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1、第四章第四章 细胞的物质输入与输出细胞的物质输入与输出第二节第二节 生物膜的流动镶嵌模型生物膜的流动镶嵌模型教学目标教学目标 1.简述生物膜的结构。 2.探讨在建立生物膜模型的过程中，实验技术的进步所起的作用。 3.探讨建立生物膜模型的过程如何体现结构与功能相适应的观点。 教学重点教学重点 流动镶嵌模型的基本内容。 教学难点教学难点 探讨建立生物膜模型的过程如何体现结构与功能相适应的观点。 教学过程：教学过程：教学内 容教师活动学生活动复习 设问导 入教师设问：生物膜的功能是什么？其功能特性是什么？为什么生 物膜表现出这样的特性？ 教师阐述：依据生物体的结构和功能相适应的观点，生物膜在功 能上
2、的选择性与生物膜的结构有着一定的关系。学生回答： （略）问题探 讨在制作真核细胞三维结构模型的活动中，某同学分别用三种材料 做细胞膜：塑料袋、普通布和弹力布，应选哪种好？ 教师提示：选择合适的材料，是科学实验成功的关键。那么选择 哪种材料制作细胞膜模型，更适于体现细胞膜的功能呢？ 教师设问：弹力布有弹力性，那它能完全具有生物膜的特点吗？ 教师引述：显然弹力布不具有生物膜的选择透过功能，那么生物 膜究竟具有怎样的结构呢？科学家也是带着这些问题，进行了探 索生物膜结构的探索。下面让我们体验一下科学家探索生物膜结 构的历程。 问题探讨问题探讨 1.提示：三种材料比较，弹力布更能体现细胞膜的柔变性和一
3、定 的通透性，相对好一些。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。 2.提示：有条件的话，使用微孔塑胶或利用激光给气球打上微孔 都可以作为模型的细胞膜。使用透析袋也可以。如果制作临时使 用的模型，利用猪或其他动物的膀胱做细胞膜是更加理想的材料。学生回答： （略）体验对 生物膜19 世纪末“欧文顿实验” 教师设问：对“欧文顿实验”实验得到什么现象？ 教师设问：最初实验得到生物膜是由脂质组成的，是通过对现象学生回答：结构的 探索历 程的推理分析还是通过膜成分的提取和坚定？假说是如何提出的？ 在推理分析得到结论之后还有必要对膜的成分进行提取、分离和 鉴定吗？ 教师讲述：对现象的推理
4、分析是要进行鉴定，才能准确地说明 问题。可是鉴于当时技术的限制，不能进行对结构物质的提取。20 世纪初“荷兰科学家实验” 教师设问：对“荷兰科学家实验”实验得到什么现象？如果 你是科学家，展开大胆想象，你会推测出什么样的结论？展示 “磷脂分子图” 教师讲述：先解释磷脂的结构组成，强调头部磷脂的亲水性和尾 部脂肪酸的疏水性，解释细胞膜中的磷脂是双层的；然后说明科 学技术的发展促进了科学探索的进程。 磷脂分子的特点：一个亲水性头部，两个疏水性尾部。 （在水 空气界面上如何分布，在水中如何分布） 思考与讨论思考与讨论 1 1.最初认识到细胞膜是由脂质组成的，是通过对现象的推理分析 得出的。 2.有必
5、要。仅靠推理得出的结论不一定准确，还应通过科学实验 进行检验和修正。 3.提示：因为磷脂分子的“头部”亲水，所以在水空气界面上磷 脂分子是“头部”向下与水面接触，尾部则朝向空气一面。科学家 因测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的 2 倍，才得出膜中的 脂质必然排列为连续的两层这一结论。来源:学科网 教师引述：知道了膜中脂质的结构，那么蛋白质又处于如何的位 置呢？有人推测出脂质两边覆盖蛋白质的理论。20 世纪 40 年代“罗伯特森电镜实验” 教师设问：对“罗伯特森电镜实验”实验得到什么现象？让 你来推测，你会推出什么样的结论？ 图片展示电镜下细胞膜的结构。 教师讲述：借助于电镜，罗伯特森观察到了
6、细胞膜的结构，并推 出静态结构。 “三明治”结构模型有什么不足？ 课件展示：细胞分裂、草履虫的运动和分裂、成熟植物细胞的质 壁分裂与复原现象。 教师设问：罗伯特森细胞膜静态结构能说明这些生命现象吗？ 教师讲述：20 世纪60 年代,有人对此静态观点提出异议。并随着 科学技术的发展，对蛋白质的位置也提出了准确的说法，指出蛋 白质不是全部平铺在脂质的表面，有的镶嵌在脂质双分子层中。来源:Z#xx#k.Com20 世纪 70 年代“荧光染料标记实验”学生交流、 讨论：学生讨论、 交流、来源:Zxxk.Com学生交流、 讨论： （略）学生回答学生交流、 讨论： （略）教师设问：对“荧光染料标记实验”观
