生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型教學(xué)案

1、第2節(jié)“生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型”的教學(xué)設(shè)計(jì)吳江市蘆墟中學(xué) 馬育國(guó) 牛軍銳 1【設(shè)計(jì)思想】1.1突出科學(xué)史的教育?？茖W(xué)史的教學(xué)是在新教材中特別強(qiáng)調(diào)和突出的，在舊教材中涉及不多，要教好不容易。備課過(guò)程老師要細(xì)致策劃如何有效地引導(dǎo)學(xué)生分析不同時(shí)期不同科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)及假說(shuō)，評(píng)價(jià)他們的貢獻(xiàn)；要能通過(guò)一連串的環(huán)環(huán)相扣的問(wèn)題來(lái)引導(dǎo)學(xué)生思維，要讓學(xué)生感到身臨其境，仿佛自己就是那個(gè)科學(xué)家在思考研究；最后讓學(xué)生從中總結(jié)出科學(xué)發(fā)現(xiàn)的一般規(guī)律。 1.2 生物膜結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建是本節(jié)要突破的一個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題。本節(jié)課中，利用蛋白質(zhì)分子和磷脂分子的特點(diǎn)，讓學(xué)生根據(jù)科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象自己來(lái)構(gòu)建磷脂分子的排列方式、蛋白質(zhì)與磷脂的

2、組合方式，這樣讓學(xué)生不但形象、直觀的了解了模型構(gòu)建的過(guò)程、也讓他們置身其中、探索奧妙并體驗(yàn)了成功的喜悅。 對(duì)于本節(jié)課的另一難點(diǎn)-細(xì)胞膜的流動(dòng)性特點(diǎn)通過(guò)多媒體課件突破，通過(guò)幻燈片放映各個(gè)科學(xué)家研究的圖片、動(dòng)畫，增強(qiáng)了這些內(nèi)容的立體感、豐富了教學(xué)內(nèi)容、使學(xué)生在樂(lè)趣中學(xué)、在輕松中學(xué)，學(xué)的有效。 2【教學(xué)三維目標(biāo)】1知識(shí)與技能1）簡(jiǎn)述生物膜流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容2）舉例說(shuō)明生物膜具有流動(dòng)性的特點(diǎn)。3）嘗試?yán)脧U舊物制作生物膜模型4）通過(guò)分析科學(xué)家建立生物膜模型的過(guò)程，闡述科學(xué)發(fā)現(xiàn)的一般規(guī)律。2過(guò)程與方法1）通過(guò)分析科學(xué)家建立生物膜模型的過(guò)程，嘗試提出問(wèn)題，做出假設(shè)。2）發(fā)揮空間想象

3、力，通過(guò)制作模型，嘗試構(gòu)建細(xì)胞膜的空間立體結(jié)構(gòu)。3情感態(tài)度與價(jià)值觀1）生物膜結(jié)構(gòu)的研究是立足于生物膜所具有的功能特點(diǎn)上開(kāi)展的，樹(shù)立生物結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生物學(xué)辨證觀點(diǎn)。2）正確認(rèn)識(shí)科學(xué)價(jià)值觀，理解假說(shuō)的提出要有實(shí)驗(yàn)和觀察的依據(jù)，需要有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评砗痛竽懙南胂?，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證3）正確認(rèn)識(shí)技術(shù)在科學(xué)研究中所起的作用3.教學(xué)重點(diǎn)： 對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程 生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型學(xué)說(shuō)的基本內(nèi)容4教學(xué)難點(diǎn)：1探討建立生物膜模型的過(guò)程如何體現(xiàn)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn) 2生物膜的流動(dòng)性特點(diǎn)5.教具準(zhǔn)備：1與生物膜結(jié)構(gòu)探索過(guò)程相關(guān)的科學(xué)家圖片及其實(shí)驗(yàn)圖片資料 2磷脂分子、蛋白質(zhì)分子模型，生物膜流動(dòng)鑲嵌模型的多

