高中生物人教版高中必修1分子與細胞第4章細胞的物質輸入和輸出-生物膜的流動鑲嵌模型教案

1、 生物膜的流動鑲嵌模型教材分析第2節生物膜的流動鑲嵌模型以較多的篇幅介紹了對生物膜結構的探索歷程，并安排了兩個“思考與討論”，讓學生們在認識細胞膜的同時，了解這些知識的來龍去脈，認識到可以通過對現象的推理分析提出假說，假說仍然需要觀察和實驗來驗證，隨著技術手段的改進，不斷發現新的證據，原有的觀點或理論不斷得到修正。 學情分析通過第三章中對細胞膜功能和成分的學習，學生們已經知道了細胞膜主要成分是脂質和蛋白質，并且具有控制物質進出的能力等，這些知識是本節課學習的基礎。同時通過對上一節課的學習，學生已經明白了細胞膜不僅僅是半透膜，還是選擇透過性膜，那這種選擇性是如何實現的呢？則與細胞膜的結構有關，這

2、一節就是要解決膜的結構是怎樣的。教學目標生命觀念（1）通過分析科學家建立生物膜模型的過程，闡述科學發現的一般規律，教育學生熱愛科學。(2）通過學習生物膜結構的研究是立足于生物膜所具有的功能特點上開展的，理解并認同“結構與功能相適應”的生命觀念。2.科學思維（1）歸納概括生物膜的流動鑲嵌模型。（2）理解并認同生物膜具有流動性特點。3.科學探究發揮空間想象力，通過制作模型，構建細胞膜的空間立體結構，培養學生的科學探究能力。4.社會責任通過分析科學家建立生物膜模型的過程，正確認識技術在科學研究中所起的作用。教學重點1.科學家對生物膜結構的探索歷程。2.生物膜的流動鑲嵌模型學說的基本內容。教學難點1.

3、對科學探究過程的分析，如何體現生物膜的結構與功能相統一。2.生物膜的空間立體結構。3.生物膜的流動性特點。如何突破重難點1.啟發式教學法設置層層疑問，教師主導，學生主體。2.概念模型教學法利用多媒體課件，化抽象為具體，突破難點。 3.合作學習、分組討論通過小組之間的合作，共同討論相關問題。教學過程引入：寫給細胞膜的生物情詩是誰，隔開了原始海洋的動蕩；是誰，為我日夜守邊疆；是誰，為我傳信報安康。沒有你，我一個小小細胞會是何等模樣！Q.這是寫給誰的情詩？你是怎么知道的？學生說出謎底并說明原因：與細胞膜的功能有關。隔開動蕩將細胞與外界環境隔開守邊疆控制物質進出傳信報安康信息交流為什么細胞膜會具有以上

4、功能？這與細胞膜的結構有什么關系？科學家也是帶著這些問題，對生物膜進行了100多年的探索。今天就讓我們沿著科學家的足跡，體驗整個探索歷程，以細胞膜為例來構建生物膜的模型。過渡：一種物質或物體的結構，實際上是指其組成成分之間的組合形式。要弄清一種物質或物體的結構，首先要弄清其組成成分。那么，細胞膜的組成成分是什么呢？構建模型對生物膜成分的探索推測生物膜含有脂質資料1：19 世紀末，歐文頓用500多種物質對植物細胞進行上萬次的通透性實驗，發現細胞膜對不同物質的通透性不一樣：凡是溶于脂質的物質，比不能溶于脂質的物質更容易通過細胞膜進入細胞。提出問題：為什么有的物質容易通過細胞膜，有的不容易通過？生物

5、膜組成應該怎樣？補充資料：化學知識：相似相溶原理。p32教材：常見的脂質不溶于水，而溶于脂溶性有機溶劑。提出假說：膜由脂質組成。過渡：細胞膜還有哪些組成成分呢？（2）推測生物膜還含有蛋白質資料2：科學家在實驗中發現，細胞膜會被溶解脂質的溶劑溶解，也會被蛋白酶分解，使得細胞膜被破壞。提出假說：推測膜中可能還含有蛋白質等。提出質疑：以上是通過對實驗現象的推理分析還是通過膜成分的提取和鑒定？細胞膜很薄，光學顯微鏡觀察不到它細微的結構，電子顯微鏡又還沒誕生；且受當時物質分離提純技術的制約，也無法采用分離提純的方法來測定它的組成。在推理分析得出結論后，還有必要對膜的成分進行提取、分離和鑒定嗎？ 最初依據

6、實驗現象和有關知識，經過嚴謹的推理和大膽的想像，提出假說，是一種常見的科學方法。假說還需要通過觀察和實驗直接證實。（3）證實生物膜的組成成分既有脂質，也有蛋白質實驗證據：20 世紀初，科學家第一次將膜從哺乳動物的紅細胞中分離出來，化學分析表明，膜的主要成分是脂質（主要是磷脂）和蛋白質。得出結論：膜的主要成分是脂質（主要是磷脂）和蛋白質。事實資料：經檢驗證明，細胞膜中的脂質主要是指磷脂。磷脂是一種由甘油、脂肪酸和磷酸等所組成的分子，“頭”部磷酸是親水的，“尾”部脂肪酸是疏水的。【構建模型】步驟1：根據磷酸分子結構的特點，嘗試用手勢模擬磷酸分子。 對生物膜結構模型的探索（1）對磷脂分子排布的探索提

