生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型

一、 教學(xué)目標(biāo)

1.簡(jiǎn)述生物膜的結(jié)構(gòu)。

2.探討在建立生物膜模型的過程中，實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步所起的作用。

3.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(diǎn)

二、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)

1.教學(xué)重點(diǎn)

流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容。

2.教學(xué)難點(diǎn)

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(diǎn)。

三、設(shè)計(jì)思路

本節(jié)內(nèi)容與第一節(jié)“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)膶?shí)例”所反映的生物膜對(duì)物質(zhì)的進(jìn)出控制具有選擇性等知識(shí)有一定的聯(lián)系，并對(duì)第三節(jié)學(xué)習(xí)“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞?#8221;作了知識(shí)準(zhǔn)備。所以,這節(jié)的內(nèi)容對(duì)整個(gè)章節(jié)的知識(shí)起到了承上啟下的作用。內(nèi)容主要包括對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程和生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容兩大部分。在教學(xué)中，充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)地位和學(xué)生的主體地位，采用“引導(dǎo)—觀察分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象—提出假設(shè)—實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證再分析”的教學(xué)模式，融合運(yùn)用引導(dǎo)啟發(fā)、觀察分析、對(duì)比歸納、聯(lián)系實(shí)例等方法，配以多媒體輔助教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生觀察并分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，大膽的提出實(shí)驗(yàn)假設(shè)，宛如親歷科學(xué)家探索科學(xué)的歷程，切身感受科學(xué)的魅力，保持強(qiáng)烈的探究科學(xué)的激情和興趣，自然地接受流動(dòng)鑲嵌模型的理論。讓學(xué)生在探究中學(xué)習(xí)科學(xué)探索的方法，從而滲透探索科學(xué)過程和方法的教育。

四、教學(xué)課時(shí)  一課時(shí)

五、教學(xué)過程

〖課前準(zhǔn)備〗教師精心準(zhǔn)備好相關(guān)資料、圖片展示給學(xué)生，制作好多媒體課件、學(xué)生親手制作的真核細(xì)胞三維結(jié)構(gòu)模型

〖引入〗

教師：從上一節(jié)課物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)膶?shí)例可以看出生物膜的功能是什么？功能特性是什么？

學(xué)生：（略）

教師：（展示學(xué)生制作的真核細(xì)胞三維結(jié)構(gòu)模型）根據(jù)細(xì)胞膜的功能及功能特性，請(qǐng)學(xué)生分析模型中采用的普通布、塑料袋、彈力布哪種材料更能體現(xiàn)生物膜的功能？為什么？

學(xué)生：（略）

教師：彈力布相對(duì)較好，那它能完全具有生物膜的特點(diǎn)嗎？

學(xué)生：（略）

教師：顯然彈力布不具有生物膜的選擇透過功能，還不是制作細(xì)胞膜最理想的材料，那么生

物膜究竟是怎樣的結(jié)構(gòu)呢？才使它具有選擇透過功能？科學(xué)家也是帶著這些問題，進(jìn)

行了探索生物膜結(jié)構(gòu)的探索。下面讓我們體驗(yàn)一下科學(xué)家探索生物膜結(jié)構(gòu)的歷程。

〖師生互動(dòng)〗

（一）、對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程

要弄清一種物質(zhì)或物體的結(jié)構(gòu)，首先要知道它的組成成分，那細(xì)胞膜的成分是什么呢？

資料一

時(shí)間：19世紀(jì)末 1895年

人物：歐文頓（E.Overton）

實(shí)驗(yàn)：用500多種物質(zhì)對(duì)植物細(xì)胞進(jìn)行上萬次的通透性實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)更容易通過細(xì)胞膜。提出假說：膜是由脂質(zhì)組成的。

〖設(shè)問〗：對(duì)“歐文頓實(shí)驗(yàn)”

1.                最初實(shí)驗(yàn)得到生物膜是由脂質(zhì)組成的，是通過對(duì)現(xiàn)象的推理分析還是通過膜成分的提取和鑒定？

