生物膜的流动镶嵌模型

一、 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

二、教学重点和难点

1.教学重点

流动镶嵌模型的基本内容。

2.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。

三、设计思路

本节内容与第一节“物质跨膜运输的实例”所反映的生物膜对物质的进出控制具有选择性等知识有一定的联系，并对第三节学习“物质跨膜运输的方式”作了知识准备。所以,这节的内容对整个章节的知识起到了承上启下的作用。内容主要包括对生物膜结构的探索历程和生物膜的流动镶嵌模型的基本内容两大部分。在教学中，充分发挥教师的主导地位和学生的主体地位，采用“引导—观察分析实验现象—提出假设—实验验证再分析”的教学模式，融合运用引导启发、观察分析、对比归纳、联系实例等方法，配以多媒体辅助教学，引导学生观察并分析实验现象，大胆的提出实验假设，宛如亲历科学家探索科学的历程，切身感受科学的魅力，保持强烈的探究科学的激情和兴趣，自然地接受流动镶嵌模型的理论。让学生在探究中学习科学探索的方法，从而渗透探索科学过程和方法的教育。

四、教学课时  一课时

五、教学过程

〖课前准备〗教师精心准备好相关资料、图片展示给学生，制作好多媒体课件、学生亲手制作的真核细胞三维结构模型

〖引入〗

教师：从上一节课物质跨膜运输的实例可以看出生物膜的功能是什么？功能特性是什么？

学生：（略）

教师：（展示学生制作的真核细胞三维结构模型）根据细胞膜的功能及功能特性，请学生分析模型中采用的普通布、塑料袋、弹力布哪种材料更能体现生物膜的功能？为什么？

学生：（略）

教师：弹力布相对较好，那它能完全具有生物膜的特点吗？

学生：（略）

教师：显然弹力布不具有生物膜的选择透过功能，还不是制作细胞膜最理想的材料，那么生

物膜究竟是怎样的结构呢？才使它具有选择透过功能？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。

〖师生互动〗

（一）、对生物膜结构的探索历程

要弄清一种物质或物体的结构，首先要知道它的组成成分，那细胞膜的成分是什么呢？

资料一

时间：19世纪末 1895年

人物：欧文顿（E.Overton）

实验：用500多种物质对植物细胞进行上万次的通透性实验，发现脂质更容易通过细胞膜。提出假说：膜是由脂质组成的。

〖设问〗：对“欧文顿实验”

1.                最初实验得到生物膜是由脂质组成的，是通过对现象的推理分析还是通过膜成分的提取和鉴定？

2.               假说是如何提出的？

3.               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？

4.               为什么一开始不对生物膜直接进行提取、分离和鉴定呢？

5.               欧文顿的推论是否正确呢？细胞膜除了脂质外，还有没有其他成分呢？

〖学生交流、讨论〗：（略）

〖教师讲述〗：1、从生理功能上入手，通过对现象的推理分析的。

2、根据他的实验结果：凡可以溶于脂质的物质，比不溶于脂质的物质更容

易通过细胞膜进入细胞。

3、有必要，通过鉴定能更准确地说明问题

4、对现象的推理分析是要进行鉴定，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。

5．经科学家化学分析结果，细胞膜成分除了脂质外，还有蛋白质。那脂质和蛋白质是怎样形成膜的呢？

资料二 ：

时间：1925年

人物：荷兰科学家Gorter和Grendel

实验：从红细胞膜中提取脂质，铺成单层分子，发现面积是红细胞膜的2倍

〖设问〗：

１．“荷兰科学家实验”-----------实验得到什么现象？

２．请你展开大胆想象，你会推测出什么样的结论？

〖学生交流、讨论〗：（略）

〖教师讲述〗：两位荷兰科学家根据单分子层的面积是红细胞表面积的2倍。由此得出的结论是：细胞膜中的磷脂是双层的。磷脂是一种由甘油，脂肪酸和磷酸所组成的分子，磷酸“头”部是亲水的，脂肪酸“尾”部是疏水的。