4、媒體課件6.教學(xué)過(guò)程6.1 教學(xué)導(dǎo)入過(guò)程，創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情景創(chuàng)設(shè)問(wèn)題：細(xì)胞膜是由哪些成份構(gòu)成的？生物膜對(duì)物質(zhì)進(jìn)出為什么具有選擇性呢？根據(jù)結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)的特點(diǎn)，科學(xué)家又是怎樣確定生物膜的呢？設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)設(shè)計(jì)的問(wèn)題，使學(xué)生通過(guò)回憶已熟知的知識(shí)，激起探究新問(wèn)題欲望-科學(xué)家是如何研究生物膜的。6.2 互動(dòng)探究過(guò)程，撥開(kāi)知識(shí)迷霧6.2.1 分析資料，進(jìn)行科學(xué)探究和討論交流，體驗(yàn)生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程 教師：人們對(duì)事物的認(rèn)識(shí)是有一個(gè)過(guò)程的，科學(xué)家當(dāng)年正是懷著對(duì)物質(zhì)跨膜運(yùn)輸現(xiàn)象產(chǎn)生的疑問(wèn)，開(kāi)始了對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)的孜孜以求地探索，歷經(jīng)了一百多年時(shí)間，走過(guò)了一條曲折的道路，直到現(xiàn)在仍有許多科學(xué)家在繼續(xù)深入研究。下面讓我

5、們一起重溫這段歷史，和科學(xué)家一起探究生物膜的結(jié)構(gòu)。限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件，人們還不能親眼看到生物膜，無(wú)法想像它的結(jié)構(gòu)是什么樣的，只知道物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸具有選擇性，那么，我們通過(guò)什么辦法進(jìn)行第一步的探究呢？當(dāng)時(shí)科學(xué)家就是從生理功能入手來(lái)進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)的，假設(shè)我們就是那個(gè)時(shí)代的科學(xué)家，我們和歐文頓他們一起進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)，那么你根據(jù)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象會(huì)提出什么樣的理論模型呢？板書：一、生物膜的探究歷程板書：1從細(xì)胞膜功能入手的科學(xué)探究多媒體展示：小資料1 細(xì)胞膜的通透性實(shí)驗(yàn)：1895年科學(xué)家Overton在研究各種未受精卵細(xì)胞的透性時(shí)，發(fā)現(xiàn)脂溶性物質(zhì)易透過(guò)細(xì)胞膜，不溶于脂類的物質(zhì)透過(guò)細(xì)胞膜十分困難。這一事實(shí)說(shuō)明了什

6、么？小資料2 細(xì)胞膜提取分離和成分分析實(shí)驗(yàn)20世紀(jì)初，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家將細(xì)胞膜從哺乳動(dòng)物的紅細(xì)胞中分離出來(lái)，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜不但會(huì)被溶解脂質(zhì)的溶劑溶解，也會(huì)被蛋白酶分解。你從該實(shí)驗(yàn)中能得出什么結(jié)論？學(xué)生活動(dòng)：討論回答下列問(wèn)題：資料1的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是什么？ 根據(jù)資料1和資料2的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，你能提出細(xì)胞膜是由哪些化學(xué)成分構(gòu)成嗎？教師：同學(xué)們和歐文頓一樣聰明，推測(cè)出膜由脂質(zhì)組成的。資料1和資料2的實(shí)驗(yàn)中我們得出，膜的主要成分是脂質(zhì)和蛋白質(zhì)，并且知道技術(shù)的發(fā)展對(duì)科學(xué)研究具有重要作用。那么，脂質(zhì)在細(xì)胞膜中是如何排布的呢？板書 2.單位膜模型的提出多媒體：小資料3 兩位荷蘭科學(xué)家戈特和格倫德對(duì)血影的研究19

7、25年，荷蘭科學(xué)家 E. Gorter & F. Grendel ，將紅細(xì)胞膜的磷脂分子抽提出來(lái)，在空氣/水界面上排成單分子層. 測(cè)得脂質(zhì)展開(kāi)的單分子層面積恰為紅細(xì)胞表面積的二倍。學(xué)生討論：該實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是什么？細(xì)胞膜中的脂質(zhì)分子排列為連續(xù)的兩層 細(xì)胞膜中的脂質(zhì)為什么會(huì)排列為連續(xù)的兩層呢？多媒體：小資料41917年歐文·朗繆爾將提取的膜質(zhì)鋪展在水盤的水面上，發(fā)現(xiàn)脂在水面上形成一薄層，單脂層親水的頭朝向水面，疏水的尾背離水面。于是他提出：磷脂分子是一種由甘油、脂肪酸和磷酸所組成的分子，結(jié)構(gòu)既有疏水基團(tuán)（尾部），又有親水基團(tuán)（頭部）。因?yàn)榱字肿拥摹邦^部”親水，所以在水空氣界面上磷

