必修一4.2生物膜的流動鑲嵌模型教案

生物膜的流動鑲嵌模型一、教學目標：【知識】：理解生物膜流動鑲嵌模型的基本內容【情感】：了解科學研究是一個不斷探索，不斷完善的漫長過程。二、教學重點：重點：理解生物膜流動鑲嵌模型的基本內容難點：生物膜的流動性三、過程與方法目標：1.分析科學家建立生物膜結構模型過程，嘗試提出問題，大膽作出假設2.發(fā)揮空間想象能力，構建細胞膜的空間立體結構四、情感、態(tài)度與價值觀目標：1.使學生樹立生物結構與功能相適應的生物學辨證觀點2.培養(yǎng)學生嚴謹?shù)耐评砗痛竽懴胂竽芰?.認識到技術的發(fā)展在科學研究中的作用，尊重科學且用發(fā)展的觀點看待科學，樹立辨證的科學觀五、教學策略建議使用1課時。1.調動學生已有的知識和經(jīng)驗，激發(fā)學生的探究欲望。讓學生從結構與功能相適應的角度分析，用什么材料做細胞膜，能更好地體現(xiàn)細胞膜的功能。關于這個問題，學生已有的知識是：細胞膜很薄，是細胞這個生命系統(tǒng)的邊界；細胞膜能夠控制物質的進出，讓一部分物質通過，其他物質不能通過；植物細胞質壁分離和復原的實驗告訴學生，細胞能夠在一定范圍內漲大和縮小，說明細胞膜具有一定的彈性。2.設計問題串，分析科學家探索生物膜結構的曲折歷程。建議設計問題串，引導學生一步一步地分析科學家的實驗和結論，宛如親歷科學家探索的歷程，使學生切身感受科學的魅力，始終保持高昂的興趣，自然而然地接受流動鑲嵌模型的理論，并且加深對科學過程和方法的理解。3.歸納總結，圖文并重，闡述流動鑲嵌模型的基本內容。讓學生歸納總結流動鑲嵌模型的基本要點，教師再呈現(xiàn)生物膜的結構模型示意圖，結合該圖闡述流動鑲嵌模型的基本內容。這幅圖呈現(xiàn)的只是生物膜的局部結構，可讓學生展開想像力，想像一個近似球形的細胞的細胞膜的三維立體結構。最后可簡介糖被的內容，此內容也可讓學生自己閱讀。六、教學過程教師活動學生活動設計意圖[引入]（5分鐘）[問題探討]在制作真核細胞三維結構模型的活動中，選用塑料袋、普通布和彈力布三種材料做細胞膜，哪種材料更適于體現(xiàn)細胞膜的功能？[小組討論回答]三種材料的特性：塑料袋不具有通透性，普通布不具有柔變性，而彈力布不僅具有柔變性，還具有一定的通透性。點燃學生的好奇之火，激發(fā)學生對生物膜結構的強烈興趣和渴望探索的動機。[師生共識]選擇彈力布做細胞膜的材料，相對好一些。[過渡]當然，這幾種材料的特點與真實的細胞膜之間還有不小的差距。今天就讓我們一起隨著小探索者去親歷科學家的探索歷程吧![效果]讓學生宛如親歷科學探索歷程，切身感受到科學的魅力，始終保持高昂的興趣，自然而然地接受流動鑲嵌模型的理論，且加深對科學過程和方法的理解。教師活動學生活動設計意圖[新課]（32分鐘）一．生物膜結構的探索歷程[過渡]一種物質或物體的結構是其組成成分間的組合形式的體現(xiàn)。要弄清某一物質或物體的結構，首先要弄清其化學組成成分。那么，細胞膜的組成成分是什么？[設疑]探究細胞膜的化學組成成分，為什么不用化學分析的方法呢？[小組討論回答]限于當時的技術條件，科學家們不知道細胞膜的結構，只好從研究細胞膜的生理現(xiàn)象入手來探究其化學組成成分。開始學習模型建構的方法。[小標題一]從細胞膜功能入手的科學探究[展示資料1]細胞膜的通透性實驗時間：19世紀末1895年科學家：歐文頓（）實驗：物質對細胞膜的通透性問題：①實驗的現(xiàn)象是什么？②歐文頓提出了什么假說？[設疑]正是有了實驗觀察，科學家才有了嚴謹?shù)耐评砗痛竽懙南胂瘛Ｄな怯芍|組成的這一假說在19世紀被提出。假說是否還需要進一步的實驗和觀察來驗證和完善？[展示資料2]細胞膜提取分離和成分分析時間：20世紀初實驗：科學家將細胞膜從哺乳動物的紅細胞中分離出來，發(fā)現(xiàn)細胞膜不但會被溶解脂質的溶劑溶解，也會被蛋白酶分解。問題：細胞膜是由哪些化學成分構成的？[閱讀]P65教材正文第二段。