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共1课时
第2节 生物膜的流动镶嵌… 高中生物 人教2003课标版 1教学目标1. 知识与技能 ① 简述生物膜的流动镶嵌模型的基本内容 ② 举例说明生物膜具有的流动性特点 ③ 通过分析科学家建立生物膜模型的过程阐述科学发展的一般规律 2．过程与方法 ① 分析科学家建立生物膜结构模型过程，尝试提出问题，大胆作出假设 ② 发挥空间想象能力，构建细胞膜的空间立体结构 3. 情感、态度与价值观 ① 使学生树立生物结构与功能相适应的生物学辨证观点 ② 培养学生严谨的推理和大胆想象能力 ③ 认识到技术的发展在科学研究中的作用，尊重科学且用发展的观点看待科学，树立辨证的科学观 2学情分析本节内容与第一节“物质跨膜运输的实例”所反映的生物膜对物质的进出控制具有选择性等知识有一定的联系，并对第三节学习“物质跨膜运输的方式”作了知识准备。所以,这节的内容对整个章节的知识起到了承上启下的作用。内容主要包括对生物膜结构的探索历程和生物膜的流动镶嵌模型的基本内容两大部分。在教学中，充分发挥教师的主导地位和学生的主体地位，采用“引导—观察分析实验现象—提出假设—实验验证再分析”的教学模式，融合运用引导启发、观察分析、对比归纳、联系实例等方法，配以多媒体辅助教学，引导学生观察并分析实验现象，大胆的提出实验假设，宛如亲历科学家探索科学的历程，切身感受科学的魅力，保持强烈的探究科学的激情和兴趣，自然地接受流动镶嵌模型的理论。让学生在探究中学习科学探索的方法，从而渗透探索科学过程和方法的教育。 3重点难点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。 4教学过程 4.1 第一学时 教学活动 活动1【讲授】生物膜的流动镶嵌模型〖课前准备〗教师精心准备好相关资料、图片展示给学生，制作好多媒体课件 〖引入〗(5min) 教师：从上一节课物质跨膜运输的实例可以看出生物膜的功能是什么？功能特性是什么？ 学生：（略） 教师：在制作真核细胞三维结构模型活动中，某小组同学分别用三种材料做细胞膜：塑料袋、普通布和弹力布：塑料袋、普通布和弹力布。根据细胞膜的功能及功能特性，请学生分析模型中采用的普通布、塑料袋、弹力布哪种材料更能体现生物膜的功能？为什么？ 学生：（略） 教师：弹力布相对较好，那它能完全具有生物膜的特点吗？ 学生：（略） 教师：显然弹力布不具有生物膜的选择透过功能，还不是制作细胞膜最理想的材料，那么大家还能不能想出更好的材料做细胞膜呢？ 学生：（略） 教师：要想找到这种材料，就要知道生物膜究竟是怎样的结构呢？是什么样的结构，才使它具有选择透过功能？科学家也是带着这些问题，进行了探索生物膜结构的探索。下面让我们体验一下科学家探索生物膜结构的历程。 〖师生互动〗 （一）、对生物膜结构的探索历程(25min) 教师：一种物质或物体的结构，实际上是指其组成成分之间的组合形式。比如细胞的结构是指细胞膜、细胞质、细胞器和细胞核之间的组合形式，氨基酸的结构是指组成它的各种原子之间的组合形式。要弄清一种物质或物体的结构，首先要弄清其组成成分。那么，细胞膜的组成成分是什么呢？ 资料一 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，发现脂质更容易通过细胞膜。提出假说：膜是由脂质组成的。 〖设问〗：对“欧文顿实验” 最初实验得到生物膜是由脂质组成的，是通过对现象的推理分析还是通过膜成分的提取和鉴定？ 〖学生交流、讨论〗：（略） 〖教师讲述〗：1、从生理功能上入手，通过对现象的推理分析的。 2、根据他的实验结果：凡可以溶于脂质的物质，比不溶于脂质的物质更容 易通过细胞膜进入细胞。 3、有必要，通过鉴定能更准确地说明问题 4、对现象的推理分析是要进行鉴定，才能准确地说明问题。