8、脂分子是“頭部”向下與水面接觸，尾部則朝向空氣一面。這樣磷脂分子可以在空氣和水的界面上展開(kāi)為一層。 教師：下面請(qǐng)大家分組討論，利用手中的磷脂分子模型擺出下面兩種情況下磷脂的分布情況在空氣-水界面上完全浸沒(méi)在水中 生物膜的磷脂分子是怎樣組成雙磷脂分子層的？學(xué)生活動(dòng)：小組討論交流，練習(xí)本上繪制磷脂分子的排布圖，小組代表發(fā)表小組討論結(jié)果，實(shí)物投影演示部分同學(xué)的成果。教師：生物膜的內(nèi)外兩側(cè)都有水溶液，那么，生物膜中的雙層磷脂分子的排布到底應(yīng)該是哪一種呢？學(xué)生思考、板畫或本子上畫得出一致答案： 教師：上面的學(xué)習(xí)我們已經(jīng)知道，生物膜中還有蛋白質(zhì)等，那么，蛋白質(zhì)和磷脂的位置關(guān)系又是如何的

9、呢？多媒體展示小資料5 羅伯特森的“三明治”結(jié)構(gòu)模型時(shí)間：1959年科學(xué)家：羅伯特森（J.D.Robertsen）實(shí)驗(yàn)：羅伯特森用超薄切片技術(shù)在電鏡下觀察到細(xì)胞膜，獲得了清晰的細(xì)胞膜電鏡照片，看到了暗亮暗的三層結(jié)構(gòu)。（補(bǔ)充小知識(shí)：蛋白質(zhì)：電子密度高，顯黑色發(fā)暗 磷脂分子：電子密度低，發(fā)亮）學(xué)生討論問(wèn)題：根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果你能提出什么假說(shuō)？教師：我們和羅伯特森一樣，做出了生物膜是由蛋白質(zhì)-脂質(zhì)-蛋白質(zhì)三層結(jié)構(gòu)組成的，并且羅伯特森把生物膜描述成靜態(tài)的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)。那么，就我們現(xiàn)有的知識(shí)，大家思考討論生物膜的“三明治”模型有沒(méi)有不足之處呢？學(xué)生討論：變形蟲的攝食過(guò)程，人體白細(xì)胞吞噬病原體的過(guò)程，細(xì)胞的生長(zhǎng)等教

10、師：大家的例子很好，那么，蛋白質(zhì)和脂質(zhì)到底是怎樣分布的呢？隨著新技術(shù)手段不斷運(yùn)用于生物膜的研究，科學(xué)家做了如下實(shí)驗(yàn)。板書 3.新技術(shù)帶來(lái)新模型-流動(dòng)鑲嵌模型 小資料6 免疫熒光技術(shù)細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)：1970年，弗雷(Frye)和埃迪登(Edidin)將人和鼠的細(xì)胞膜用不同熒光抗體標(biāo)記后，讓兩種細(xì)胞融合，雜種細(xì)胞一半發(fā)紅色熒光、另一半發(fā)綠色熒光，放置一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)兩種熒光抗體均勻分布。 人細(xì)胞鼠細(xì)胞370C誘導(dǎo)融合熒光標(biāo)記 蛋白質(zhì)40分鐘后學(xué)生討論并回答問(wèn)題：本實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象是什么？ 實(shí)驗(yàn)結(jié)論是什么？ 例舉細(xì)胞膜具有流動(dòng)性？ 細(xì)胞膜的流動(dòng)性可能和哪些因素有關(guān)？當(dāng)把溫度降到0時(shí)結(jié)果會(huì)怎樣？教

11、師：通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)我們推知細(xì)胞膜具有一定的流動(dòng)性，并且其流動(dòng)性和溫度有關(guān)，在繼承前人的結(jié)論基礎(chǔ)上，結(jié)合新的觀察和實(shí)驗(yàn)證據(jù)，又有科學(xué)家提出一些關(guān)于生物膜的分子結(jié)構(gòu)模型。其中1972年桑格（S. J. Singer）和尼克森（G. Nicolson）提出的流動(dòng)鑲嵌模型為大多數(shù)人所接受。設(shè)疑從生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程中，你受到哪些啟發(fā)？縱觀對(duì)建立生物膜模型的探索過(guò)程，實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步起到了怎樣的作用呢？ 從整個(gè)人們對(duì)建立生物膜模型的探索過(guò)程，生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型是否已完美無(wú)缺呢？學(xué)生討論作答：（答案要點(diǎn)） 1科學(xué)研究是要在實(shí)驗(yàn)和觀察的基礎(chǔ)上，通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评砗痛竽懙南胂?，提出假說(shuō)，再通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步地