7、察得到怎样的动态现 象？推出什么结论？说明了什么？ 教师讲述：细胞膜的流动性是与细胞膜的成分磷脂分子和蛋白 质分子的运动分不开的。白细胞吞噬细菌、变形虫运动等例子更 强有力地说明细胞膜具有流动性。 教师引述：1972 年，桑格和尼克森通过观察和实验，并在继承 前人的研究成果基础上，提出了生物膜分子模型，即流动镶嵌模 型，并被人们所接受。 思考与讨论思考与讨论 2 1.提示：在建立生物膜模型的过程中，实验技术的进步起到了关 键性的推动作用。如电子显微镜的诞生使人们终于看到了膜的存 在；冰冻蚀刻技术和扫描电子显微镜技术使人们认识到膜的内外 两侧并不对称；荧光标记小鼠细胞与人细胞的融合实验又证明了
8、膜的流动性等。没有这些技术的支持，人类的认识便不能发展。 2.提示：在建立生物膜模型的过程中，结构与功能相适应的观点 始终引导人们不断实践、认识，再实践、再认识；使人类一步步 接近生物膜结构的真相。例如，不同生物膜的功能是有差异的。 在生命系统中，一般来说，功能的不同常伴随着结构的差异，而 早期的生物膜模型假定所有的生物膜都是相同的，这显然与不同 部位的生物膜功能不完全相同是矛盾的。还有，不同膜的厚度也 不完全一样。由此促进学者们重新研究脂质和蛋白质相互作用的 问题。一些学者使用了更加先进的技术，运用红外光谱等技术证 明，膜蛋白主要为球形结构。冰冻蚀刻电镜技术又证明，脂双层 中分布有蛋白质颗粒
9、，这样又发展了生物膜模型。生物膜中存在 不同种类的蛋白质，以及蛋白质在生物膜中的不同分布情况，恰 能较好地解释不同结构的生物膜具有不同的生理功能。流动镶 嵌模型 的基本 内容结合生物膜结构的探索历程，学生展开想象，结合生物膜的组分， 自我构建细胞膜的三维立体结构。课件展示“生物膜流动镶嵌模 型的结构” 教师有顺序、有层次阐述其基本内容： 生物 膜的 组成： 主要 由蛋 白质 和脂 质组 成，还含少量的糖类。 生物膜的基本骨架：磷脂双分子层（亲水性头部朝向两侧，疏水 性尾部朝向内侧） 。 蛋白质分子存在形态：有镶在表面、嵌入、横跨三种，外侧的蛋 白质分子与糖类结合形成糖被。体现了生物膜的不对称性
10、。 糖蛋白的作用：与细胞的识别，信息传递，免疫，血型决定等有 关（与细胞膜的功能联系：细胞间的信息交流）生物膜的结构特点：一定的流动性（磷脂分子和大多数蛋白 质分子都是运动的）如何证明细胞膜具有流动性：吞噬作用、变 形虫的变形运动、人和小鼠细胞的融合实验，细胞融合，胞吞和 胞吐等。 教师设问：此生物膜的流动镶嵌模型是不是完美无缺呢？学生回答课堂小 结教师讲述：本节我们体验了科学家探索生物膜结构的历程。科学 家的观点并不全是真理，还必须通过实践验证；科学学说不是一 成不变的，需要后人不断修正和完善；时时刻刻要认识到科学技 术在科学探索的过程中所起的关键作用；并要以发展的观点看待 科学。 质疑：同
11、学们，如果你是当时的科学家，你也会像当时的科学家 一样，进行这样的思维吗？ 教师讲述：在体验探索历程过程中，我们要通过功能现象的观察 分析，推理假设生物膜的结构特点，依据结构与功能相统一的观 点，一步一步地探讨。在其他领域也是如此。来源:学科网 ZXXK学生回答： （略）练习练习 基础题 1.提示：细胞膜太薄了，光学显微镜下看不见，而 19 世纪时还没有电子显微镜，学者们 只好从细胞膜的生理功能入手进行探究。 2.脂质和蛋白质。 3.提示：这两种结构模型都认为，组成细胞膜的主要物质是脂质和蛋白质，这是它们的 相同点。不同点是：（1）流动镶嵌模型提出蛋白质在膜中的分布是不均匀的，有些横 跨整个脂
12、双层，有些部分或全部嵌入脂双层，有些则镶嵌在脂双层的内外两侧表面；而 三层结构模型认为蛋白质均匀分布在脂双层的两侧。 （2）流动镶嵌模型强调组成膜的分 子是运动的；而三层结构模型认为生物膜是静态结构。 4.D。 拓展题 1.提示：生物膜结构的研究历史反映了科学研究的艰辛历程，也告诉我们建立模型的一 般方法。科学家根据观察到的现象和已有的知识提出解释某一生物学问题的假说或模型， 用观察和实验对假说或模型进行检验、修正和补充。一种模型最终能否被普遍接受，取 决于它能否与以后的观察和实验结果相吻合，能否很好地解释相关现象，科学就是这样一步一步向前迈进的。 2.提示：生物膜的流动镶嵌模型不可能完美无缺。人类对自然界的认识永无止境，随着 实验技术的不断创新和改进，对膜的研究将更加细致入微，对膜结构的进一步认识将能 更完善地解释细胞膜的各种功能，不断完善和发展流动镶嵌模型。 教学反思：教学反思：