gorter和Grendel

实验：两位科学分离纯化了红细胞，从一定数量的红细胞中抽提脂类，按Langmuir的方法进行展层，并比较展层后的脂单层的面积和根据体积所推算的总面积，发现提取的脂铺展后所测的面积同实际测量的红细胞的表面积之比为（1.8～2.2）∶1，约为两倍。

教师：假如你是当时的科学家，当你做实验时发现单分子的磷脂分子正好是红细胞的两倍时，大胆地展开你的想象力，你能做出什么假说？

学生：细胞膜中的磷脂是两层的。

问题：那蛋白质和磷脂的位置关系又是如何的呢？ 

展示资料4：罗伯特森的单位膜模型 

时间：1959年 

人物：J. D. Robertson罗伯特森 

实验：用超薄切片技术获得了清晰的细胞膜照片，显示暗—明—暗三层结构，厚约7.5 nm，它由厚约3.5 nm的双层脂质分子和内外表面各为厚约2 nm的蛋白质构成。 

提出假说：连续的脂质双分子层组成膜的主体，磷脂的非极性端朝向膜内侧，极性端朝向膜外两侧，蛋白质以单层肽链的厚度，通过静电作用与磷脂极性端相结合，从而形成蛋白质—磷脂—蛋白质的三层结构，称之为单位膜。他提出真核细胞与原核细胞具有相同的膜结构。单位膜模型的主要不足在于：把生物膜的结构描述成静止的、不变的，这显然与膜功能的多样性相矛盾。 

单位膜结构模型继承了前人的有关结论，又成功地利用了先进的电子显微镜的观察结果作为证据。但是他将生物膜描述为静态的刚性的结构，这一点很快又被新的技术手段下的实验所否定。 

问题：有什么证据证明细胞膜中的物质不是静态的呢？ 

教师放映变形虫的变形运动、白细胞吞噬病原体、细胞分裂的动画，让学生从感性上认识膜不是刚性结构。

展示材料5：荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验 

时间：1970年 

人物：Larry Frye等 

实验：将人和鼠的细胞膜用不同荧光抗体标记后，让两种细胞融合，杂种细胞一半发红色荧光、另一半发绿色荧光，放置一段时间后发现两种荧光抗体均匀分布。 

提出假说：细胞膜具有流动性。 

 教师：很好，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。 

资料6：展示1972年桑格和尼克森提出的流动镶嵌模型示意图

问题：①细胞膜的组成成分？

②细胞膜的基本支架？

③蛋白质分子在磷脂双分子层上如何排布的？

④细胞膜的结构特点和功能特点？

好，学到这里，纵观整个人们对建立生物膜模型的探索过程，我们有些话题想让大家思考讨论。 

以讨论小组的形式开展课堂讨论交流。 

①19世纪末，欧文顿的实验和推论：膜是由___________组成的。

②20世纪初，科学家的化学分析结果，指出膜主要由___________和__________组成。

③1925年，荷兰科学家得出：脂质分子是        层分布的；

④1959年，罗伯特森提出的“三明治”结构模型：所有生物膜都由           三层结构组成；

⑤1970年，荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验，指出细胞膜具有     性；

⑥1972年桑格和尼克森提出⑥1972年，桑格和尼克森提出了          模型.模型。 

阅读有关生物膜流动镶嵌模型的正文，填写

①组成成分：磷脂、蛋白质、糖类

②基本支架：磷脂双分子层

③蛋白质分布：覆盖、镶嵌、贯穿

④结构特点：具有一定的流动性

⑤功能特点：选择透过性

思考

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？

 ④分析生物膜模型的建立过程，你受到什么启示？

（1）变形虫的任何部位能伸出伪足，人体的某些白细胞能吞噬病菌，这些生理活动的完成说明细胞膜具有下列哪一特点 

A.选择透过性          B.一定的流动性    C.保护作用           D.细胞识别 

（2）1985年 Overton在研究各种未受精卵细胞的透性时，发现脂溶性物质容易透过细胞膜，不溶于脂质的物质透过细胞膜十分困难。这表明组成细胞膜的主要成分中有___________。 

（3）1925年 Corter Grendel用丙酮提取细胞膜的脂，并将它在空气—水界面上展开时，发现这个单层分子的面积相当于原来细胞表面积的两倍。由此可以认为细胞膜由___________组成。 

（4）1970年，科学家用不同荧光染料标记的抗体，分别与鼠和人细胞膜上的一种抗原相结合，使它们分别产生绿色和红色荧光。将两种细胞融合成一个细胞时，开始时一半呈绿色，另一半呈红色，但在 37 ℃水浴中保温40 min后，融合细胞上的两种颜色的荧光呈现均匀分布。这个实验说明___________，其原因是___________。 