[觀察]歐文頓用500多種化學物質對植物細胞的通透性實驗[小組討論回答]①實驗的現(xiàn)象是什么？（凡是可以溶于脂質的物質，比不能溶于脂質的物質更容易通過細胞膜進入細胞。）②歐文頓提出了什么假說？（膜是由脂質組成的。）[回答]需要[閱讀]P65教材正文第三段。[小組討論回答]細胞膜是由哪些化學成分構成的？（膜的主要成分是脂質和蛋白質。）假說是怎樣提出的?？茖W的探索要具備嚴密的思維。[小標題二]單位膜模型的提出[過渡]細胞膜中的化學成分是怎樣有機結合構成細胞膜的呢?其中涉及到細胞膜中磷脂的排列方式和蛋白質的排列方式及模型的建構。[展示資料3]兩位荷蘭科學家實驗過程時間：1925年科學家：荷蘭科學家Gorter和Grendel[閱讀]P65教材正文第三段[觀察]動畫演示兩位荷蘭科學家實驗示意圖。了解技術進步對科學研究發(fā)展的作用。教師活動學生活動設計意圖實驗：磷脂平鋪在空氣—水界面問題：①實驗的現(xiàn)象是什么？②實驗結論是什么？③細胞膜中的脂質為什么會排列為連續(xù)的兩層呢？[展示資料4]“三明治”結構模型時間：1959年科學家：羅伯特森（）實驗：羅伯特森電鏡下觀察到的細胞膜問題：①實驗的現(xiàn)象是什么？②羅伯特森提出了什么假說？③討論“三明治”模型的局限性？[小組討論回答]①實驗的現(xiàn)象是什么？（測得單分子層的面積恰為紅細胞表面積的2倍。）②實驗結論是什么？（細胞膜中的脂質分子必然排列為連續(xù)的兩層。）③細胞膜中的脂質為什么會排列為連續(xù)的兩層呢？（磷脂分子是由磷酸、甘油、脂肪酸組成。其磷酸“頭部”是親水性的，其脂肪酸“尾部”是疏水性的。該結構決定了細胞膜中磷脂分子的排列方式。）[閱讀]P66教材正文第一段[觀察]展示羅伯特森電鏡下觀察到的細胞膜。[小組討論回答]①實驗的現(xiàn)象是什么？(在電鏡下看到了細胞膜清晰的“暗—亮—暗”三層結構。)②羅伯特森提出了什么假說？(所有生物膜都是由“蛋白質—脂質—蛋白質”三層結構構成的靜態(tài)統(tǒng)一結構。)③討論“三明治”模型的局限性？(把生物膜描述為靜態(tài)的剛性結構，解釋不了膜的許多生理功能。)技術進步推動了假說的發(fā)展。[小標題三]新技術帶來新模型[過渡]隨著科學技術的進步，人們從新的實驗現(xiàn)象入手對細胞膜的分子結構作出了新的判斷。[展示資料5]電鏡冰凍蝕刻細胞膜示意圖時間：20世紀60年代實驗:科學家用掃描電鏡技術和冰凍蝕刻技術揭示了細胞膜結構中蛋白顆粒問題：該圖說明了什么？[觀察]科學家用掃描電鏡技術和冰凍蝕刻技術揭示了細胞膜結構中蛋白顆粒分布示意圖。[小組討論回答]實驗的現(xiàn)象是什么？(實驗表明蛋白質并不是全部平鋪在脂質的表面，有的蛋白質是鑲嵌在脂質雙分子層中的。)隨著技術進步，假說不斷被修正和完善。突出模型建構方法：實驗、推理想像→提出假說→進一步驗證完善→不斷發(fā)展。教師活動學生活動設計意圖[展示資料6]免疫熒光技術細胞融合實驗時間：1970年科學家：弗雷(Frye)和埃迪登(Edidin)實驗：人鼠細胞融合問題：①實驗的現(xiàn)象是什么？②實驗結論是什么？③例舉細胞膜具有流動性？[智慧升華]1972年，桑格（）和尼克森（）通過觀察和實驗，并在繼承前人的研究成果基礎上，提出了什么樣的生物膜分子模型并被人們所接受。[設疑]生物膜的流動鑲嵌模型是否已完美無缺呢？從生物膜結構的探索歷程中，你受到哪些啟發(fā)？[閱讀]P67教材正文第二段[觀察]Flash演示小鼠細胞和人細胞的融合過程。[小組討論回答]①實驗的現(xiàn)象是什么？（兩種顏色的熒光均勻分布。）②實驗結論是什么？[細胞膜具有流動性（膜分子是運動的）。]③例舉細胞膜具有流動性？（白細胞吞噬細菌、變形蟲運動。）[形成共識]1972年，桑格和尼克森提出了最具代表性的生物膜模型——流動鑲嵌模型。[生生協(xié)作，形成共識]流動鑲嵌模型不可能完美無缺?？偨Y結構與功能相適應的觀點。人類對自然的認識是永無止境的。