人教版高中生物必修一第四章第2节生物膜的流动镶嵌模型(市优质课)教案

教师活动

学生活动

教学意图

新课导入：课本P65[问题探讨] :

在制作真核细胞三维结构模型的活动中，选用塑料袋、普通布和弹力布三种材料做细胞膜，哪种材料更合适？

分小组讨论回答：

 三种材料的特性：塑料袋不具有通透性，普通布虽具有一定的通透性但是不具有弹性，而弹力布不仅具有一定的弹性，还具有一定的通透性。

点燃学生的好奇之火，激发学生对生物膜结构的强烈兴趣和渴望探索的动机。

师生共识：选择弹力布做细胞膜的材料，相对好一些。

教师提问：

为什么弹力布适于体现细胞膜的功能，能不能举出实例进行解释？

举例：①细胞膜很薄，是细胞这个生命系统的边界。②细胞膜是选择透过性膜，能够控制物质的进出，让一部分物质通过，其他物质不能通过。 ③植物细胞质壁分离和复原的实验告诉我们，细胞能够在一定范围内胀大和缩小，说明细胞膜具有一定的弹性。④塑料袋只能满足作为系统边界的要求，普通布能够满足系统的边界和让一部分物质透过这两项功能的要求，只有弹力布能够满足前面提到的三项功能的要求。

教师讲述：当然，这几种材料的特点与真实的细胞膜之间还有不小的差距。今天就让我们沿着科学家的脚步看看科学家是怎样一步步的揭开膜结构的神秘面纱的!

一、生物膜结构的探索历程

教师讲述：科学家是怎样开始对膜结构的研究的呢？阅读回答问题：

PPT展示：

实验一：19世纪末E.Overton用植物细胞研究细胞膜的通透性。他选取用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行上万次的研究发现：脂溶性分子易透过细胞膜；而非脂溶性分子则难以通过。

