第4章 細(xì)胞的物質(zhì)輸入和輸出

1、第4章 細(xì)胞的物質(zhì)輸入和輸出第1節(jié) 物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)膶?shí)例一、 教學(xué)目標(biāo)1.舉例說(shuō)出細(xì)胞膜是選擇透過(guò)性膜。2.嘗試提出問(wèn)題，作出假設(shè)。3.進(jìn)行關(guān)于植物細(xì)胞吸水和失水的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作。二、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)舉例說(shuō)出細(xì)胞膜是選擇透過(guò)性膜。嘗試提出問(wèn)題，作出假設(shè)。三、教學(xué)方法探究法、講述法四、課時(shí)安排2五、教學(xué)過(guò)程學(xué)生閱讀P58。以“問(wèn)題探討”引入，學(xué)生思考回答，教師提示。1.由于單位時(shí)間內(nèi)透過(guò)玻璃紙進(jìn)入長(zhǎng)頸漏斗的水分子數(shù)量多于從長(zhǎng)頸漏斗滲出的水分子數(shù)量，使得管內(nèi)液面升高。2.用紗布替代玻璃紙時(shí)，因紗布的孔隙很大，蔗糖分子也可以自由通透，因而液面不會(huì)升高。3.半透膜兩側(cè)溶液的濃度相等時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)透過(guò)玻璃紙

2、進(jìn)入長(zhǎng)頸漏斗的水分子數(shù)量等于滲出的水分子數(shù)量，液面也不會(huì)升高。以“本節(jié)聚焦”再次引起學(xué)生的思考與注意。一、細(xì)胞的吸水和失水學(xué)生觀察P60圖4-1。思考討論回答：1.紅細(xì)胞內(nèi)的血紅蛋白等有機(jī)物能夠透過(guò)細(xì)胞膜嗎？“問(wèn)題探討”中所說(shuō)的半透膜？3.當(dāng)外界溶液的濃度低時(shí)，紅細(xì)胞一定會(huì)由于吸水而漲破嗎？4.紅細(xì)胞吸水或失水約多少取決于什么條件？教師提示。1.紅細(xì)胞內(nèi)的血紅蛋白等有機(jī)物一般不能透過(guò)細(xì)胞膜?！皢?wèn)題探討”中的半透膜。3.當(dāng)外界溶液的濃度低于紅細(xì)胞內(nèi)部的濃度時(shí)，紅細(xì)胞一般會(huì)因持續(xù)吸水而漲破。4.紅細(xì)胞吸水或失水的多少主要取決于紅細(xì)胞內(nèi)外濃度的差值。一般情況下，差值較大時(shí)吸水或失水較多。學(xué)生回答P6

3、1“與生活的聯(lián)系”中的問(wèn)題。動(dòng)物細(xì)胞的吸水和失水吸水：細(xì)胞外液的濃度細(xì)胞內(nèi)液的濃度（膨脹甚至漲破）失水：細(xì)胞外液的濃度細(xì)胞內(nèi)液的濃度（皺縮）成熟植物細(xì)胞（有大液泡）的吸水和失水原生質(zhì)層：細(xì)胞膜液泡膜兩層膜之間的細(xì)胞質(zhì)。探究 植物細(xì)胞的吸水和失水。學(xué)生閱讀思考交流回答，教師提示。探究活動(dòng)的過(guò)程：提出問(wèn)題（價(jià)值高的）；作出假設(shè)；設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)；進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；分析結(jié)果；得出結(jié)論。 中央液泡大小原生質(zhì)層的位置細(xì)胞大小蔗糖溶液變小原生質(zhì)層脫離細(xì)胞壁基本不變清水逐漸恢復(fù)原來(lái)大小原生質(zhì)層恢復(fù)原來(lái)位置基本不變失水：細(xì)胞外液的濃度細(xì)胞內(nèi)液的濃度（質(zhì)壁分離）吸水：細(xì)胞外液的濃度細(xì)胞內(nèi)液的濃度（質(zhì)壁分離復(fù)原）二、物質(zhì)跨膜運(yùn)輸