2.               假說是如何提出的？

3.               在推理分析得到結(jié)論之后還有必要對(duì)膜的成分進(jìn)行提取、分離和鑒定嗎？

4.               為什么一開始不對(duì)生物膜直接進(jìn)行提取、分離和鑒定呢？

5.               歐文頓的推論是否正確呢？細(xì)胞膜除了脂質(zhì)外，還有沒有其他成分呢？

〖學(xué)生交流、討論〗：（略）

〖教師講述〗：1、從生理功能上入手，通過對(duì)現(xiàn)象的推理分析的。

2、根據(jù)他的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：凡可以溶于脂質(zhì)的物質(zhì)，比不溶于脂質(zhì)的物質(zhì)更容

易通過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞。

3、有必要，通過鑒定能更準(zhǔn)確地說明問題

4、對(duì)現(xiàn)象的推理分析是要進(jìn)行鑒定，才能準(zhǔn)確地說明問題?？墒氰b于當(dāng)時(shí)技術(shù)的限制，不能進(jìn)行對(duì)結(jié)構(gòu)物質(zhì)的提取。

5．經(jīng)科學(xué)家化學(xué)分析結(jié)果，細(xì)胞膜成分除了脂質(zhì)外，還有蛋白質(zhì)。那脂質(zhì)和蛋白質(zhì)是怎樣形成膜的呢？

資料二 ：

時(shí)間：1925年

人物：荷蘭科學(xué)家Gorter和Grendel

 實(shí)驗(yàn)：從紅細(xì)胞膜中提取脂質(zhì)，鋪成單層分子，發(fā)現(xiàn)面積是紅細(xì)胞膜的2倍

〖設(shè)問〗：

１．“荷蘭科學(xué)家實(shí)驗(yàn)”-----------實(shí)驗(yàn)得到什么現(xiàn)象？

２．請(qǐng)你展開大膽想象，你會(huì)推測(cè)出什么樣的結(jié)論？

〖學(xué)生交流、討論〗：（略）

〖教師講述〗：兩位荷蘭科學(xué)家根據(jù)單分子層的面積是紅細(xì)胞表面積的2倍。由此得出的結(jié)論是：細(xì)胞膜中的磷脂是雙層的。磷脂是一種由甘油，脂肪酸和磷酸所組成的分子，磷酸“頭”部是親水的，脂肪酸“尾”部是疏水的。

〖設(shè)問〗：

１．請(qǐng)你運(yùn)用相關(guān)的化學(xué)知識(shí)解釋為什么磷脂在空氣――水界面上鋪展成單分子層？

２．生物的結(jié)構(gòu)和功能是相適應(yīng)的。在細(xì)胞膜內(nèi)外都是水環(huán)境條件下，細(xì)胞膜的兩層磷脂分子可能怎樣排布呢？形成什么樣的結(jié)構(gòu)呢？

〖學(xué)生交流、討論〗：（略）

〖教師講述〗：這是大家開動(dòng)腦筋推測(cè)出的磷脂分子排列方式，大家看哪種最合理？（教師分析）知道了脂質(zhì)的排布方式，那么蛋白質(zhì)與磷脂又是怎樣的位置關(guān)系?有人推測(cè)出脂質(zhì)兩邊覆蓋蛋白質(zhì)的理論。                               

資料三

時(shí)間：1959年

人物：羅伯特森（J.D.Robertsen）

實(shí)驗(yàn)：在電鏡下看到細(xì)胞膜由“蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)”的三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成

提出假說：生物膜是由“蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)”的三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成的靜態(tài)統(tǒng)一結(jié)構(gòu)

〖教師設(shè)問〗：

１．對(duì)“羅伯特森電鏡實(shí)驗(yàn)”──實(shí)驗(yàn)得到什么現(xiàn)象？

２．讓你來推測(cè)，你會(huì)推出什么樣的結(jié)論？

３．你同意“三明治”結(jié)構(gòu)模型嗎?這種生物膜是靜態(tài)的觀點(diǎn)不能解釋哪些生命現(xiàn)象？

〖學(xué)生交流、討論〗：（略）

〖教師講述〗：借助于電鏡，羅伯特森觀察到了細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)，并推出靜態(tài)結(jié)構(gòu)。但它很難解釋細(xì)胞分裂、草履蟲的運(yùn)動(dòng)和分裂、成熟植物細(xì)胞的質(zhì)壁分裂與復(fù)原現(xiàn)象。把生物膜描述為靜態(tài)的剛性結(jié)構(gòu)，這顯然與膜功能的多樣性相矛盾。20世紀(jì)60年代,有人對(duì)此靜態(tài)觀點(diǎn)提出異議。并隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)蛋白質(zhì)的位置也提出了準(zhǔn)確的說法，指出蛋白質(zhì)不是全部平鋪在脂質(zhì)的表面，有的鑲嵌在脂質(zhì)雙分子層中。那么，有什么證據(jù)證明細(xì)胞膜中的物質(zhì)不是靜態(tài)的嗎？