可是鉴于当时技术的限制，不能进行对结构物质的提取。 5．经科学家化学分析结果，细胞膜成分除了脂质外，还有蛋白质。那脂质和蛋白质是怎样形成膜的呢？ 资料二 ： 时间：1925年 人物：荷兰科学家Gorter和Grendel 实验：从红细胞膜中提取脂质，铺成单层分子，发现面积是红细胞膜的2倍 〖设问〗： １．“荷兰科学家实验”-----------实验得到什么现象？ ２．请你展开大胆想象，你会推测出什么样的结论？ 〖学生交流、讨论〗：（略） 〖教师讲述〗：两位荷兰科学家根据单分子层的面积是红细胞表面积的2倍。由此得出的结论是：细胞膜中的磷脂是双层的。磷脂是一种由甘油，脂肪酸和磷酸所组成的分子，磷酸“头”部是亲水的，脂肪酸“尾”部是疏水的。 〖设问〗： 请你运用相关的化学知识解释为什么磷脂在空气――水界面上铺展成单分子层？ 〖学生交流、讨论〗：（略） 〖教师讲述〗：这是大家开动脑筋推测出的磷脂分子排列方式，大家看哪种最合理？（教师分析）知道了脂质的排布方式，那么蛋白质与磷脂又是怎样的位置关系?有人推测出脂质两边覆盖蛋白质的理论。 资料三 时间：1959年 人物：罗伯特森（J.D.Robertsen） 实验：在电镜下看到细胞膜由“蛋白质—脂质—蛋白质”的三层结构构成 提出假说：生物膜是由“蛋白质—脂质—蛋白质”的三层结构构成的静态统一结构 〖教师设问〗： 对“罗伯特森电镜实验”──实验得到什么现象？ 〖学生交流、讨论〗：（略） 〖教师讲述〗：借助于电镜，罗伯特森观察到了细胞膜的结构，并推出静态结构。但它很难解释细胞分裂、草履虫的运动和分裂、成熟植物细胞的质壁分裂与复原现象。把生物膜描述为静态的刚性结构，这显然与膜功能的多样性相矛盾。20世纪60年代,有人对此静态观点提出异议。并随着科学技术的发展，对蛋白质的位置也提出了准确的说法，指出蛋白质不是全部平铺在脂质的表面，有的镶嵌在脂质双分子层中。那么，有什么证据证明细胞膜中的物质不是静态的吗？ 资料四： 时间：1970年 人物：Larry Frye等 实验：将人和鼠的细胞膜用不同的荧光抗体标记后，让两种细胞融合，杂交细胞的一半发红色荧光、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 〖设问〗： 对“荧光染料标记实验”──观察得到怎样的动态现象？ 〖学生交流、讨论〗：（略） 〖教师讲述〗：荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验，说明了组成细胞膜的分子是可以不断运动的，成功指出细胞膜的流动性 〖设问〗：我们还学过哪些生命现象能说明生物膜具有流动性？ 学生回答；（略） 〖教师讲述〗：白细胞吞噬病菌、变形虫的变形运动、植物细胞的质壁分离等例子都能说明细胞膜具有流动性。即流动镶嵌模型提出的膜结构能很好地解释上述细胞功能。 在新的观察和实验证据的基础上，又有学者提出一些关于生物膜的分子结构模型。其中１９７２年桑格和尼克森提出的流动镶嵌模型为大多数人所接受。它的具体内容是什么呢？ 二）、生物膜的流动镶嵌模型的基本内容（10min） 〖想象空间、课件展示〗结合生物膜结构的探索历程，学生展开想像，自我构建细胞膜的三维立体结构。再课件展示“细胞膜的结构”，教师有顺序、有层次清楚地阐述基本内容： 生物膜的组成：主要由蛋白质和脂质组成，还含少量的糖类。 生物膜的基本骨架：磷脂双分子层（亲水性头部朝向两侧，疏水性尾部朝向内侧）。 蛋白质分子存在形态：有镶在表面、嵌入、横跨三种，外侧的蛋白质分子与糖类结合形成糖被。体现了生物膜的不对称性。糖被在细胞的生命活动中具有重要功能，如保护、润滑、识别等。 生物膜的结构特点：流动性---磷脂分子和大多数蛋白质分子都是运动的。（课件展示磷脂分子的多种运动形式，帮助学生理解磷脂双分子层是轻油般的流体，具有流动性） 生物膜的功能特点：选择透过性。 