高中生物人教版高中必修1分子与细胞第4章细胞的物质输入和输出-生物膜的流动镶嵌模型教案

1、 生物膜的流动镶嵌模型教材分析第2节生物膜的流动镶嵌模型以较多的篇幅介绍了对生物膜结构的探索历程，并安排了两个“思考与讨论”，让学生们在认识细胞膜的同时，了解这些知识的来龙去脉，认识到可以通过对现象的推理分析提出假说，假说仍然需要观察和实验来验证，随着技术手段的改进，不断发现新的证据，原有的观点或理论不断得到修正。 学情分析通过第三章中对细胞膜功能和成分的学习，学生们已经知道了细胞膜主要成分是脂质和蛋白质，并且具有控制物质进出的能力等，这些知识是本节课学习的基础。同时通过对上一节课的学习，学生已经明白了细胞膜不仅仅是半透膜，还是选择透过性膜，那这种选择性是如何实现的呢？则与细胞膜的结构有关，这

2、一节就是要解决膜的结构是怎样的。教学目标生命观念（1）通过分析科学家建立生物膜模型的过程，阐述科学发现的一般规律，教育学生热爱科学。(2）通过学习生物膜结构的研究是立足于生物膜所具有的功能特点上开展的，理解并认同“结构与功能相适应”的生命观念。2.科学思维（1）归纳概括生物膜的流动镶嵌模型。（2）理解并认同生物膜具有流动性特点。3.科学探究发挥空间想象力，通过制作模型，构建细胞膜的空间立体结构，培养学生的科学探究能力。4.社会责任通过分析科学家建立生物膜模型的过程，正确认识技术在科学研究中所起的作用。教学重点1.科学家对生物膜结构的探索历程。2.生物膜的流动镶嵌模型学说的基本内容。教学难点1.

3、对科学探究过程的分析，如何体现生物膜的结构与功能相统一。2.生物膜的空间立体结构。3.生物膜的流动性特点。如何突破重难点1.启发式教学法设置层层疑问，教师主导，学生主体。2.概念模型教学法利用多媒体课件，化抽象为具体，突破难点。 3.合作学习、分组讨论通过小组之间的合作，共同讨论相关问题。教学过程引入：写给细胞膜的生物情诗是谁，隔开了原始海洋的动荡；是谁，为我日夜守边疆；是谁，为我传信报安康。没有你，我一个小小细胞会是何等模样！Q.这是写给谁的情诗？你是怎么知道的？学生说出谜底并说明原因：与细胞膜的功能有关。隔开动荡将细胞与外界环境隔开守边疆控制物质进出传信报安康信息交流为什么细胞膜会具有以上

4、功能？这与细胞膜的结构有什么关系？科学家也是带着这些问题，对生物膜进行了100多年的探索。今天就让我们沿着科学家的足迹，体验整个探索历程，以细胞膜为例来构建生物膜的模型。过渡：一种物质或物体的结构，实际上是指其组成成分之间的组合形式。要弄清一种物质或物体的结构，首先要弄清其组成成分。那么，细胞膜的组成成分是什么呢？构建模型对生物膜成分的探索推测生物膜含有脂质资料1：19 世纪末，欧文顿用500多种物质对植物细胞进行上万次的通透性实验，发现细胞膜对不同物质的通透性不一样：凡是溶于脂质的物质，比不能溶于脂质的物质更容易通过细胞膜进入细胞。提出问题：为什么有的物质容易通过细胞膜，有的不容易通过？生物

5、膜组成应该怎样？补充资料：化学知识：相似相溶原理。p32教材：常见的脂质不溶于水，而溶于脂溶性有机溶剂。提出假说：膜由脂质组成。过渡：细胞膜还有哪些组成成分呢？（2）推测生物膜还含有蛋白质资料2：科学家在实验中发现，细胞膜会被溶解脂质的溶剂溶解，也会被蛋白酶分解，使得细胞膜被破坏。提出假说：推测膜中可能还含有蛋白质等。提出质疑：以上是通过对实验现象的推理分析还是通过膜成分的提取和鉴定？细胞膜很薄，光学显微镜观察不到它细微的结构，电子显微镜又还没诞生；且受当时物质分离提纯技术的制约，也无法采用分离提纯的方法来测定它的组成。在推理分析得出结论后，还有必要对膜的成分进行提取、分离和鉴定吗？ 最初依据

6、实验现象和有关知识，经过严谨的推理和大胆的想像，提出假说，是一种常见的科学方法。假说还需要通过观察和实验直接证实。（3）证实生物膜的组成成分既有脂质，也有蛋白质实验证据：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，化学分析表明，膜的主要成分是脂质（主要是磷脂）和蛋白质。得出结论：膜的主要成分是脂质（主要是磷脂）和蛋白质。事实资料：经检验证明，细胞膜中的脂质主要是指磷脂。磷脂是一种由甘油、脂肪酸和磷酸等所组成的分子，“头”部磷酸是亲水的，“尾”部脂肪酸是疏水的。【构建模型】步骤1：根据磷酸分子结构的特点，尝试用手势模拟磷酸分子。 对生物膜结构模型的探索（1）对磷脂分子排布的探索提