4、的其他實(shí)例學(xué)生閱讀教材P63“資料分析”，討論回答問(wèn)題，教師提示1.在培養(yǎng)過(guò)程中，水稻吸收水分及其他離子較多，吸收Ca2+、Mg2+較少，結(jié)果導(dǎo)致水稻培養(yǎng)液里的Ca2+、Mg2+濃度增高。2.不同作物對(duì)無(wú)機(jī)鹽的吸收是有差異的。3.水分子跨膜運(yùn)輸是順相對(duì)含量梯度的，其他物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸并不都是這樣，這取決于細(xì)胞生命活動(dòng)的需要。4.細(xì)胞對(duì)物質(zhì)的吸收是有選擇的。這種選擇性具有普遍性。結(jié)論： 細(xì)胞膜和其他生物膜都是選擇透過(guò)性膜。 學(xué)生活動(dòng)：思考、討論P(yáng)64“與生活的聯(lián)系”小結(jié)：（通過(guò)以下問(wèn)題對(duì)本節(jié)的內(nèi)容進(jìn)行小結(jié)） 1.細(xì)胞在什么情況下吸水或失水？2.植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離與復(fù)原現(xiàn)象說(shuō)明什么？3.為什么說(shuō)細(xì)胞

5、膜是選擇透過(guò)性膜？作業(yè) 64練習(xí)一二。第2節(jié) 生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型一、 教學(xué)目標(biāo)1.簡(jiǎn)述生物膜的結(jié)構(gòu)。2.探討在建立生物膜模型的過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步所起的作用。3.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)。二、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容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)。三、教學(xué)方法講述法、探究法四、課時(shí)安排2五、教學(xué)過(guò)程以“問(wèn)題探討”引入，學(xué)生思考討論回答，教師提示。1.三種材料比較，彈力布更能體現(xiàn)細(xì)胞膜的柔變性和一定的通透性，相對(duì)好一些。當(dāng)然，這幾種材料的特點(diǎn)與真實(shí)的細(xì)胞膜之間還有不小的差距。2.有條件的話，使用微孔塑膠或利用激光給氣球打上微孔

6、都可以作為模型的細(xì)胞膜。使用透析袋也可以。如果制作臨時(shí)使用的模型，利用豬或其他動(dòng)物的膀胱做細(xì)胞膜是更加理想的材料。一、對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)的探究歷程問(wèn)題： 細(xì)胞膜的組成成分是什么呢？歐文頓的推論是否正確呢？學(xué)生活動(dòng) 學(xué)生帶著問(wèn)題閱讀課本，并完成P66“思考與討論”，教師提示。1.最初認(rèn)識(shí)到細(xì)胞膜是由脂質(zhì)組成的，是通過(guò)對(duì)現(xiàn)象的推理分析得出的。2.有必要。僅靠推理得出的結(jié)論不一定準(zhǔn)確，還應(yīng)通過(guò)科學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)和修正?！邦^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(xué)家因測(cè)得單分子層的面積恰為紅細(xì)胞表面積的2倍，才得出膜中的脂質(zhì)必然排列為連續(xù)的兩層這一結(jié)論。問(wèn)題： 細(xì)

7、胞膜中除含有脂質(zhì)外，還有沒(méi)有其他成分呢？介紹科學(xué)家的化學(xué)分析結(jié)果，指出膜主要由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)組成；分析假說(shuō)是如何提出的，假說(shuō)與觀察和實(shí)驗(yàn)證據(jù)的關(guān)系。問(wèn)題： 脂質(zhì)和蛋白質(zhì)是怎樣形成膜的呢？介紹兩位荷蘭科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)，分析脂雙層這一結(jié)論的由來(lái)。問(wèn)題： 蛋白質(zhì)位于脂雙層的什么位置呢？簡(jiǎn)介20世紀(jì)40年代的推測(cè)和羅伯特森1959年提出的“三明治”結(jié)構(gòu)模型）（指出“三明治”結(jié)構(gòu)模型的不足，說(shuō)明細(xì)胞膜不應(yīng)是靜態(tài)的剛性的結(jié)構(gòu)，而應(yīng)當(dāng)是動(dòng)態(tài)的彈性的結(jié)構(gòu)。問(wèn)題： 有什么證據(jù)證明細(xì)胞膜中的物質(zhì)是不斷運(yùn)動(dòng)的呢？重點(diǎn)介紹熒光標(biāo)記小鼠細(xì)胞和人細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)，指出細(xì)胞膜具有流動(dòng)性；并討論技術(shù)的進(jìn)步在細(xì)胞膜研究中的作用，強(qiáng)化結(jié)構(gòu)

8、與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)。思考與討論2學(xué)生思考回答，教師提示。1.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終于看到了膜的存在；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)外兩側(cè)并不對(duì)稱；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。沒(méi)有這些技術(shù)的支持，人類的認(rèn)識(shí)便不能發(fā)展。2.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)始終引導(dǎo)人們不斷實(shí)踐、認(rèn)識(shí)，再實(shí)踐、再認(rèn)識(shí)；使人類一步步接近生物膜結(jié)構(gòu)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(lái)說(shuō)，功能的不同常伴隨著結(jié)構(gòu)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