绘制生物膜的概念图 〖学生讨论〗 设问：1。生物膜的流动镶嵌模型是不是完美无缺了呢？说说你的看法。 2．回顾建立生物膜模型的过程中，实验技术的进步起到怎样的作用？ 3．在建立生物膜模型的过程中，结构与功能相适应的观点是如何得到体现的？ 学生讨论：（略） 教师讲述： 1。生物膜的流动镶嵌模型不可能完美无缺，人类对自然界的认识永无止境，随 着实验技术的不断创新和改进，对膜的结构的认识回进一步深入，不断完善和发展流动镶嵌模型。 2．在建立生物膜模型的过程中，实验技术的进步起到了关键性的推动作用。如电子显微镜的诞生使人们看到了膜的存在，冰冻蚀刻技术和扫描电子显微镜技术使人们认识到膜的内外并不对称，荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验，证明了细胞膜的流动性。 3．在建立生物膜模型的过程中，结构与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，使人们一步步接近生物膜结构的真相。例如，不同生物膜的功能是有差异的。一般来说，功能的不同常伴随结构的差异，而早期的生物膜模型假定所有生物膜都是一样的，显然与不同部位的生物膜功能不完全相同是矛盾的。 （三）课堂小结 我们这节课就到这里，一方面我们重温了科学家探索细胞膜结构的历程，使我们加深了对科学过程和方法的理解。另一方面我们也学习了生物膜的流动镶嵌模型的基本内容，这对于我们学习下一节物质跨膜运输的方式有很重要的帮助。 （四）布置作业 ： 通过这堂课，一定让你对膜有了新的认识……课后请利用废弃物尝试制作细胞膜模型 另外还有一张相应的习题。 板书设计： 一、对生物膜结构的探索历程 1. 19世纪末 1895年 欧文顿（E. Overton）提出假说：膜是由脂质构成的。 2. 20世纪 对膜化学成分鉴定：膜是由脂质和蛋白质组成的。 3. 1925年 荷兰科学家Gorter和Grendel 提出：细胞膜中的磷脂是两层的。 4. 1959年 罗伯特森J. D. Robertson提出：生物膜静态模型蛋白质—磷脂—蛋白质的三层结构构成的 5. 1970年 Larry Frye等 提出：细胞膜具有流动性 6. 1972年桑格（S. J. Singer）和尼克森（G. Nicolson）提出：流动镶嵌模型 二、流动镶嵌模型的基本内容 1、磷脂双分子层构成膜的基本支架。 2、蛋白质分子有的镶嵌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。 3、磷脂分子是可以运动的，具流动性。 4、大多数的蛋白质分子也是可以运动的。 5、细胞膜外表，有一层由细胞膜上的蛋白质与糖类结合形成的糖蛋白，叫做糖被。 第2节 生物膜的流动镶嵌模型 课时设计 课堂实录第2节 生物膜的流动镶嵌模型 1第一学时 教学活动 活动1【讲授】生物膜的流动镶嵌模型〖课前准备〗教师精心准备好相关资料、图片展示给学生，制作好多媒体课件 〖引入〗(5min) 教师：从上一节课物质跨膜运输的实例可以看出生物膜的功能是什么？功能特性是什么？ 学生：（略） 教师：在制作真核细胞三维结构模型活动中，某小组同学分别用三种材料做细胞膜：塑料袋、普通布和弹力布：塑料袋、普通布和弹力布。根据细胞膜的功能及功能特性，请学生分析模型中采用的普通布、塑料袋、弹力布哪种材料更能体现生物膜的功能？为什么？ 学生：（略） 教师：弹力布相对较好，那它能完全具有生物膜的特点吗？ 学生：（略） 教师：显然弹力布不具有生物膜的选择透过功能，还不是制作细胞膜最理想的材料，那么大家还能不能想出更好的材料做细胞膜呢？ 学生：（略） 教师：要想找到这种材料，就要知道生物膜究竟是怎样的结构呢？是什么样的结构，才使它具有选择透过功能？科学家也是带着这些问题，进行了探索生物膜结构的探索。下面让我们体验一下科学家探索生物膜结构的历程。 