第四章 2节 生物膜的流动镶嵌模型教案1.docx
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第四章2节生物膜的流动镶嵌模型教案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
【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。
【能力与技能目标】
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
【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。
【难点】
1、对科学探究过程的分析,如何体现生物膜的结构与功能像统一。
2、生物膜的空间立体结构
【课时安排】
1课时
教学设计分析
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。
学生在第三章的学习中曾经制作真核细胞的三维结构模型,已经知道细胞膜很薄,细胞膜是最基本生命系统的边界,控制物质的进出,具有选择透过性。
在第四章第一节的学习中做过植物细胞的质壁分离和复原实验,已经了解细胞膜具有一定的弹性,这些已有的知识和经验为本节的学习奠定了基础。
在本节课中,学生将通过多种途径,如:
观察、阅读、思考、分析、讨论、探究等等,来开展学生之间的协作学习和自主学习,形成以学生为主体的教学模式。
本节课采用“提供资料→提出问题(要求)→做出假设(构建模型)→提供实验验证”的教学模式,通过“生物膜流动镶嵌模型”的构建及有关实验设计,体现学生“自主、探究、合作”的学习方式,感受科学家探索的历程和过程的艰辛。
同时对探索历程的内容添加小标题以凸显脉络,像“层层剥去笋衣”一样,将小标题作为思考讨论的切入点一一展开,帮助学生梳理并体验结构模型的建构方法,同时理解并能够描述流动镶嵌模型的基本内容。
教学程序
教学过程
在上一节课中,通过几种物质跨膜运输的实例,我们明白了生物膜是一种半透膜,它是有生理活性的,能对一些离子和小分子进行选择性通过。
所以生物膜更是一种选择透过性膜。
那为什么会有选择性呢?
生物膜是靠什么机制来对不同的物质进行选择的呢?
这就跟细胞膜的结构有密切的关系,我们接下来学习生物膜的结构特点。
在前面我们制作真核细胞的三维结构模型中,当时也遇到过用什么材料做细胞膜的问题,很多组的同学都没有很好地解决。
我们要从结构与功能相适应的角度分析,用什么材料做细胞膜,能更好地体现细胞膜的功能。
首先,我们来总结一下我们已知的细胞膜的特点有哪些。
(细胞膜很薄,是细胞这个生命系统的边界。
(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。
(植物细胞壁分离和复原的实验告诉我们,细胞能够在一定范围内膨大和缩小,说明细胞膜具有一定的弹性。
教师:
很好,现在有三种材料:
塑料袋、普通布和弹力布,用哪种更适合于体现细胞膜的功能呢?
(三种材料的特性:
塑料袋不具有通透性,塑料袋只能满足作为系统边界的要求;普通布不具有柔韧性,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;而弹力布不仅具有柔韧性,还具有一定的通透性。
只有弹力布能够满足前面提到的三项功能的要求。
教师:
那也就是说弹力布较适合制作细胞膜,大家再调动已有的知识和生活经验,你还能想出更好的材料做细胞膜吗?
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。
当然,这几种材料的特点与真实的细胞膜之间还有不小的差距。
今天就让我们一起随着小探索者去亲历科学家的探索历程吧!
活动一:
体验生物膜结构的探索历程
要求:
分析资料,交流回答问题
【小标题一】从细胞膜功能入手的科学探究
[资料1]细胞膜的通透性实验([阅读]P65教材正文第二段)
时间:
19世纪末1895年
科学家:
欧文顿(E.Overton)
实验:
物质对细胞膜的通透性(欧文顿用500多种化学物质对植物细胞的通透性实验)
问题:
①实验的现象是什么?
(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。
)
②欧文顿提出了什么假说?
(膜是由脂质组成的。
)
[思考与讨论]课本P66页
1.最初认识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?
从生理功能上入手,通过对现象的推理分析的。
2.在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?
有必要,通过鉴定能更准确地说明问题
3.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?
当时的技术不能实现
[设疑]正是有了实验观察,科学家才有了严谨的推理和大胆的想像。
膜是由脂质组成的这一假说在19世纪被提出。
假说还是需要进一步的实验和观察来验证和完善。
A:
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。
【合作探究一】根据磷脂分子的结构特点,利用模型摆出的排布并绘图:
单层磷脂分子①在空气-水界面上;②完全浸没在水中。
[资料2]细胞膜提取分离和成分分析([阅读]P65教材正文第三段)
时间:
20世纪初
实验:
科学家将细胞膜从哺乳动物的红细胞中分离出来,发现细胞膜不但会被溶解脂质的溶剂溶解,也会被蛋白酶分解。
问题:
细胞膜是由哪些化学成分构成的?
(膜的主要成分是脂质和蛋白质。
)
[过渡]细胞膜中的化学成分是怎样有机结合构成细胞膜的呢?
