生物膜的流動鑲嵌模型教學案

1、第2節(jié)“生物膜的流動鑲嵌模型”的教學設(shè)計吳江市蘆墟中學 馬育國 牛軍銳 1【設(shè)計思想】1.1突出科學史的教育?？茖W史的教學是在新教材中特別強調(diào)和突出的，在舊教材中涉及不多，要教好不容易。備課過程老師要細致策劃如何有效地引導學生分析不同時期不同科學家的實驗及假說，評價他們的貢獻；要能通過一連串的環(huán)環(huán)相扣的問題來引導學生思維，要讓學生感到身臨其境，仿佛自己就是那個科學家在思考研究；最后讓學生從中總結(jié)出科學發(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)要突破的一個難點問題。本節(jié)課中，利用蛋白質(zhì)分子和磷脂分子的特點，讓學生根據(jù)科學家的實驗現(xiàn)象自己來構(gòu)建磷脂分子的排列方式、蛋白質(zhì)與磷脂的

2、組合方式，這樣讓學生不但形象、直觀的了解了模型構(gòu)建的過程、也讓他們置身其中、探索奧妙并體驗了成功的喜悅。 對于本節(jié)課的另一難點-細胞膜的流動性特點通過多媒體課件突破，通過幻燈片放映各個科學家研究的圖片、動畫，增強了這些內(nèi)容的立體感、豐富了教學內(nèi)容、使學生在樂趣中學、在輕松中學，學的有效。 2【教學三維目標】1知識與技能1）簡述生物膜流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容2）舉例說明生物膜具有流動性的特點。3）嘗試利用廢舊物制作生物膜模型4）通過分析科學家建立生物膜模型的過程，闡述科學發(fā)現(xiàn)的一般規(guī)律。2過程與方法1）通過分析科學家建立生物膜模型的過程，嘗試提出問題，做出假設(shè)。2）發(fā)揮空間想象

3、力，通過制作模型，嘗試構(gòu)建細胞膜的空間立體結(jié)構(gòu)。3情感態(tài)度與價值觀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上開展的，樹立生物結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生物學辨證觀點。2）正確認識科學價值觀，理解假說的提出要有實驗和觀察的依據(jù)，需要有嚴謹?shù)耐评砗痛竽懙南胂?，并通過實驗進一步驗證3）正確認識技術(shù)在科學研究中所起的作用3.教學重點： 對生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程 生物膜的流動鑲嵌模型學說的基本內(nèi)容4教學難點：1探討建立生物膜模型的過程如何體現(xiàn)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點 2生物膜的流動性特點5.教具準備：1與生物膜結(jié)構(gòu)探索過程相關(guān)的科學家圖片及其實驗圖片資料 2磷脂分子、蛋白質(zhì)分子模型，生物膜流動鑲嵌模型的多

4、媒體課件6.教學過程6.1 教學導入過程，創(chuàng)設(shè)問題情景創(chuàng)設(shè)問題：細胞膜是由哪些成份構(gòu)成的？生物膜對物質(zhì)進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，科學家又是怎樣確定生物膜的呢？設(shè)計意圖：通過設(shè)計的問題，使學生通過回憶已熟知的知識，激起探究新問題欲望-科學家是如何研究生物膜的。6.2 互動探究過程，撥開知識迷霧6.2.1 分析資料，進行科學探究和討論交流，體驗生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程 教師：人們對事物的認識是有一個過程的，科學家當年正是懷著對物質(zhì)跨膜運輸現(xiàn)象產(chǎn)生的疑問，開始了對生物膜結(jié)構(gòu)的孜孜以求地探索，歷經(jīng)了一百多年時間，走過了一條曲折的道路，直到現(xiàn)在仍有許多科學家在繼續(xù)深入研究。下面讓我

5、們一起重溫這段歷史，和科學家一起探究生物膜的結(jié)構(gòu)。限于當時的技術(shù)條件，人們還不能親眼看到生物膜，無法想像它的結(jié)構(gòu)是什么樣的，只知道物質(zhì)的跨膜運輸具有選擇性，那么，我們通過什么辦法進行第一步的探究呢？當時科學家就是從生理功能入手來進行探究實驗的，假設(shè)我們就是那個時代的科學家，我們和歐文頓他們一起進行了如下實驗，那么你根據(jù)實驗的現(xiàn)象會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從細胞膜功能入手的科學探究多媒體展示：小資料1 細胞膜的通透性實驗：1895年科學家Overton在研究各種未受精卵細胞的透性時，發(fā)現(xiàn)脂溶性物質(zhì)易透過細胞膜，不溶于脂類的物質(zhì)透過細胞膜十分困難。這一事實說明了什