7、出问题：膜的成分主要是脂质和蛋白质，那么这些成分是怎么组成膜的？【构建模型】步骤2：根据磷脂分子的结构特点，展开你的想像力，尝试用手势模拟出磷脂分子在空气水界面中的排布方式。提供论据：朗 姆 瓦 （Langmuir） 的 磷 脂 分 子 实 验（1917 年）。将磷脂溶于苯和水中，当苯挥发完以后，磷脂分子分布散乱，经过推挤，磷脂分子排列成了单层，而且磷脂分子的亲水一端都浸入水中，另一端浮于水面。质疑：细胞膜上的磷脂分子也是单层的吗？事实资料：1925年，荷兰科学家戈特和格伦德，用丙酮从人的红细胞膜中提取脂质，在空气水界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积约为红细胞表面积的2倍。（打比方：纸对

8、折后面积变化）将一张纸对折后提问：Q1.对折前你们看到的纸的面积是对折后的几倍?Q2.原来这张纸是单层的，对折后变成几层？Q3.根据资料推测，脂质分子构成细胞膜应该排列成几层？ 得出结论：细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层！提出问题：讨论细胞膜的两侧的环境，大胆的推测在这样的环境中，磷脂分子在细胞膜中可能是怎样排布的？【构建模型】步骤3：构建出细胞膜上磷脂双分子层排布方式的模型。 事实资料：单细胞生物草履虫生活在有水的环境中；人体血细胞生活在血液中，血液的主要成分是水；人体其他组织细胞生活在组织液中，其主要成分也是水，并且细胞内有85%90%的化合物是水。得出结论：磷脂分子头部朝外，尾部朝

9、内，排成连续的两层。 学生构建出平面结构模式图的基础上，投影展示磷脂双分子层的立体结构模式图。（2）对蛋白质分子排布的探索提出问题：膜的成分主要是磷脂和蛋白质，磷脂分子的排布清楚了，那蛋白质是如何排布的呢？提供假说： 20世纪40年代，曾经有学者推测蛋白质覆盖在脂质的两边。 质疑：以上主张只是假说或推论，缺乏通过实验观察的直接证据，主张不可靠。提供论据： 20 世纪 50 年代，电子显微镜诞生了。电子显微镜的工作原理是电子束照到大分子物质上会呈现黑暗，反之呈现明亮。科学家用它来观察细胞膜。1959年，罗伯特森在电镜下看到细胞膜呈现清晰的暗明暗的三层结构他结合其他科学家的工作，大胆提出生物膜的“

10、三明治”静态结构模型。罗伯特森认为三明治模型的特点：膜为蛋白质脂质蛋白质三层，蛋白质呈对称分布。质疑1：为什么有些蛋白质容易与脂质分开，有些蛋白质却难以从膜分离出来？全部平铺在脂质表面的蛋白质如何执行“运输物质进出细胞内外”的功能？例如水分子如何通过？质疑2：实际测得膜的厚度：7.5nm 三明治膜的厚度：10nm一般细胞膜厚度约为：510nm 过渡：蛋白质是对称地分布在脂质外部吗？以上的矛盾如何解释？实验证据：随着冰冻蚀刻技术的发展，科学家观察到细胞膜的具体结构。冰冻蚀刻技术原理是将标本用干冰、液氮等冰冻后，用冷刀断开，升温后干冰迅速升华，从而暴露出断裂面结构，再经特殊处理，可用电镜观察到细胞

11、膜结构（展示图片）。请同学们仔细观察示意图，然后描述蛋白质分子是怎样排布在细胞膜上的？【构建模型】步骤4：尝试在磷脂双分子层上构建出蛋白质的可能排布。修正观点：蛋白质在膜中的分布是不对称的。蛋白质分子有的镶在磷脂分子的表面，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的贯穿整个磷脂双分子层。对生物膜流动性的探索罗伯特森认为三明治模型的特点：蛋白质分子和磷脂分子都是静止不动的。质疑：生物膜是静止不动的吗？变形虫运动和摄食、分泌蛋白形成过程、洋葱鳞片叶外表皮细胞的质壁分离、白细胞吞噬异物、细胞的生长等现象如何解释？（播放相关动画）（1）细胞膜中的大部分蛋白质分子是可以运动的 提供资料（播放实验视频）：19

12、70 年，科学家将人和鼠的细胞膜上的蛋白质用不同的荧光染料标记后，让两种细胞融合，杂交细胞一半发红光、另一半发绿光，37下40min后出现了什么现象？说明什么？得出结论：细胞膜中的大部分蛋白质分子是可以运动的。（2）细胞膜中的磷脂分子也是可运动的 展示磷脂分子细胞膜上的脂质分子主要有多种运动方式的图片。修正观点：膜上蛋白质分子和磷脂分子可以运动；膜具有一定的流动性。过渡：在继承前人的结论基础上，结合新的观察和实验证据，又有科学家提出一些关于生物膜的分子结构模型。其中1972年桑格（S. J. Singer）和尼克森（G. Nicolson）提出的流动镶嵌模型为大多数人所接受。研读模型学生结合流动镶嵌模型，从基本支架、蛋白质分布和结构特点三方面解读：磷脂双分子层构成了膜的基本支架。蛋白质分子有的镶在磷脂双分子层表面、有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的贯穿于整个磷脂双分子层。磷脂双分子层具有流动性，大多数蛋白质分子也是可以运动的。因此细胞膜具有一定的流动性。三、完善模型Q