其中涉及到细胞膜中磷脂的排列方式和蛋白质的排列方式及模型的建构。
【小标题二】单位膜模型的提出
[资料3]两位荷兰科学家实验过程([阅读]P65教材正文第三段)
时间:
1925年
科学家:
荷兰科学家Gorter和Grendel
实验:
磷脂平铺在空气—水界面(动画演示两位荷兰科学家实验示意图。
)
问题:
①实验的现象是什么?
(测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍。
)
②实验结论是什么?
(细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层。
)
③细胞膜中的脂质为什么会排列为连续的两层呢?
(磷脂分子是由磷酸、甘油、脂肪酸组成。
其磷酸“头部”是亲水性的,其脂肪酸“尾部”是疏水性的。
该结构决定了细胞膜中磷脂分子的排列方式。
)
【合作探究二】根据细胞膜中的磷脂分子是双层的实验结论,若细胞膜的两侧都有水环境存在,磷脂分子在细胞膜中可能是怎样排布的呢?
利用模型摆出细胞膜结构的磷脂分子的排布并绘图:
[资料4]“三明治”结构模型([阅读]P66教材正文第一段)
时间:
1959年
科学家:
罗伯特森(J.D.Robertsen)
实验:
罗伯特森电镜下观察到的细胞膜(展示罗伯特森电镜下观察到的细胞膜)
问题:
①实验的现象是什么?
(在电镜下看到了细胞膜清晰的“暗—亮—暗”三层结构。
)
②罗伯特森提出了什么假说?
(所有生物膜都是由“蛋白质—脂质—蛋白质”三层结构构成的静态统一结构(三明治模型)。
)
[小资料]电子显微镜是用电子束来照射被检验样品。
由于样品不同部位本身组成物质的不同,比如(27:
25)本身碳、氢、氧、氮、磷、这种形成化学键的电子排布不同,而电子与蛋白质和磷脂不同的原子发生碰撞,对电子有不同散射度,蛋白质电子密度高,显得灰暗,磷脂分子的电子密度低,光亮。
播放变形虫细胞内消化、白细胞吞噬病毒的过程的动画演示。
③讨论“三明治”模型的局限性?
(把生物膜描述为静态的刚性结构,解释不了膜的许多生理功能。
)
[过渡]随着科学技术的进步,人们从新的实验现象入手对细胞膜的分子结构作出了新的判断。
【小标题三】新技术带来新模型
[资料5]电镜冰冻蚀刻细胞膜示意图(省略)
时间:
20世纪60年代
实验:
科学家用扫描电镜技术和冰冻蚀刻技术揭示了细胞膜结构中蛋白颗粒(科学家用扫描电镜技术和冰冻蚀刻技术揭示了细胞膜结构中蛋白颗粒分布示意图。
)
问题:
该图说明了什么?
(实验表明蛋白质并不是全部平铺在脂质的表面,有的蛋白质是镶嵌在脂质双分子层中的。
)
[资料6]免疫荧光技术细胞融合实验[阅读]P67教材正文第二段
时间:
1970年
科学家:
弗雷(Frye)和埃迪登(Edidin)
实验:
人鼠细胞融合(Flash演示小鼠细胞和人细胞的融合过程)
问题:
①实验的现象是什么?
(两种颜色的荧光均匀分布。
)
②实验结论是什么?
[细胞膜具有流动性(膜分子是运动的)。
]
③例举细胞膜具有流动性?
(白细胞吞噬细菌、变形虫运动。
)
[智慧升华]1972年,桑格(S.J.Singer)和尼克森(G.Nicolson)通过观察和实验,并在继承前人的研究成果基础上,提出了什么样的生物膜分子模型并被人们所接受?
(桑格和尼克森提出了最具代表性的生物膜模型——流动镶嵌模型。
)
[设疑]生物膜的流动镶嵌模型是否已完美无缺呢?
从生物膜结构的探索历程中,你受到哪些启发?
(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,对膜的研究将更加细致入微,对膜结构的进一步认识将能更完善地解释细胞膜的各种功能,不断完善和发展流动镶嵌模型。
活动二:
阐述流动镶嵌模型的基本内容
要求:
自主阅读P68教材第一段,讨论回答问题并尝试自己绘出细胞膜的亚显微结构示意图。
[问题]
①生物膜的基本支架是什么?
[磷脂双分子层。
(亲水性头部朝向两侧,疏水性尾部朝向内侧)]
②蛋白质分子有哪几种存在形态?
[蛋白质分子有的镶在磷脂双分子层表面,有的嵌入磷脂双分子层中,有的横跨磷脂双分子层。
(体现了生物膜的不对称性)]
③膜分子是静止的,还是运动的?