6、么？小資料2 細胞膜提取分離和成分分析實驗20世紀初，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，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(zhì)的溶劑溶解，也會被蛋白酶分解。你從該實驗中能得出什么結(jié)論？學生活動：討論回答下列問題：資料1的實驗現(xiàn)象是什么？ 根據(jù)資料1和資料2的實驗現(xiàn)象，你能提出細胞膜是由哪些化學成分構(gòu)成嗎？教師：同學們和歐文頓一樣聰明，推測出膜由脂質(zhì)組成的。資料1和資料2的實驗中我們得出，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)展對科學研究具有重要作用。那么，脂質(zhì)在細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 兩位荷蘭科學家戈特和格倫德對血影的研究19

7、25年，荷蘭科學家 E. Gorter & F. Grendel ，將紅細胞膜的磷脂分子抽提出來，在空氣/水界面上排成單分子層. 測得脂質(zhì)展開的單分子層面積恰為紅細胞表面積的二倍。學生討論：該實驗的結(jié)論是什么？細胞膜中的脂質(zhì)分子排列為連續(xù)的兩層 細胞膜中的脂質(zhì)為什么會排列為連續(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（尾部），又有親水基團（頭部）。因為磷脂分子的“頭部”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為一層。 教師：下面請大家分組討論，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-水界面上完全浸沒在水中 生物膜的磷脂分子是怎樣組成雙磷脂分子層的？學生活動：小組討論交流，練習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，實物投影演示部分同學的成果。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？學生思考、板畫或本子上畫得出一致答案： 教師：上面的學習我們已經(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)模型時間：1959年科學家：羅伯特森（J.D.Robertsen）實驗：羅伯特森用超薄切片技術(shù)在電鏡下觀察到細胞膜，獲得了清晰的細胞膜電鏡照片，看到了暗亮暗的三層結(jié)構(gòu)。（補充小知識：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）學生討論問題：根據(jù)實驗結(jié)果你能提出什么假說？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，大家思考討論生物膜的“三明治”模型有沒有不足之處呢？學生討論：變形蟲的攝食過程，人體白細胞吞噬病原體的過程，細胞的生長等教

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)手段不斷運用于生物膜的研究，科學家做了如下實驗。板書 3.新技術(shù)帶來新模型-流動鑲嵌模型 小資料6 免疫熒光技術(shù)細胞融合實驗實驗：1970年，弗雷(Frye)和埃迪登(Edidin)將人和鼠的細胞膜用不同熒光抗體標記后，讓兩種細胞融合，雜種細胞一半發(fā)紅色熒光、另一半發(fā)綠色熒光，放置一段時間后發(fā)現(xiàn)兩種熒光抗體均勻分布。 人細胞鼠細胞370C誘導融合熒光標記 蛋白質(zhì)40分鐘后學生討論并回答問題：本實驗的現(xiàn)象是什么？ 實驗結(jié)論是什么？ 例舉細胞膜具有流動性？ 細胞膜的流動性可能和哪些因素有關(guān)？當把溫度降到0時結(jié)果會怎樣？教

11、師：通過上述實驗我們推知細胞膜具有一定的流動性，并且其流動性和溫度有關(guān)，在繼承前人的結(jié)論基礎(chǔ)上，結(jié)合新的觀察和實驗證據(jù)，又有科學家提出一些關(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)？縱觀對建立生物膜模型的探索過程，實驗技術(shù)的進步起到了怎樣的作用呢？ 從整個人們對建立生物膜模型的探索過程，生物膜的流動鑲嵌模型是否已完美無缺呢？學生討論作答：（答案要點） 1科學研究是要在實驗和觀察的基礎(chǔ)上，通過嚴謹?shù)耐评砗痛竽懙南胂?，提出假說，再通過實驗進一步地

12、驗證假說；科學研究依賴于技術(shù)的進步；科學發(fā)現(xiàn)的過程是一個長期的過程，涉及到許多科學家的辛勤工作；科學發(fā)現(xiàn)的過程不是一帆風順的，往往是在繼承的基礎(chǔ)上不斷驗證、修正和完善發(fā)展的；科學家的觀點并不全是真理，還必須通過實踐驗證；科學學說不是一成不變的，需要不斷完善。  2在建立生物膜模型的過程中，實驗技術(shù)的進步起到了關(guān)鍵性的推動作用。如血影的制取和化學成分的鑒定技術(shù)使人們認識膜的化學組成；電子顯微鏡的誕生使人們終于看到了膜的存在；熒光標記小鼠細胞與人細胞的融合實驗又證明了膜的流動性等。  3生物膜的流動鑲嵌模型不可能完美無缺。人類對自然界的認識永無止境，隨著實驗技術(shù)的不斷創(chuàng)新和改進