12、驗(yàn)證假說(shuō)；科學(xué)研究依賴于技術(shù)的進(jìn)步；科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過(guò)程是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，涉及到許多科學(xué)家的辛勤工作；科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過(guò)程不是一帆風(fēng)順的，往往是在繼承的基礎(chǔ)上不斷驗(yàn)證、修正和完善發(fā)展的；科學(xué)家的觀點(diǎn)并不全是真理，還必須通過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證；科學(xué)學(xué)說(shuō)不是一成不變的，需要不斷完善。  2在建立生物膜模型的過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步起到了關(guān)鍵性的推動(dòng)作用。如血影的制取和化學(xué)成分的鑒定技術(shù)使人們認(rèn)識(shí)膜的化學(xué)組成；電子顯微鏡的誕生使人們終于看到了膜的存在；熒光標(biāo)記小鼠細(xì)胞與人細(xì)胞的融合實(shí)驗(yàn)又證明了膜的流動(dòng)性等。  3生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型不可能完美無(wú)缺。人類對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)永無(wú)止境，隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)的不斷創(chuàng)新和改進(jìn)

13、，對(duì)膜的研究將更加細(xì)致入微，對(duì)膜結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)將能更完善地解釋細(xì)胞膜的各種功能，不斷完善和發(fā)展流動(dòng)鑲嵌模型。 63 問(wèn)題導(dǎo)讀，教師總結(jié)，自主學(xué)習(xí)流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容 教師：的確，流動(dòng)鑲嵌模型雖是目前人們普遍認(rèn)同的，但它無(wú)法完美地回答生物膜的所有功能。所以后來(lái)不斷提出一些新的模型，如Wallach于1975年提出晶格鑲嵌模型；Jain和White于1977年提出板塊鑲嵌模型等，迄今為止，已提出的生物膜結(jié)構(gòu)模型達(dá)幾十種之多，生物膜的結(jié)構(gòu)模型雖然有很多種，但被廣泛接受的結(jié)構(gòu)模型基本內(nèi)容是趨向一致的。其要點(diǎn)和特點(diǎn)基本相同，主要包括膜的分子組成和結(jié)構(gòu)特征。 那么，生物膜的流動(dòng)鑲嵌

14、模型的基本內(nèi)容又是什么呢？ （設(shè)計(jì)意圖：過(guò)度作用，承上啟下）板書 二、生物膜流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容學(xué)生活動(dòng)：自主閱讀P68教材第一段，討論回答問(wèn)題并嘗試自己繪出細(xì)胞膜的亞顯微結(jié)構(gòu)示意圖。問(wèn)題討論生物膜的基本支架是什么？蛋白質(zhì)分子有哪幾種存在形態(tài)？膜分子是靜止的，還是運(yùn)動(dòng)的？繪圖能力 繪制細(xì)胞膜的亞顯微結(jié)構(gòu)示意圖1準(zhǔn)確繪制出細(xì)胞膜的基本支架、蛋白質(zhì)的三種位置和糖被。2準(zhǔn)確標(biāo)注出各部分的結(jié)構(gòu)名稱， 學(xué)生回答，教師結(jié)合多媒體演示生物膜流動(dòng)鑲嵌模型概括：（1）磷脂雙分子層是生物膜的基本支架。其中磷脂分子的親水性頭部朝向兩側(cè)，疏水性的尾部相對(duì)朝向內(nèi)側(cè)。（2）蛋白質(zhì)分子有的鑲嵌在磷脂雙分子層表面，有的部分