9、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(jìn)學(xué)者們重新研究脂質(zhì)和蛋白質(zhì)相互作用的問(wèn)題。一些學(xué)者使用了更加先進(jìn)的技術(shù)，運(yùn)用紅外光譜等技術(shù)證明，膜蛋白主要為球形結(jié)構(gòu)。冰凍蝕刻電鏡技術(shù)又證明，脂雙層中分布有蛋白質(zhì)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(zhì)，以及蛋白質(zhì)在生物膜中的不同分布情況，恰能較好地解釋不同結(jié)構(gòu)的生物膜具有不同的生理功能。二、流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容。這一模型是S.J.Singer和G.Nicolson于1972年通過(guò)對(duì)已有的模型進(jìn)行修正而提出的。它的主要特點(diǎn)是：膜結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性和不均勻性。（將膜蛋白分為外在蛋白和內(nèi)在蛋白，并且

10、指出蛋白質(zhì)在脂雙層中的分布是不對(duì)稱和不均勻的。）膜結(jié)構(gòu)的流動(dòng)性。（認(rèn)為膜的結(jié)構(gòu)成分不是靜止的，而是動(dòng)態(tài)的，生物膜是流動(dòng)的脂質(zhì)雙分子層與鑲嵌著的球蛋白按二維排列組成。）膜的功能是由蛋白與蛋白、蛋白與脂質(zhì)、脂質(zhì)與脂質(zhì)之間復(fù)雜的相互作用實(shí)現(xiàn)的。小結(jié)：一、對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)的探究歷程二、流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容。作業(yè)：69練習(xí)一二。第3節(jié) 物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞揭弧?教學(xué)目標(biāo)1.說(shuō)明物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的方式。2.進(jìn)行圖表數(shù)據(jù)的解讀。二、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的方式。主動(dòng)運(yùn)輸。三、教學(xué)方法探究法、講述法、演示法四、課時(shí)安排2五、教學(xué)過(guò)程以“問(wèn)題探討”引入，學(xué)生思考討論回答，教師提示。1.從圖上可以看出，氧氣、二氧化碳

11、、氮?dú)?、苯等小分子（苯還是脂溶性的）很容易通過(guò)合成的脂雙層；水、甘油、乙醇等較小的分子也可以通過(guò)；氨基酸、葡萄糖等較大的有機(jī)分子和帶電荷的離子則不能通過(guò)合成的脂雙層。2.葡萄糖不能通過(guò)人工合成的無(wú)蛋白的脂雙層，但小腸上皮細(xì)胞能大量吸收葡萄糖，推測(cè)小腸上皮細(xì)胞的細(xì)胞膜上有能夠轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖的蛋白質(zhì)。3.通過(guò)觀察此圖還可聯(lián)想并提出，細(xì)胞需要的離子是否也通過(guò)細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)來(lái)運(yùn)輸?shù)葐?wèn)題。一、被動(dòng)運(yùn)輸順濃度梯度的擴(kuò)散。有兩種形式：自由擴(kuò)散、協(xié)助擴(kuò)散二、主動(dòng)運(yùn)輸逆濃度梯度的運(yùn)輸。思考與討論 學(xué)生思考討論回答，教師提示。1.自由擴(kuò)散和協(xié)助擴(kuò)散都不需要消耗能量。因?yàn)槎叨际琼樜镔|(zhì)的濃度梯度進(jìn)行的。2.自由擴(kuò)散與協(xié)助擴(kuò)散的共同之處是都不需要細(xì)胞消耗能量。不同之處是：前者不需要蛋白質(zhì)的協(xié)助，后者必須有蛋白質(zhì)的協(xié)助才能實(shí)現(xiàn)。3.因?yàn)樽杂蓴U(kuò)散和協(xié)助擴(kuò)散都是順物質(zhì)的濃度梯度進(jìn)行的，不需要細(xì)胞消耗能量，所以統(tǒng)稱為被動(dòng)運(yùn)輸。運(yùn)輸方式自由擴(kuò)散協(xié)助運(yùn)輸主動(dòng)運(yùn)輸跨膜方向高低高低一般：低高載體協(xié)助不需要需要需要消耗能量不用不用用物質(zhì)舉例氧氣、二氧化碳、氮?dú)?、苯等小分子（苯還是脂溶性的）水、甘油、乙醇等較小的分子氨基酸、葡萄糖等較大的有機(jī)分子K+、Mg2