湖南省懷化市湖天中學(xué)高一生物必修一教案：生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型Word版

1、教學(xué)日期 年 月 日第 周星期 第 節(jié)教學(xué)年級(jí) 中 年 期科目生物課題教學(xué)班級(jí) 中 級(jí) 班三維目標(biāo)知識(shí)與技能通過(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。 舉例說(shuō)明生物膜具有流動(dòng)性特點(diǎn)。 簡(jiǎn)述生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容。過(guò)程與方法通過(guò)分析科學(xué)家建立生物膜模型的過(guò)程，學(xué)習(xí)做出假設(shè)。 發(fā)揮空間想象力，通過(guò)制作模型，構(gòu)建細(xì)胞膜的空間立體結(jié)構(gòu)。情感態(tài)度與價(jià)值觀生物膜結(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)的辯證唯物主義自然觀。 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。正確認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)技術(shù)

2、手段的進(jìn)步在促進(jìn)科學(xué)的發(fā)展中的作用。教學(xué)用具PPT教學(xué)重點(diǎn)流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容教學(xué)難點(diǎn)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)教學(xué)步驟及要點(diǎn)：復(fù)習(xí)舊知，導(dǎo)入新課在上節(jié)課中，通過(guò)對(duì)幾種物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)膶?shí)例，我們明白細(xì)胞膜和其他生物膜都是選擇透過(guò)性膜，細(xì)胞膜為什么會(huì)有選擇性，生物膜是靠什么機(jī)制來(lái)對(duì)不同的物質(zhì)進(jìn)行選擇的呢？我們知道生物的結(jié)構(gòu)與功能是相適應(yīng)的，細(xì)胞膜具有選擇透過(guò)性的功能肯定跟他的結(jié)構(gòu)有密切的關(guān)系，今天我們來(lái)學(xué)習(xí)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。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

3、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。讓我們一起重溫一下這段歷史，會(huì)讓大家對(duì)科學(xué)過(guò)程和本質(zhì)的理解有所啟發(fā)。我想讓大家穿過(guò)時(shí)空隧道，回到一百多年前，假想一下：如果你是當(dāng)時(shí)的一位科學(xué)家，你會(huì)怎樣去研究細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)？（提示學(xué)生，引導(dǎo)他們明白限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件，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，通過(guò)什么辦法進(jìn)行第一步的探究呢？引導(dǎo)學(xué)生看教材后明白當(dāng)時(shí)科學(xué)家是從生理功能入手來(lái)探究的，通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察，科學(xué)家才有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评?，提出膜是由脂質(zhì)組成這一假說(shuō)，提示學(xué)生作出科學(xué)探究過(guò)程中作出假設(shè)后的步驟是什么（通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證假設(shè)），從而進(jìn)入下面的學(xué)習(xí)。 從現(xiàn)象入手，去進(jìn)行推測(cè)，這就是生物學(xué)研

4、究上常用的一種科學(xué)方法假說(shuō)法。這也是我們今天探究生物膜的結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要的方法，下面，就讓我們沿著科學(xué)家的足跡，和科學(xué)家一起來(lái)研究這個(gè)問(wèn)題。 新授：一、資料分析問(wèn)題（1）：探究細(xì)胞膜的組成成分是什么？ 資料一時(shí)間：19世紀(jì)末 1895年人物：歐文頓（E.Overton）1 / 6實(shí)驗(yàn)：用500多種物質(zhì)對(duì)植物細(xì)胞進(jìn)行上萬(wàn)次的通透性實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)更容易通過(guò)細(xì)胞膜。提出假說(shuō)：膜是由脂質(zhì)組成的。設(shè)問(wèn)：對(duì)“歐文頓實(shí)驗(yàn)”1. 最初實(shí)驗(yàn)得到生物膜是由脂質(zhì)組成的，是通過(guò)對(duì)現(xiàn)象的推理分析還是通過(guò)膜成分的提取和鑒定？2. 假說(shuō)是如何提出的？3. 在推理分析得到結(jié)論之后還有必要對(duì)膜的成分進(jìn)行提取、分離和鑒定嗎？4.