15、或全部嵌入磷脂雙分子層中，有的橫跨整個(gè)磷脂雙分子層。在細(xì)胞膜的外側(cè)，有一層由細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)與糖類結(jié)構(gòu)合形成的糖蛋白，叫做糖被。 （3）磷脂分子是可以運(yùn)動(dòng)的，具有流動(dòng)性。大多數(shù)的蛋白質(zhì)也是可以運(yùn)動(dòng)的，也體現(xiàn)了膜的流動(dòng)性。 教師邊概括邊投影逐步呈現(xiàn)下圖 實(shí)物投影幾位學(xué)生繪制的細(xì)胞膜亞顯微結(jié)構(gòu)模式圖，指出繪制中存在的錯(cuò)誤問(wèn)題。對(duì)于細(xì)胞膜來(lái)講，只有膜的外側(cè)分布有糖被，與細(xì)胞間的識(shí)別，信息交流有密切關(guān)系。64 課堂小結(jié) 繪制生物膜的概念圖 今天我們重溫了科學(xué)家探索細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的歷程，也重點(diǎn)學(xué)習(xí)了生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容。下面我們一起結(jié)合本節(jié)課完成生物膜的概念圖。先由學(xué)生討論思考

16、，然后教師多媒體呈現(xiàn)下列概念圖，讓學(xué)生完成的填寫，使學(xué)生對(duì)生物膜具有一個(gè)總體概念。（設(shè)計(jì)意圖：培養(yǎng)學(xué)生繪概念圖的能力，系統(tǒng)鞏固學(xué)生本節(jié)課知識(shí)）決定生物膜結(jié)構(gòu)特點(diǎn)功能特性結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)探究歷程流動(dòng)性選擇透過(guò)性磷脂雙層膜蛋白7【評(píng)價(jià)反饋】1提出生物膜流動(dòng)鑲嵌模型的時(shí)間和科學(xué)家分別是 ( )A1959年，羅伯特森 B1972年，桑格和尼克森C19世紀(jì)，施旺和施萊登 D19世紀(jì)，歐文頓2生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型認(rèn)為生物膜是 ( ) 以磷脂雙分子層為基本骨架 蛋白質(zhì)一脂質(zhì)一蛋白質(zhì)的三層結(jié)構(gòu) 靜止的 流動(dòng)的A B C D3變形蟲表面的任何部位都能伸為偽足，人體內(nèi)的一些白細(xì)胞可以吞噬病菌和異物。上述生理過(guò)程的完成

17、依賴于細(xì)胞膜具有 ( )A選擇透過(guò)性 B一定的流動(dòng)性 C保護(hù)性 D主動(dòng)運(yùn)輸41985年，Oerton在研究各種未受精卵細(xì)胞的透性時(shí)，發(fā)現(xiàn)脂溶性物質(zhì)容易透過(guò)細(xì)胞膜，不溶解于脂質(zhì)的物質(zhì)透過(guò)細(xì)胞膜十分困難。這表明組成細(xì)胞膜的主要成分中有 。51925年，Gorter Grendel用丙酮提取細(xì)胞膜的磷脂，并將它在空氣水界面上展開(kāi)時(shí)，這個(gè)單層分子的面積相當(dāng)于原來(lái)細(xì)胞表面積的兩倍，由此可以認(rèn)為細(xì)胞膜由 組成。如果單層磷脂分子的面積為S，則該細(xì)胞表面積為 。 6用不同熒光染料標(biāo)記的抗體，分別與小鼠細(xì) 胞和人細(xì)胞的細(xì)胞膜上的一種抗原結(jié)合，兩類細(xì) 胞則分別產(chǎn)生綠色熒光和紅色熒光。將兩類細(xì)胞融合成一個(gè)細(xì)胞時(shí)，其一半呈綠色，一半呈紅色。在370C下保溫40 min后，細(xì)胞上兩種熒光點(diǎn)呈均勻分布(如圖所示)，試問(wèn)：(1)人和鼠細(xì)胞膜表面的抗原屬于構(gòu)成膜結(jié)構(gòu)的起受體作用的 。(2)融合細(xì)胞表面的兩類熒光染料分布的動(dòng)態(tài)變化，可以證實(shí)關(guān)于細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)“模型”的_觀點(diǎn)是成立的。(3)融合細(xì)胞表面的兩類熒光染料最終均勻分布，原因是構(gòu)成膜結(jié)構(gòu)的磷脂分子和蛋白質(zhì)分子都是運(yùn)動(dòng)的，這表明膜的結(jié)構(gòu)具有一定的 。1.B 2.C 3. B 4