資料四：

時(shí)間：1970年

人物：Larry Frye等

實(shí)驗(yàn)：將人和鼠的細(xì)胞膜用不同的熒光抗體標(biāo)記后，讓兩種細(xì)胞融合，雜交細(xì)胞的一半發(fā)紅色熒光、另一半發(fā)綠色熒光，放置一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)兩種熒光抗體均勻分布

提出假說：細(xì)胞膜具有流動(dòng)性

〖設(shè)問〗：

１．對(duì)“熒光染料標(biāo)記實(shí)驗(yàn)”──觀察得到怎樣的動(dòng)態(tài)現(xiàn)象？

２．這一動(dòng)態(tài)現(xiàn)象說明了什么？

３．能推出什么結(jié)論？

〖學(xué)生交流、討論〗：（略）

〖教師講述〗：熒光標(biāo)記小鼠細(xì)胞和人細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)，說明了組成細(xì)胞膜的分子是可以不斷運(yùn)動(dòng)的，成功指出細(xì)胞膜的流動(dòng)性

〖設(shè)問〗：我們還學(xué)過哪些生命現(xiàn)象能說明生物膜具有流動(dòng)性？

學(xué)生回答；（略）

〖教師講述〗：白細(xì)胞吞噬病菌、變形蟲的變形運(yùn)動(dòng)、植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離等例子都能說明細(xì)胞膜具有流動(dòng)性。即流動(dòng)鑲嵌模型提出的膜結(jié)構(gòu)能很好地解釋上述細(xì)胞功能。

在新的觀察和實(shí)驗(yàn)證據(jù)的基礎(chǔ)上，又有學(xué)者提出一些關(guān)于生物膜的分子結(jié)構(gòu)模型。其中１９７２年桑格和尼克森提出的流動(dòng)鑲嵌模型為大多數(shù)人所接受。它的具體內(nèi)容是什么呢？

（二）、生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容

〖想象空間、課件展示〗結(jié)合生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程，學(xué)生展開想像，自我構(gòu)建細(xì)胞膜的三維立體結(jié)構(gòu)。再課件展示“細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)”，教師有順序、有層次清楚地闡述基本內(nèi)容：

生物膜的組成：主要由蛋白質(zhì)和脂質(zhì)組成，還含少量的糖類。

生物膜的基本骨架：磷脂雙分子層（親水性頭部朝向兩側(cè)，疏水性尾部朝向內(nèi)側(cè)）。

蛋白質(zhì)分子存在形態(tài)：有鑲在表面、嵌入、橫跨三種，外側(cè)的蛋白質(zhì)分子與糖類結(jié)合形成糖被。體現(xiàn)了生物膜的不對(duì)稱性。糖被在細(xì)胞的生命活動(dòng)中具有重要功能，如保護(hù)、潤(rùn)滑、識(shí)別等。

生物膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：流動(dòng)性---磷脂分子和大多數(shù)蛋白質(zhì)分子都是運(yùn)動(dòng)的。（課件展示磷脂分子的多種運(yùn)動(dòng)形式，幫助學(xué)生理解磷脂雙分子層是輕油般的流體，具有流動(dòng)性）

生物膜的功能特點(diǎn)：選擇透過性。

 〖學(xué)生討論〗

設(shè)問：1。生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型是不是完美無缺了呢？說說你的看法。

      2．回顧建立生物膜模型的過程中，實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步起到怎樣的作用？

      3．在建立生物膜模型的過程中，結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)是如何得到體現(xiàn)的？

學(xué)生討論：（略）

教師講述：

1。生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型不可能完美無缺，人類對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)永無止境，隨