提问1：欧文顿得出了什么结论?他是依据什么得出的？

实验二：20世纪初，科学家第一次将膜从哺乳动物的红细胞中分离出来，

提问2：根据所学知识分析，提取细胞膜的材料是什么？为什么选择该材料？

提问3：科学家通过实验得出了什么结论? 该结论是否支持欧文顿的发现？

实验三：1917年美国科学家朗姆瓦提出磷脂分子的头部亲水，尾部疏水。

提问4：磷脂分子的组成是怎样的？

教师活动：介绍磷脂分子。

活动一：请根据磷脂分子的特点，建构磷脂分子在空气——水界面的分布模型。   （请1-2名学生将自己制作的模型放到实物展台供大家参考）

活动二：请根据组织细胞生活的环境，构建磷脂分子在细胞膜中的排布模型。（请1-2名学生将自己制作的模型放到实物展台供大家参考）

根据实验现象提出假说：磷脂分子在细胞膜中排列为两层

提问5：提出假说后是否需要实验验证？

实验四：1925年，两位荷兰科学家戈特（E.Gorter）和格伦德尔（F.Grendel）

用丙酮从人的红细胞中提取膜脂质，将提出的脂质在空气—水界面上铺成单分子层，测得其分子所占的面积恰为红细胞表面积的2倍。

提问6：戈特和格伦德尔的实验得出了什么结论？

学生阅读课本P65—P67内容：

小组讨论回答：

1、膜是由脂质组成的。依据相似相溶原理。

小组讨论回答：

2、制备细胞膜的材料是哺乳动物成熟的红细胞，原因是该材料没有细胞膜和众多的细胞器。

3、细胞膜的主要成分是脂质和蛋白质。该结论支持欧文顿的发现。

小组讨论回答：

4、磷脂分子由一分子胆碱，一分子磷酸，一分子甘油组成头部，具有亲水性；两分子脂肪酸（一分子饱和脂肪酸，一分子不饱和脂肪酸）构成尾部，具有疏水性

小组合作，请1-2名学生将自己制作的模型放到实物展台供大家参考。磷脂分子头部靠近水面，尾部在空气中。

小组合作，请1-2名学生将自己制作的模型放到实物展台供大家参考。细胞膜是由双层磷脂分子构成。亲水头部朝外，疏水尾部朝内。

5、假说的提出要有实验和观察的依据，需要通过观察和实验进一步验证和完善。

6、细胞中的脂质分子必然排列为连续的两层。

沿着科学家的足迹，感同身受的体会发现过程。

重温旧知，巩固新知。

训练学生分析问题和解决问题的能力。

学习模型建构的方法。

培养学生合作探究能力，交流表达能力、动手操作能力。训练学生分析问题和解决问题的能力。

训练学生分析问题和解决问题的能力。

实验五：1959年，J.D.Robertsen根据电镜下观察到的细胞膜暗—亮—暗的三层结构，提出单位膜结构模型。

活动三：展开你的想像力，尝试构建蛋白质分子在磷脂双分子层中的排布模型。   （请1-2名学生将自己制作的模型放到实物展台供大家参考）

教师讲述：在静态的三层结构模型下，细胞膜的复制功能难以实现，对细胞生长、变形虫的变形运动等现象不好解释，因此对膜结构产生质疑。

（PPT动画展示变形虫的变形运动）

实验六：20世纪60年代，科学家用扫描电镜技术和冰冻蚀刻技术揭示了细胞膜结构中蛋白颗粒

实验七：1970年，弗雷(Frye)和埃迪登(Edidin)用发绿色荧光的染料标记小鼠细胞表面蛋白质分子，发红色荧光的染料标记人细胞表面蛋白质分子，将人鼠细胞融合（动画展示）

小组讨论回答：

①实验的现象是什么？ (在电镜下看到了细胞膜清晰的“暗—亮—暗”三层结构。)

②罗伯特森提出了什么假说？ (所有生物膜都是由“蛋白质—脂质—蛋白质”三层结构构成的静态统一结构。)

③讨论单位膜模型的局限性？ (把生物膜描述为静态的统一结构，解释不了膜的许多生理功能。)

小组合作，请1-2名学生将自己制作的模型放到实物展台供大家参考

学生观察并讨论回答：

科学家用扫描电镜技术和冰冻蚀刻技术揭示了细胞膜结构中蛋白颗粒分布示意图。

小组讨论回答：

实验的现象是什么？ (实验表明蛋白质并不是全部平铺在脂质的表面，有的蛋白质是镶或嵌在脂质双分子层中的。)

学生观察并讨论回答：

观察：Flash演示小鼠细胞和人细胞的融合过程。

小组讨论回答：

①实验的现象是什么？ （两种颜色的荧光均匀分布。）

②实验结论是什么？ [细胞膜具有流动性（膜分子是运动的）。]

了解技术进步对科学研究发展的作用。

培养学生合作探究能力，交流表达能力。

了解技术进步对科学研究发展的作用。

了解技术进步对科学研究发展的作用。

师生共识：细胞膜的结构特性是具有一定的流动性。

实验八：展示1972年桑格和尼克森提出的流动镶嵌模型示意图。

学生阅读课文，结合PPT展示的流动镶嵌模型示意图思考和总结：

让学生进一步认同技术进步推动了假说的发展，并且假说不断被修正和完善。突出模型建构方法：实验、推理想象—提出假说—进一步验证完善—不断发展。

二、生物膜的流动镶嵌模型的内容：

flash演示：

细胞膜的亚显微结构模型

教师展示：

细胞膜的流动镶嵌模型

教师提问：

①细胞膜的组成成分？

②细胞膜的基本支架？

③蛋白质分子在磷脂双分子层上如何排布的？

④细胞膜的结构特点是什么，为什么细胞膜会有这样的特点？

⑤细胞膜外表面的特殊结构是什么，有什么作用？

教师提供材料：

制作生物膜模型的废旧物品（回形针、泡沫塑料等）

教师引导学生小结：

1、学生观察：

2、通过观察回答问题：

①、脂质、蛋白质和糖类。

②、磷脂双分子层构成膜的基本支架。

③、蛋白质分子或镶或嵌，或贯穿于磷脂双分子层中，大多数蛋白质是可以运动的。

④、生物膜具有一定的流动性。组成细胞膜的磷脂分子和蛋白质分子是可以运动的，所以使得细胞膜具有了流动性。

⑤、细胞膜外表，有一层由细胞膜上的蛋白质与糖类结合形成的糖蛋白，叫做糖被。具有保护、润滑、识别的作用

2、学生分小组制作生物膜模型：

3、每个学生小组派代表展示、讲解：

学生回顾所学知识：

①19世纪末，欧文顿 : 膜由脂质组成

②20世纪初，科学家：   膜的主要成分是 脂质和蛋白质

③1925年，戈特和格伦德尔： 脂质分子排列为两层

④1959年，罗伯特森： 蛋白质-脂质-蛋白质 静态统一结构

⑤1970年，弗雷和埃迪登：

细胞膜具有流动性

⑥1972年，桑格和尼克森：

流动镶嵌模型

⑦流动镶嵌模型的内容：

细胞膜的基本支架是磷脂双分子层；磷脂分子具有流动性；蛋白质分子镶、嵌、贯穿于磷脂分子中；大多数蛋白质分子可以运动；蛋白质和多糖结合形成的糖蛋白具有保护、润滑、识别的作用；细胞膜上还有由多糖和磷脂分子结合形成的糖脂。

通过动画演示、提问强化生物膜“流动镶嵌模型”的基本内容。

通过学生动手制作模型强化生物膜“流动镶嵌模型”的基本内容。

总结结构与功能相适应的观点

时间

人物

结论