[磷脂分子和大多数蛋白质分子都是运动的。
(体现了生物膜的结构特点具有流动性)]
结合课件展示依次介绍:
1、磷脂双分子是生物膜的基本支架。
其中磷脂分子的亲水性头部朝向两侧,疏水性的尾部相对朝向内侧。
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。
这里体现了膜的结构内外的不对称性。
3、在细胞膜的外侧,有一层由细胞膜上的蛋白质与糖类结构合形成的糖蛋白,叫做糖被。
糖被与细胞识别、细胞间的信息交流有密切联系。
4、磷脂分子是可以运动的,具有流动性。
[知识拓展]膜脂分子的运动有多种形式:
①侧向扩散:
同一平面上相邻的脂分子交换位置。
②旋转运动:
膜脂分子围绕与膜平面垂直的轴进行快速旋转。
③摆动运动:
膜脂分子围绕与膜平面垂直的轴进行左右摆动。
④伸缩震荡:
脂肪酸链沿着与纵轴进行伸缩震荡运动。
⑤翻转运动:
膜脂分子从脂双层的一层翻转到另一层,是在翻转酶的催化作用下完成。
⑥旋转异构:
脂肪酸链围绕C—C键旋转,导致异构化运动。
1
1侧向扩散2旋转运动3摆动运动4翻转运动5伸缩震荡6旋转异构
(5)大多数的蛋白质也是可以运动的,也体现了膜的流动性。
【思考】
1.生物膜的流动镶嵌模型是不是就完美无缺了呢?
生物膜的流动镶嵌模型不可能完美无缺。
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?
实验技术的进步起到了关键性的推动作用。
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?
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。
分析生物膜模型的建立和完善过程,你受到哪些启示?
⑴科学发现是很多位科学家共同参与,共同努力的结果。
⑵科学研究的过程离不开技术的支持。
⑶科学研究需要理性思维和实验结合,需要在实验和观察的基础上,通过严谨的推理和大胆的想象,提出假说,再通过实验进一步地去验证。
⑷科学研究的过程是一个不断开拓,继承,修正和发展的过程。
⑸科学家的观点并不全是真理,还必须通过实践验证,科学学说不是一成不变的,需要不断完善。
活动三:
绘制生物膜的概念图(师生合作)
活动四:
绘制细胞膜的亚显微结构示意图
[要求]
1.准确绘制出细胞膜的基本支架、蛋白质的三种位置和糖被。
2.准确标注出各部分的结构名称,且用平行线。
【课后兴趣制作】利用废旧物品制作生物膜模型
提示:
用包裹中药丸的球形蜡质盒做磷脂分子的头部。
去掉药盒表面的腊壳,穿过铁丝或电线,使铁丝或电线成为磷脂分子的尾部。
再在盒子扣合处以及与盒子扣合处相垂直的方向打上两组孔(每组两个孔)。
每一个盒子都这样做。
用较长的铁丝把盒子穿起来,并扣上两半盒子,排列在一个水平面上,这就做好了“磷脂单分子层”。
用同样的方法再做一个“磷脂单分子层”,这样就做成了“磷脂双分子层”。
用什么材料做蛋白质呢?
可以收集废旧包装材料,如包装电器的硬质泡沫塑料,它很容易被你加工成需要的形状。
一些“蛋白质”可以“漂浮”在膜的两侧,另一些可以“嵌入”或“贯穿”膜。
可以用贯穿膜的“蛋白质”来帮助固定磷脂双分子层,穿铁丝的时候把它们穿上就是了。
[创新1]用球形或接近球形的“纽扣”穿上两根“细铜线”,模拟磷脂分子(纽扣模拟磷脂分子的头部,细铜线模拟磷脂分子的尾部);用“废旧塑料泡沫”剪成不同圆球形,模拟蛋白质分子。
[创新2]用“乒乓球”穿上两根“细铁丝”,模拟磷脂分子(乒乓球模拟磷脂分子的头部,细铁丝模拟磷脂分子的尾部);用“橡皮泥”捏成不同圆球形,模拟蛋白质分子。
生物膜结构的探究历程
【板书设计】
第2节 生物膜的流动镶嵌模型
一、对生物膜结构的探索历程
膜是由脂质组成的→膜是由脂质和蛋白质组成的→膜中的脂质分子排列为连续两层→提出生物膜的静态模型(单位膜模型)→细胞膜具有流动性→“流动镶嵌模型”
二、流动镶嵌模型的基本内容
1、膜的成分:
由蛋白质和脂质组成的(还有少量多糖)
2、膜的基本支架:
磷脂双分子层(亲水头部朝外,疏水尾部朝内)
蛋白质分子镶嵌中磷脂双分子层中。
(有些外侧蛋白质与多糖结合形成糖被)
3、膜的结构特点:
流动性。
4、膜的功能特点:
选择透过性。
【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()C
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()B
A.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()B
A.5B.6C.7D.8
4.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
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()B
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()D
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
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- 第四章 2节 生物膜的流动镶嵌模型教案1 第四 生物膜 流动 镶嵌 模型 教案