参考答案： 

（1）B  （2）脂质  （3）磷脂双分子层  （4）细胞膜具有一定的流动性  构成细胞膜的蛋白质分子（抗原）是可以运动的 

1．画细胞膜结构的简图，并注明主要物质的名称 

2．利用废旧物制作生物膜模型，交流

3．课后延伸

利用互联网搜索科学家对生物膜研究的最新进展资料，并通过自己的加工将资料整理出来，拿到班上相互交流

教师通过各种形式，不断地启发学生思考，调动学生的学习热情，充分发挥其主体性，使学生积极参与到课堂教学之中，并通过自己的努力去解决问题，从而达到真正理解和掌握知识目的。其中教师起到诱导、点拨、示范的作用，改变了以往由教师讲、学生听的单纯的知识传授为主的教学方式，使学生对有关细胞膜的知识不是呆板地去记忆，而是自己主动的去学习，学生的学习方法获得发展，学习能力得到提高。　

       但是教学前需要学生做好充分的预习，否则效果不佳。

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　

教师：同学们，在制作真核细胞的三维结构模型时，提供给你制作细胞膜的三种材料：塑料袋、普通布和弹力布，你选用哪种材料呢？为什么？ 

学生：细胞膜很薄，是细胞这个生命系统的边界。 

学生：细胞膜是选择透过性膜，能够控制物质的进出，让一部分物质通过，其他物质不能通过。 

学生：植物细胞质壁分离和复原的实验告诉我们，细胞能够在一定范围内胀大和缩小，说明细胞膜具有一定的弹性。 

学生：塑料袋只能满足作为系统边界的要求，普通布能够满足系统的边界和让一部分物质透过这两项功能的要求，只有弹力布能够满足前面提到的三项功能的要求。 

教师：大家进行选择的依据是利用了细胞膜的功能，这体现了什么样的生物学思想呢？ 

学生：生物体结构和功能相适应的思想。 

教师：实际上，弹力布也并不能完全代替生物膜。要找到更好的材料，我们还需要对细胞膜的结构有更深的认识。 

教师：人们对事物的认识是有一个过程的，科学家当年正是怀着对物质跨膜运输现象产生的疑问，开始了对生物膜结构的孜孜以求地探索，历经了一百多年时间，走过了一条曲折的道路，直到现在仍有许多科学家在继续深入研究。让我们一起重温一下这段历史，会让大家对科学过程和本质的理解有所启发。我想让大家穿过时空隧道，回到一百多年前，假想一下：如果你是当时的一位科学家，你会怎样去研究细胞膜的结构？（提示学生，引导他们明白限于当时的技术条件，还不能亲眼看到生物膜，无法想像它的结构是什么样的，通过什么办法进行第一步的探究呢？引导学生看教材后明白当时科学家是从生理功能入手来探究的，通过实验观察，科学家才有严谨的推理，提出膜是由脂质组成这一假说，提示学生作出科学探究过程中作出假设后的步骤是什么（通过实验来验证假设），从而进入下面的学习。 

学生：可以从现象入手，去进行推测。 

教师：这就是生物学研究上常用的一种科学方法——假说法。这也是我们今天探究生物膜的结构的一个重要的方法，下面，就让我们沿着科学家的足迹，和科学家一起来研究这个问题。 

问题：探究细胞膜的组成成分是什么？ 

展示资料1：欧文顿的实验及其相关的图片

时间：19世纪末  1895年 

人物：欧文顿（E. Overton） 

实验：用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行过上万次的实验，发现细胞膜对不同物质的通透性是不一样的：凡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。 

教师：根据实验，你能提出什么假说？ 

学生：提出假说：膜是由脂质构成的。 

教师：在得出结论之后，还有没有必要对膜的成分进行提取、分离和鉴定呢？

学生：有必要，通过鉴定能更准确地说明问题。

教师：那为什么一开始不直接对膜的成分进行提取、分离和鉴定呢？

学生：当时的技术不能实现。

教师：这说明什么问题呢？

学生：这说明技术对科学研究的重要作用。

资料2

教师：直至20世纪初，科学家才能第一次将细胞膜从哺乳动物红细胞中分离出来，化学分析表明，膜的主要成分的确是磷脂和蛋白质。从而以实验说明了欧文顿的假说是成立的。也就是说假说是在实验与观察的基础上提出来的，同时又需要更进一步的实验来证明。

资料3

 时间：1925年

人物：荷兰科学家Gorter和Grendel

实验：两位科学分离纯化了红细胞，从一定数量的红细胞中抽提脂类，按Langmuir的方法进行展层，并比较展层后的脂单层的面积和根据体积所推算的总面积，发现提取的脂铺展后所测的面积同实际测量的红细胞的表面积之比为（1.8～2.2）∶1，约为两倍。

教师：假如你是当时的科学家，当你做实验时发现单分子的磷脂分子正好是红细胞的两倍时，大胆地展开你的想象力，你能做出什么假说？

学生：细胞膜中的磷脂是两层的。

问题：那蛋白质和磷脂的位置关系又是如何的呢？ 

展示资料4：罗伯特森的单位膜模型 

时间：1959年 

人物：J. D. Robertson罗伯特森 

实验：用超薄切片技术获得了清晰的细胞膜照片，显示暗—明—暗三层结构，厚约7.5 nm，它由厚约3.5 nm的双层脂质分子和内外表面各为厚约2 nm的蛋白质构成。 

提出假说：连续的脂质双分子层组成膜的主体，磷脂的非极性端朝向膜内侧，极性端朝向膜外两侧，蛋白质以单层肽链的厚度，通过静电作用与磷脂极性端相结合，从而形成蛋白质—磷脂—蛋白质的三层结构，称之为单位膜。他提出真核细胞与原核细胞具有相同的膜结构。单位膜模型的主要不足在于：把生物膜的结构描述成静止的、不变的，这显然与膜功能的多样性相矛盾。 