5、為什么一開(kāi)始不對(duì)生物膜直接進(jìn)行提取、分離和鑒定呢？5. 歐文頓的推論是否正確呢？細(xì)胞膜除了脂質(zhì)外，還有沒(méi)有其他成分呢？學(xué)生交流、討論：（略）教師講述：1、從生理功能上入手，通過(guò)對(duì)現(xiàn)象的推理分析的。2、根據(jù)他的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：凡可以溶于脂質(zhì)的物質(zhì)，比不溶于脂質(zhì)的物質(zhì)更容易通過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞。3、有必要，通過(guò)鑒定能更準(zhǔn)確地說(shuō)明問(wèn)題4、對(duì)現(xiàn)象的推理分析是要進(jìn)行鑒定，才能準(zhǔn)確地說(shuō)明問(wèn)題?？墒氰b于當(dāng)時(shí)技術(shù)的限制，不能進(jìn)行對(duì)結(jié)構(gòu)物質(zhì)的提取。5、經(jīng)科學(xué)家化學(xué)分析結(jié)果，細(xì)胞膜成分除了脂質(zhì)外，還有蛋白質(zhì)。那脂質(zhì)和蛋白質(zhì)是怎樣形成膜的呢？資料二 ：時(shí)間：1925年人物：荷蘭科學(xué)家Gorter和Grendel 實(shí)驗(yàn)：從紅

6、細(xì)胞膜中提取脂質(zhì)，鋪成單層分子，發(fā)現(xiàn)面積是紅細(xì)胞膜的2倍設(shè)問(wèn)：“荷蘭科學(xué)家實(shí)驗(yàn)”-實(shí)驗(yàn)得到什么現(xiàn)象？請(qǐng)你展開(kāi)大膽想象，你會(huì)推測(cè)出什么樣的結(jié)論？學(xué)生交流、討論：（略）教師講述：兩位荷蘭科學(xué)家根據(jù)單分子層的面積是紅細(xì)胞表面積的2倍。由此得出的結(jié)論是：細(xì)胞膜中的磷脂是雙層的。磷脂是一種由甘油，脂肪酸和磷酸所組成的分子，磷酸“頭”部是親水的，脂肪酸“尾”部是疏水的。設(shè)問(wèn)： 請(qǐng)你運(yùn)用相關(guān)的化學(xué)知識(shí)解釋為什么磷脂在空氣水界面上鋪展成單分子層？ 生物的結(jié)構(gòu)和功能是相適應(yīng)的。在細(xì)胞膜內(nèi)外都是水環(huán)境條件下，細(xì)胞膜的兩層磷脂分子可能怎樣排布呢？形成什么樣的結(jié)構(gòu)呢？學(xué)生交流、討論：（略）教師講述：這是大家開(kāi)動(dòng)腦筋推

7、測(cè)出的磷脂分子排列方式，大家看哪種最合理？（教師分析）知道了脂質(zhì)的排布方式，那么蛋白質(zhì)與磷脂又是怎樣的位置關(guān)系?有人推測(cè)出脂質(zhì)兩邊覆蓋蛋白質(zhì)的理論。資料三時(shí)間：1959年人物：羅伯特森（J.D.Robertsen）實(shí)驗(yàn)：在電鏡下看到細(xì)胞膜由“蛋白質(zhì)脂質(zhì)蛋白質(zhì)”的三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成提出假說(shuō)：生物膜是由“蛋白質(zhì)脂質(zhì)蛋白質(zhì)”的三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成的靜態(tài)統(tǒng)一結(jié)構(gòu)教師設(shè)問(wèn)： 對(duì)“羅伯特森電鏡實(shí)驗(yàn)”實(shí)驗(yàn)得到什么現(xiàn)象？ 讓你來(lái)推測(cè)，你會(huì)推出什么樣的結(jié)論？ 你同意“三明治”結(jié)構(gòu)模型嗎?這種生物膜是靜態(tài)的觀點(diǎn)不能解釋哪些生命現(xiàn)象？學(xué)生交流、討論：（略）教師講述：借助于電鏡，羅伯特森觀察到了細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)，并推出靜態(tài)結(jié)構(gòu)。但它很