〖师生互动〗 （一）、对生物膜结构的探索历程(25min) 教师：一种物质或物体的结构，实际上是指其组成成分之间的组合形式。比如细胞的结构是指细胞膜、细胞质、细胞器和细胞核之间的组合形式，氨基酸的结构是指组成它的各种原子之间的组合形式。要弄清一种物质或物体的结构，首先要弄清其组成成分。那么，细胞膜的组成成分是什么呢？ 资料一 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，发现脂质更容易通过细胞膜。提出假说：膜是由脂质组成的。 〖设问〗：对“欧文顿实验” 最初实验得到生物膜是由脂质组成的，是通过对现象的推理分析还是通过膜成分的提取和鉴定？ 〖学生交流、讨论〗：（略） 〖教师讲述〗：1、从生理功能上入手，通过对现象的推理分析的。 2、根据他的实验结果：凡可以溶于脂质的物质，比不溶于脂质的物质更容 易通过细胞膜进入细胞。 3、有必要，通过鉴定能更准确地说明问题 4、对现象的推理分析是要进行鉴定，才能准确地说明问题。可是鉴于当时技术的限制，不能进行对结构物质的提取。 5．经科学家化学分析结果，细胞膜成分除了脂质外，还有蛋白质。那脂质和蛋白质是怎样形成膜的呢？ 资料二 ： 时间：1925年 人物：荷兰科学家Gorter和Grendel 实验：从红细胞膜中提取脂质，铺成单层分子，发现面积是红细胞膜的2倍 〖设问〗： １．“荷兰科学家实验”-----------实验得到什么现象？ ２．请你展开大胆想象，你会推测出什么样的结论？ 〖学生交流、讨论〗：（略） 〖教师讲述〗：两位荷兰科学家根据单分子层的面积是红细胞表面积的2倍。由此得出的结论是：细胞膜中的磷脂是双层的。磷脂是一种由甘油，脂肪酸和磷酸所组成的分子，磷酸“头”部是亲水的，脂肪酸“尾”部是疏水的。 〖设问〗： 请你运用相关的化学知识解释为什么磷脂在空气――水界面上铺展成单分子层？ 〖学生交流、讨论〗：（略） 〖教师讲述〗：这是大家开动脑筋推测出的磷脂分子排列方式，大家看哪种最合理？（教师分析）知道了脂质的排布方式，那么蛋白质与磷脂又是怎样的位置关系?有人推测出脂质两边覆盖蛋白质的理论。 资料三 时间：1959年 人物：罗伯特森（J.D.Robertsen） 实验：在电镜下看到细胞膜由“蛋白质—脂质—蛋白质”的三层结构构成 提出假说：生物膜是由“蛋白质—脂质—蛋白质”的三层结构构成的静态统一结构 〖教师设问〗： 对“罗伯特森电镜实验”──实验得到什么现象？ 〖学生交流、讨论〗：（略） 〖教师讲述〗：借助于电镜，罗伯特森观察到了细胞膜的结构，并推出静态结构。但它很难解释细胞分裂、草履虫的运动和分裂、成熟植物细胞的质壁分裂与复原现象。把生物膜描述为静态的刚性结构，这显然与膜功能的多样性相矛盾。20世纪60年代,有人对此静态观点提出异议。并随着科学技术的发展，对蛋白质的位置也提出了准确的说法，指出蛋白质不是全部平铺在脂质的表面，有的镶嵌在脂质双分子层中。那么，有什么证据证明细胞膜中的物质不是静态的吗？ 资料四： 时间：1970年 人物：Larry Frye等 实验：将人和鼠的细胞膜用不同的荧光抗体标记后，让两种细胞融合，杂交细胞的一半发红色荧光、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 〖设问〗： 对“荧光染料标记实验”──观察得到怎样的动态现象？ 〖学生交流、讨论〗：（略） 〖教师讲述〗：荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验，说明了组成细胞膜的分子是可以不断运动的，成功指出细胞膜的流动性 〖设问〗：我们还学过哪些生命现象能说明生物膜具有流动性？ 学生回答；（略） 〖教师讲述〗：白细胞吞噬病菌、变形虫的变形运动、植物细胞的质壁分离等例子都能说明细胞膜具有流动性。即流动镶嵌模型提出的膜结构能很好地解释上述细胞功能。 