单位膜结构模型继承了前人的有关结论，又成功地利用了先进的电子显微镜的观察结果作为证据。但是他将生物膜描述为静态的刚性的结构，这一点很快又被新的技术手段下的实验所否定。 

问题：有什么证据证明细胞膜中的物质不是静态的呢？ 

教师放映变形虫的变形运动、白细胞吞噬病原体、细胞分裂的动画，让学生从感性上认识膜不是刚性结构。

展示材料5：荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验 

时间：1970年 

人物：Larry Frye等 

实验：将人和鼠的细胞膜用不同荧光抗体标记后，让两种细胞融合，杂种细胞一半发红色荧光、另一半发绿色荧光，放置一段时间后发现两种荧光抗体均匀分布。 

提出假说：细胞膜具有流动性。 

 教师：很好，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。 

资料6：展示1972年桑格和尼克森提出的流动镶嵌模型示意图

问题：①细胞膜的组成成分？

②细胞膜的基本支架？

③蛋白质分子在磷脂双分子层上如何排布的？

④细胞膜的结构特点和功能特点？

好，学到这里，纵观整个人们对建立生物膜模型的探索过程，我们有些话题想让大家思考讨论。 

以讨论小组的形式开展课堂讨论交流。 

①19世纪末，欧文顿的实验和推论：膜是由___________组成的。

②20世纪初，科学家的化学分析结果，指出膜主要由___________和__________组成。

③1925年，荷兰科学家得出：脂质分子是        层分布的；

④1959年，罗伯特森提出的“三明治”结构模型：所有生物膜都由           三层结构组成；

⑤1970年，荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验，指出细胞膜具有     性；

⑥1972年桑格和尼克森提出⑥1972年，桑格和尼克森提出了          模型.模型。 

阅读有关生物膜流动镶嵌模型的正文，填写

①组成成分：磷脂、蛋白质、糖类

②基本支架：磷脂双分子层

③蛋白质分布：覆盖、镶嵌、贯穿

④结构特点：具有一定的流动性

⑤功能特点：选择透过性

思考

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？

 ④分析生物膜模型的建立过程，你受到什么启示？

（1）变形虫的任何部位能伸出伪足，人体的某些白细胞能吞噬病菌，这些生理活动的完成说明细胞膜具有下列哪一特点 

A.选择透过性          B.一定的流动性    C.保护作用           D.细胞识别 

（2）1985年 Overton在研究各种未受精卵细胞的透性时，发现脂溶性物质容易透过细胞膜，不溶于脂质的物质透过细胞膜十分困难。这表明组成细胞膜的主要成分中有___________。 

（3）1925年 Corter Grendel用丙酮提取细胞膜的脂，并将它在空气—水界面上展开时，发现这个单层分子的面积相当于原来细胞表面积的两倍。由此可以认为细胞膜由___________组成。 

（4）1970年，科学家用不同荧光染料标记的抗体，分别与鼠和人细胞膜上的一种抗原相结合，使它们分别产生绿色和红色荧光。将两种细胞融合成一个细胞时，开始时一半呈绿色，另一半呈红色，但在 37 ℃水浴中保温40 min后，融合细胞上的两种颜色的荧光呈现均匀分布。这个实验说明___________，其原因是___________。 

参考答案： 

（1）B  （2）脂质  （3）磷脂双分子层  （4）细胞膜具有一定的流动性  构成细胞膜的蛋白质分子（抗原）是可以运动的 

1．画细胞膜结构的简图，并注明主要物质的名称 

2．利用废旧物制作生物膜模型，交流

3．课后延伸

利用互联网搜索科学家对生物膜研究的最新进展资料，并通过自己的加工将资料整理出来，拿到班上相互交流

教师通过各种形式，不断地启发学生思考，调动学生的学习热情，充分发挥其主体性，使学生积极参与到课堂教学之中，并通过自己的努力去解决问题，从而达到真正理解和掌握知识目的。其中教师起到诱导、点拨、示范的作用，改变了以往由教师讲、学生听的单纯的知识传授为主的教学方式，使学生对有关细胞膜的知识不是呆板地去记忆，而是自己主动的去学习，学生的学习方法获得发展，学习能力得到提高。　

       但是教学前需要学生做好充分的预习，否则效果不佳。

• 优点:

  教学目标明确，教学设计合理，教学策略恰当，教学方法、数字教育资源与教学目标、教学内容、课堂组织匹配协调，有效促进重难点的突破，学生在学习活动中获得良好的体验和感悟。

• 缺点:

  教学得失的阐述真实、明确、具体，但缺努力方向。教学过程中缺板书设计。