8、難解釋細(xì)胞分裂、草履蟲(chóng)的運(yùn)動(dòng)和分裂、成熟植物細(xì)胞的質(zhì)壁分裂與復(fù)原現(xiàn)象。把生物膜描述為靜態(tài)的剛性結(jié)構(gòu)，這顯然與膜功能的多樣性相矛盾。20世紀(jì)60年代,有人對(duì)此靜態(tài)觀點(diǎn)提出異議。并隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)蛋白質(zhì)的位置也提出了準(zhǔn)確的說(shuō)法，指出蛋白質(zhì)不是全部平鋪在脂質(zhì)的表面，有的鑲嵌在脂質(zhì)雙分子層中。那么，有什么證據(jù)證明細(xì)胞膜中的物質(zhì)不是靜態(tài)的嗎？資料四：時(shí)間：1970年人物：Larry Frye等實(shí)驗(yàn)：將人和鼠的細(xì)胞膜用不同的熒光抗體標(biāo)記后，讓兩種細(xì)胞融合，雜交細(xì)胞的一半發(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提出假說(shuō)：細(xì)胞膜具有流動(dòng)性設(shè)問(wèn)： 對(duì)“熒光染料標(biāo)記實(shí)驗(yàn)”觀察得到

9、怎樣的動(dòng)態(tài)現(xiàn)象？ 這一動(dòng)態(tài)現(xiàn)象說(shuō)明了什么？ 能推出什么結(jié)論？學(xué)生交流、討論：（略）教師講述：熒光標(biāo)記小鼠細(xì)胞和人細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)，說(shuō)明了組成細(xì)胞膜的分子是可以不斷運(yùn)動(dòng)的，成功指出細(xì)胞膜的流動(dòng)性設(shè)問(wèn)：我們還學(xué)過(guò)哪些生命現(xiàn)象能說(shuō)明生物膜具有流動(dòng)性？學(xué)生回答；（略）教師講述：白細(xì)胞吞噬病菌、變形蟲(chóng)的變形運(yùn)動(dòng)、植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離等例子都能說(shuō)明細(xì)胞膜具有流動(dòng)性。即流動(dòng)鑲嵌模型提出的膜結(jié)構(gòu)能很好地解釋上述細(xì)胞功能。在新的觀察和實(shí)驗(yàn)證據(jù)的基礎(chǔ)上，又有學(xué)者提出一些關(guān)于生物膜的分子結(jié)構(gòu)模型。其中年桑格和尼克森提出的流動(dòng)鑲嵌模型為大多數(shù)人所接受。它的具體內(nèi)容是什么呢？二、生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容想象空間、課件展

10、示結(jié)合生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程，學(xué)生展開(kāi)想像，自我構(gòu)建細(xì)胞膜的三維立體結(jié)構(gòu)。再課件展示“細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)”，教師有順序、有層次清楚地闡述基本內(nèi)容：生物膜的組成：主要由蛋白質(zhì)和脂質(zhì)組成，還含少量的糖類。生物膜的基本骨架：磷脂雙分子層（親水性頭部朝向兩側(cè)，疏水性尾部朝向內(nèi)側(cè)）。蛋白質(zhì)分子存在形態(tài)：有鑲在表面、嵌入、橫跨三種，外側(cè)的蛋白質(zhì)分子與糖類結(jié)合形成糖被。體現(xiàn)了生物膜的不對(duì)稱性。糖被在細(xì)胞的生命活動(dòng)中具有重要功能，如保護(hù)、潤(rùn)滑、識(shí)別等。生物膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：流動(dòng)性-磷脂分子和大多數(shù)蛋白質(zhì)分子都是運(yùn)動(dòng)的。（課件展示磷脂分子的多種運(yùn)動(dòng)形式，幫助學(xué)生理解磷脂雙分子層是輕油般的流體，具有流動(dòng)性）生物膜的功能特點(diǎn)：選擇透過(guò)性。學(xué)生討論設(shè)問(wèn)：1。生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型是不是完美無(wú)缺了呢？說(shuō)說(shuō)你的看法。 2回顧建立生物膜模型的過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步起到怎樣的作用？ 3在建立生物膜模型的過(guò)程中，結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)是如何得到體現(xiàn)的？學(xué)生討論：（略）教師講述：1。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)，對(duì)膜的結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)回進(jìn)一步深入，不斷完善和發(fā)展流動(dòng)鑲嵌模型。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。如電子顯微鏡的誕生使人們看到了膜的存在，冰凍蝕刻技術(shù)和掃描電子顯微鏡技術(shù)使人們認(rèn)識(shí)到膜的內(nèi)外并不