13、，對膜的研究將更加細致入微，對膜結(jié)構(gòu)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。 63 問題導讀，教師總結(jié)，自主學習流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容 教師：的確，流動鑲嵌模型雖是目前人們普遍認同的，但它無法完美地回答生物膜的所有功能。所以后來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。其要點和特點基本相同，主要包括膜的分子組成和結(jié)構(gòu)特征。 那么，生物膜的流動鑲嵌

14、模型的基本內(nèi)容又是什么呢？ （設(shè)計意圖：過度作用，承上啟下）板書 二、生物膜流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容學生活動：自主閱讀P68教材第一段，討論回答問題并嘗試自己繪出細胞膜的亞顯微結(jié)構(gòu)示意圖。問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，還是運動的？繪圖能力 繪制細胞膜的亞顯微結(jié)構(gòu)示意圖1準確繪制出細胞膜的基本支架、蛋白質(zhì)的三種位置和糖被。2準確標注出各部分的結(jié)構(gòu)名稱， 學生回答，教師結(jié)合多媒體演示生物膜流動鑲嵌模型概括：（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，有的橫跨整個磷脂雙分子層。在細胞膜的外側(cè)，有一層由細胞膜上的蛋白質(zhì)與糖類結(jié)構(gòu)合形成的糖蛋白，叫做糖被。 （3）磷脂分子是可以運動的，具有流動性。大多數(shù)的蛋白質(zhì)也是可以運動的，也體現(xiàn)了膜的流動性。 教師邊概括邊投影逐步呈現(xiàn)下圖 實物投影幾位學生繪制的細胞膜亞顯微結(jié)構(gòu)模式圖，指出繪制中存在的錯誤問題。對于細胞膜來講，只有膜的外側(cè)分布有糖被，與細胞間的識別，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家探索細胞膜結(jié)構(gòu)的歷程，也重點學習了生物膜的流動鑲嵌模型的基本內(nèi)容。下面我們一起結(jié)合本節(jié)課完成生物膜的概念圖。先由學生討論思考

16、，然后教師多媒體呈現(xiàn)下列概念圖，讓學生完成的填寫，使學生對生物膜具有一個總體概念。（設(shè)計意圖：培養(yǎng)學生繪概念圖的能力，系統(tǒng)鞏固學生本節(jié)課知識）決定生物膜結(jié)構(gòu)特點功能特性結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)探究歷程流動性選擇透過性磷脂雙層膜蛋白7【評價反饋】1提出生物膜流動鑲嵌模型的時間和科學家分別是 ( )A1959年，羅伯特森 B1972年，桑格和尼克森C19世紀，施旺和施萊登 D19世紀，歐文頓2生物膜的流動鑲嵌模型認為生物膜是 ( ) 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)的一些白細胞可以吞噬病菌和異物。上述生理過程的完成

17、依賴于細胞膜具有 ( )A選擇透過性 B一定的流動性 C保護性 D主動運輸41985年，Oerton在研究各種未受精卵細胞的透性時，發(fā)現(xiàn)脂溶性物質(zhì)容易透過細胞膜，不溶解于脂質(zhì)的物質(zhì)透過細胞膜十分困難。這表明組成細胞膜的主要成分中有 。51925年，Gorter Grendel用丙酮提取細胞膜的磷脂，并將它在空氣水界面上展開時，這個單層分子的面積相當于原來細胞表面積的兩倍，由此可以認為細胞膜由 組成。如果單層磷脂分子的面積為S，則該細胞表面積為 。 6用不同熒光染料標記的抗體，分別與小鼠細 胞和人細胞的細胞膜上的一種抗原結(jié)合，兩類細 胞則分別產(chǎn)生綠色熒光和紅色熒光。將兩類細胞融合成一個細胞時，其一半呈綠色，一半呈紅色。在370C下保溫40 min后，細胞上兩種熒光點呈均勻分布(如圖所示)，試問：(1)人和鼠細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)融合細胞表面的兩類熒光染料分布的動態(tài)變化，可以證實關(guān)于細胞膜結(jié)構(gòu)“模型”的_觀點是成立的。(3)融合細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)分子都是運動的，這表明膜的結(jié)構(gòu)具有一定的 。1.B 2.C 3. B 4