著實(shí)驗(yàn)技術(shù)的不斷創(chuàng)新和改進(jìn)，對(duì)膜的結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)回進(jìn)一步深入，不斷完善和發(fā)展流動(dòng)鑲嵌模型。

2．在建立生物膜模型的過程中，實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步起到了關(guān)鍵性的推動(dòng)作用。如電子顯微鏡的誕生使人們看到了膜的存在，冰凍蝕刻技術(shù)和掃描電子顯微鏡技術(shù)使人們認(rèn)識(shí)到膜的內(nèi)外并不對(duì)稱，熒光標(biāo)記小鼠細(xì)胞和人細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)，證明了細(xì)胞膜的流動(dòng)性。

3．在建立生物膜模型的過程中，結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)始終引導(dǎo)人們不斷實(shí)踐、認(rèn)識(shí)、再實(shí)踐、再認(rèn)識(shí)，使人們一步步接近生物膜結(jié)構(gòu)的真相。例如，不同生物膜的功能是有差異的。一般來說，功能的不同常伴隨結(jié)構(gòu)的差異，而早期的生物膜模型假定所有生物膜都是一樣的，顯然與不同部位的生物膜功能不完全相同是矛盾的。

六、板書即小結(jié)：（教師最后提供答案）

（一）對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)的探索歷程

1   19世紀(jì)末，歐文頓的實(shí)驗(yàn)和推論：膜是由       組成的；

2   20世紀(jì)初，科學(xué)家的化學(xué)分析結(jié)果，指出膜主要由                    和

                       組成；

3 1959年羅伯特森提出的“三明治”結(jié)構(gòu)模型：

4 1970年，熒光標(biāo)記小鼠細(xì)胞和人細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)，指出細(xì)胞膜具有                   ；

5 1972年，桑格和              提出了                           。

（二）流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容

1．組成成分：主要是         和           

2．結(jié)構(gòu)：                   為基本支架，蛋白質(zhì)                     

3．結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：                   

4．功能特點(diǎn)：                

七．練習(xí)（課本69頁(yè)和《同步導(dǎo)學(xué)》68頁(yè)習(xí)題）

八．教學(xué)后記

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(diǎn)是本節(jié)教學(xué)的難點(diǎn)。我發(fā)現(xiàn)舉過多的學(xué)生不熟悉的的現(xiàn)代生物發(fā)展的例子來說明這一問題，效果并不好。因?yàn)閷W(xué)生不熟悉的例子，自然就不容易理解。所以在本節(jié)課中我把這一觀點(diǎn)穿插在四個(gè)資料分析中，比如讓他們根據(jù)細(xì)胞內(nèi)外的水環(huán)境這一特點(diǎn)推測(cè)兩層磷脂分子可能的排布結(jié)構(gòu)，讓他們分析“三明治”靜態(tài)結(jié)構(gòu)與一些生命現(xiàn)象矛盾的地方，讓他們尋找細(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型能較好地解釋哪些生命現(xiàn)象，通過這些通俗易懂的例子潛移默化地影響學(xué)生，最后進(jìn)行歸納總結(jié)，建立生物膜模型的過程體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)。突破這一教學(xué)難點(diǎn)。

課本67頁(yè)的兩個(gè)思考討論問題我進(jìn)行了調(diào)整，放在了“流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容”之后進(jìn)行，因?yàn)樯险n過程中我發(fā)現(xiàn)經(jīng)過四個(gè)資料分析，學(xué)生對(duì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的求知欲已完全調(diào)動(dòng)起來，直接往下進(jìn)行流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容的教學(xué)，比較符合學(xué)生的認(rèn)知心理特點(diǎn)。如果經(jīng)兩個(gè)思考討論之后，再講述流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容，學(xué)生的興奮點(diǎn)反而有所下降。

新課程的這種教學(xué)模式，融合運(yùn)用引導(dǎo)啟發(fā)、觀察分析、對(duì)比歸納、聯(lián)系實(shí)例等方法，配以多媒體輔助教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生觀察并分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，大膽的提出實(shí)驗(yàn)假設(shè)，宛如親歷科學(xué)家探索科學(xué)的歷程，確實(shí)能讓學(xué)生保持強(qiáng)烈的探究科學(xué)的激情和興趣，自然地接受流動(dòng)鑲嵌模型的理論，教學(xué)效果較好