在新的观察和实验证据的基础上，又有学者提出一些关于生物膜的分子结构模型。其中１９７２年桑格和尼克森提出的流动镶嵌模型为大多数人所接受。它的具体内容是什么呢？ 二）、生物膜的流动镶嵌模型的基本内容（10min） 〖想象空间、课件展示〗结合生物膜结构的探索历程，学生展开想像，自我构建细胞膜的三维立体结构。再课件展示“细胞膜的结构”，教师有顺序、有层次清楚地阐述基本内容： 生物膜的组成：主要由蛋白质和脂质组成，还含少量的糖类。 生物膜的基本骨架：磷脂双分子层（亲水性头部朝向两侧，疏水性尾部朝向内侧）。 蛋白质分子存在形态：有镶在表面、嵌入、横跨三种，外侧的蛋白质分子与糖类结合形成糖被。体现了生物膜的不对称性。糖被在细胞的生命活动中具有重要功能，如保护、润滑、识别等。 生物膜的结构特点：流动性---磷脂分子和大多数蛋白质分子都是运动的。（课件展示磷脂分子的多种运动形式，帮助学生理解磷脂双分子层是轻油般的流体，具有流动性） 生物膜的功能特点：选择透过性。 绘制生物膜的概念图 〖学生讨论〗 设问：1。生物膜的流动镶嵌模型是不是完美无缺了呢？说说你的看法。 2．回顾建立生物膜模型的过程中，实验技术的进步起到怎样的作用？ 3．在建立生物膜模型的过程中，结构与功能相适应的观点是如何得到体现的？ 学生讨论：（略） 教师讲述： 1。生物膜的流动镶嵌模型不可能完美无缺，人类对自然界的认识永无止境，随 着实验技术的不断创新和改进，对膜的结构的认识回进一步深入，不断完善和发展流动镶嵌模型。 2．在建立生物膜模型的过程中，实验技术的进步起到了关键性的推动作用。如电子显微镜的诞生使人们看到了膜的存在，冰冻蚀刻技术和扫描电子显微镜技术使人们认识到膜的内外并不对称，荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验，证明了细胞膜的流动性。 3．在建立生物膜模型的过程中，结构与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，使人们一步步接近生物膜结构的真相。例如，不同生物膜的功能是有差异的。一般来说，功能的不同常伴随结构的差异，而早期的生物膜模型假定所有生物膜都是一样的，显然与不同部位的生物膜功能不完全相同是矛盾的。 （三）课堂小结 我们这节课就到这里，一方面我们重温了科学家探索细胞膜结构的历程，使我们加深了对科学过程和方法的理解。另一方面我们也学习了生物膜的流动镶嵌模型的基本内容，这对于我们学习下一节物质跨膜运输的方式有很重要的帮助。 （四）布置作业 ： 通过这堂课，一定让你对膜有了新的认识……课后请利用废弃物尝试制作细胞膜模型 另外还有一张相应的习题。 板书设计： 一、对生物膜结构的探索历程 1. 19世纪末 1895年 欧文顿（E. Overton）提出假说：膜是由脂质构成的。 2. 20世纪 对膜化学成分鉴定：膜是由脂质和蛋白质组成的。 3. 1925年 荷兰科学家Gorter和Grendel 提出：细胞膜中的磷脂是两层的。 4. 1959年 罗伯特森J. D. Robertson提出：生物膜静态模型蛋白质—磷脂—蛋白质的三层结构构成的 5. 1970年 Larry Frye等 提出：细胞膜具有流动性 6. 1972年桑格（S. J. Singer）和尼克森（G. Nicolson）提出：流动镶嵌模型 二、流动镶嵌模型的基本内容 1、磷脂双分子层构成膜的基本支架。 2、蛋白质分子有的镶嵌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。 3、磷脂分子是可以运动的，具流动性。 4、大多数的蛋白质分子也是可以运动的。 5、细胞膜外表，有一层由细胞膜上的蛋白质与糖类结合形成的糖蛋白，叫做糖被。 杨敏 评论
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