7、出問題：膜的成分主要是脂質和蛋白質，那么這些成分是怎么組成膜的？【構建模型】步驟2：根據磷脂分子的結構特點，展開你的想像力，嘗試用手勢模擬出磷脂分子在空氣水界面中的排布方式。提供論據：朗 姆 瓦 （Langmuir） 的 磷 脂 分 子 實 驗（1917 年）。將磷脂溶于苯和水中，當苯揮發完以后，磷脂分子分布散亂，經過推擠，磷脂分子排列成了單層，而且磷脂分子的親水一端都浸入水中，另一端浮于水面。質疑：細胞膜上的磷脂分子也是單層的嗎？事實資料：1925年，荷蘭科學家戈特和格倫德，用丙酮從人的紅細胞膜中提取脂質，在空氣水界面上鋪展成單分子層，測得單分子層的面積約為紅細胞表面積的2倍。（打比方：紙對

8、折后面積變化）將一張紙對折后提問：Q1.對折前你們看到的紙的面積是對折后的幾倍?Q2.原來這張紙是單層的，對折后變成幾層？Q3.根據資料推測，脂質分子構成細胞膜應該排列成幾層？ 得出結論：細胞膜中的脂質分子必然排列為連續的兩層！提出問題：討論細胞膜的兩側的環境，大膽的推測在這樣的環境中，磷脂分子在細胞膜中可能是怎樣排布的？【構建模型】步驟3：構建出細胞膜上磷脂雙分子層排布方式的模型。 事實資料：單細胞生物草履蟲生活在有水的環境中；人體血細胞生活在血液中，血液的主要成分是水；人體其他組織細胞生活在組織液中，其主要成分也是水，并且細胞內有85%90%的化合物是水。得出結論：磷脂分子頭部朝外，尾部朝

9、內，排成連續的兩層。 學生構建出平面結構模式圖的基礎上，投影展示磷脂雙分子層的立體結構模式圖。（2）對蛋白質分子排布的探索提出問題：膜的成分主要是磷脂和蛋白質，磷脂分子的排布清楚了，那蛋白質是如何排布的呢？提供假說： 20世紀40年代，曾經有學者推測蛋白質覆蓋在脂質的兩邊。 質疑：以上主張只是假說或推論，缺乏通過實驗觀察的直接證據，主張不可靠。提供論據： 20 世紀 50 年代，電子顯微鏡誕生了。電子顯微鏡的工作原理是電子束照到大分子物質上會呈現黑暗，反之呈現明亮?？茖W家用它來觀察細胞膜。1959年，羅伯特森在電鏡下看到細胞膜呈現清晰的暗明暗的三層結構他結合其他科學家的工作，大膽提出生物膜的“

10、三明治”靜態結構模型。羅伯特森認為三明治模型的特點：膜為蛋白質脂質蛋白質三層，蛋白質呈對稱分布。質疑1：為什么有些蛋白質容易與脂質分開，有些蛋白質卻難以從膜分離出來？全部平鋪在脂質表面的蛋白質如何執行“運輸物質進出細胞內外”的功能？例如水分子如何通過？質疑2：實際測得膜的厚度：7.5nm 三明治膜的厚度：10nm一般細胞膜厚度約為：510nm 過渡：蛋白質是對稱地分布在脂質外部嗎？以上的矛盾如何解釋？實驗證據：隨著冰凍蝕刻技術的發展，科學家觀察到細胞膜的具體結構。冰凍蝕刻技術原理是將標本用干冰、液氮等冰凍后，用冷刀斷開，升溫后干冰迅速升華，從而暴露出斷裂面結構，再經特殊處理，可用電鏡觀察到細胞

11、膜結構（展示圖片）。請同學們仔細觀察示意圖，然后描述蛋白質分子是怎樣排布在細胞膜上的？【構建模型】步驟4：嘗試在磷脂雙分子層上構建出蛋白質的可能排布。修正觀點：蛋白質在膜中的分布是不對稱的。蛋白質分子有的鑲在磷脂分子的表面，有的部分或全部嵌入磷脂雙分子層中，有的貫穿整個磷脂雙分子層。對生物膜流動性的探索羅伯特森認為三明治模型的特點：蛋白質分子和磷脂分子都是靜止不動的。質疑：生物膜是靜止不動的嗎？變形蟲運動和攝食、分泌蛋白形成過程、洋蔥鱗片葉外表皮細胞的質壁分離、白細胞吞噬異物、細胞的生長等現象如何解釋？（播放相關動畫）（1）細胞膜中的大部分蛋白質分子是可以運動的 提供資料（播放實驗視頻）：19

12、70 年，科學家將人和鼠的細胞膜上的蛋白質用不同的熒光染料標記后，讓兩種細胞融合，雜交細胞一半發紅光、另一半發綠光，37下40min后出現了什么現象？說明什么？得出結論：細胞膜中的大部分蛋白質分子是可以運動的。（2）細胞膜中的磷脂分子也是可運動的 展示磷脂分子細胞膜上的脂質分子主要有多種運動方式的圖片。修正觀點：膜上蛋白質分子和磷脂分子可以運動；膜具有一定的流動性。過渡：在繼承前人的結論基礎上，結合新的觀察和實驗證據，又有科學家提出一些關于生物膜的分子結構模型。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人所接受。研讀模型學生結合流動鑲嵌模型，從基本支架、蛋白質分布和結構特點三方面解讀：磷脂雙分子層構成了膜的基本支架。蛋白質分子有的鑲在磷脂雙分子層表面、有的部分或全部嵌入磷脂雙分子層中，有的貫穿于整個磷脂雙分子層。磷脂雙分子層具有流動性，大多數蛋白質分子也是可以運動的。因此細胞膜具有一定的流動性。三、完善模型Q