實現(xiàn)“情感、態(tài)度與價值觀”課程目標。[科學精神和科學品質滲透]人類對自然界的認識永無止境，隨著實驗技術的不斷創(chuàng)新和改進，對膜的研究將更加細致入微，對膜結構的進一步認識將能更完善地解釋細胞膜的各種功能，不斷完善和發(fā)展流動鑲嵌模型。二．流動鑲嵌模型的基本內容[動畫演示]細胞膜的亞顯微結構模型[自學問題]①生物膜的基本支架是什么？②蛋白質分子有哪幾種存在形態(tài)？③膜分子是靜止的，還是運動的？[知識拓展]磷脂分子的運動方式。1側向擴散2旋轉運動3擺動運動4翻轉運動5伸縮震蕩6旋轉異構[閱讀]P68教材正方第一段[觀察]三維立體動畫演示生物膜的流動鑲嵌模型[小組討論回答]①生物膜的基本支架是什么？[磷脂雙分子層。（親水性頭部朝向兩側，疏水性尾部朝向內側）]②蛋白質分子有哪幾種存在形態(tài)？[蛋白質分子有的鑲在磷脂雙分子層表面，有的嵌入磷脂雙分子層中，有的橫跨磷脂雙分子層。（體現(xiàn)了生物膜的不對稱性）]③膜分子是靜止的，還是運動的？[磷脂分子和大多數(shù)蛋白質分子都是運動的。（體現(xiàn)了生物膜的結構特點具有流動性）][能力提升]通過觀看磷脂分子的運動方式，進一步加深分子運動的直觀感受。通過動畫演示和直觀圖片，強化生物膜“流動鑲嵌模型”的基本內容。七、答案和提示（一）問題探討1.提示：三種材料比較，彈力布更能體現(xiàn)細胞膜的柔變性和一定的通透性，相對好一些。當然，這幾種材料的特點與真實的細胞膜之間還有不小的差距。2.提示：有條件的話，使用微孔塑膠或利用激光給氣球打上微孔都可以作為模型的細胞膜。使用透析袋也可以。如果制作臨時使用的模型，利用豬或其他動物的膀胱做細胞膜是更加理想的材料。（二）思考與討論11.最初認識到細胞膜是由脂質組成的，是通過對現(xiàn)象的推理分析得出的。2.有必要。僅靠推理得出的結論不一定準確，還應通過科學實驗進行檢驗和修正。3.提示：因為磷脂分子的“頭部”親水，所以在水—空氣界面上磷脂分子是“頭部”向下與水面接觸，尾部則朝向空氣一面?？茖W家因測得單分子層的面積恰為紅細胞表面積的2倍，才得出膜中的脂質必然排列為連續(xù)的兩層這一結論。（三）思考與討論21.提示：在建立生物膜模型的過程中，實驗技術的進步起到了關鍵性的推動作用。如電子顯微鏡的誕生使人們終于看到了膜的存在；冰凍蝕刻技術和掃描電子顯微鏡技術使人們認識到膜的內外兩側并不對稱；熒光標記小鼠細胞與人細胞的融合實驗又證明了膜的流動性等。沒有這些技術的支持，人類的認識便不能發(fā)展。2.提示：在建立生物膜模型的過程中，結構與功能相適應的觀點始終引導人們不斷實踐、認識，再實踐、再認識；使人類一步步接近生物膜結構的真相。例如，不同生物膜的功能是有差異的。在生命系統(tǒng)中，一般來說，功能的不同常伴隨著結構的差異，而早期的生物膜模型假定所有的生物膜都是相同的，這顯然與不同部位的生物膜功能不完全相同是矛盾的。還有，不同膜的厚度也不完全一樣。由此促進學者們重新研究脂質和蛋白質相互作用的問題。一些學者使用了更加先進的技術，運用紅外光譜等技術證明，膜蛋白主要為球形結構。冰凍蝕刻電鏡技術又證明，脂雙層中分布有蛋白質顆粒，這樣又發(fā)展了生物膜模型。生物膜中存在不同種類的蛋白質，以及蛋白質在生物膜中的不同分布情況，恰能較好地解釋不同結構的生物膜具有不同的生理功能。（四）練習基礎題1.提示：細胞膜太薄了，光學顯微鏡下看不見，而19世紀時還沒有電子顯微鏡，學者們只好從細胞膜的生理功能入手進行探究。2.脂質和蛋白質。3.提示：這兩種結構模型都認為，組成細胞膜的主要物質是脂質和蛋白質，這是它們的相同點。不同點是：（1）流動鑲嵌模型提出蛋白質在膜中的分布是不均勻的，有些橫跨整個脂雙層，有些部分或全部嵌入脂雙層，有些則鑲嵌在脂雙層的內外兩側表面；而三層結構模型認為蛋白質均勻分布在脂雙層的兩側。（2）流動鑲嵌模型強調組成膜的分子是運動的；而三層結構模型認為生物膜是靜態(tài)結構。。拓展題1.提示：生物膜結構的研究歷史