〖设问〗：

１．请你运用相关的化学知识解释为什么磷脂在空气――水界面上铺展成单分子层？

２．生物的结构和功能是相适应的。在细胞膜内外都是水环境条件下，细胞膜的两层磷脂分子可能怎样排布呢？形成什么样的结构呢？

〖学生交流、讨论〗：（略）

〖教师讲述〗：这是大家开动脑筋推测出的磷脂分子排列方式，大家看哪种最合理？（教师分析）知道了脂质的排布方式，那么蛋白质与磷脂又是怎样的位置关系?有人推测出脂质两边覆盖蛋白质的理论。

资料三

时间：1959年

人物：罗伯特森（J.D.Robertsen）

实验：在电镜下看到细胞膜由“蛋白质—脂质—蛋白质”的三层结构构成

提出假说：生物膜是由“蛋白质—脂质—蛋白质”的三层结构构成的静态统一结构

〖教师设问〗：

１．对“罗伯特森电镜实验”──实验得到什么现象？

２．让你来推测，你会推出什么样的结论？

３．你同意“三明治”结构模型吗?这种生物膜是静态的观点不能解释哪些生命现象？

〖学生交流、讨论〗：（略）

〖教师讲述〗：借助于电镜，罗伯特森观察到了细胞膜的结构，并推出静态结构。但它很难解释细胞分裂、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。把生物膜描述为静态的刚性结构，这显然与膜功能的多样性相矛盾。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。那么，有什么证据证明细胞膜中的物质不是静态的吗？

资料四：

时间：1970年

人物：Larry Frye等

实验：将人和鼠的细胞膜用不同的荧光抗体标记后，让两种细胞融合，杂交细胞的一半发红色荧光、另一半发绿色荧光，放置一段时间后发现两种荧光抗体均匀分布

提出假说：细胞膜具有流动性

〖设问〗：

１．对“荧光染料标记实验”──观察得到怎样的动态现象？

２．这一动态现象说明了什么？

３．能推出什么结论？

〖学生交流、讨论〗：（略）

〖教师讲述〗：荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验，说明了组成细胞膜的分子是可以不断运动的，成功指出细胞膜的流动性

〖设问〗：我们还学过哪些生命现象能说明生物膜具有流动性？

学生回答；（略）

〖教师讲述〗：白细胞吞噬病菌、变形虫的变形运动、植物细胞的质壁分离等例子都能说明细胞膜具有流动性。即流动镶嵌模型提出的膜结构能很好地解释上述细胞功能。

在新的观察和实验证据的基础上，又有学者提出一些关于生物膜的分子结构模型。其中１９７２年桑格和尼克森提出的流动镶嵌模型为大多数人所接受。它的具体内容是什么呢？

（二）、生物膜的流动镶嵌模型的基本内容

〖想象空间、课件展示〗结合生物膜结构的探索历程，学生展开想像，自我构建细胞膜的三维立体结构。再课件展示“细胞膜的结构”，教师有顺序、有层次清楚地阐述基本内容：

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。糖被在细胞的生命活动中具有重要功能，如保护、润滑、识别等。

生物膜的结构特点：流动性---磷脂分子和大多数蛋白质分子都是运动的。（课件展示磷脂分子的多种运动形式，帮助学生理解磷脂双分子层是轻油般的流体，具有流动性）

生物膜的功能特点：选择透过性。

〖学生讨论〗

设问：1。生物膜的流动镶嵌模型是不是完美无缺了呢？说说你的看法。

2．回顾建立生物膜模型的过程中，实验技术的进步起到怎样的作用？

3．在建立生物膜模型的过程中，结构与功能相适应的观点是如何得到体现的？

学生讨论：（略）

教师讲述：

1。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，对膜的结构的认识回进一步深入，不断完善和发展流动镶嵌模型。

2．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并不对称，荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验，证明了细胞膜的流动性。

3．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，使人们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。一般来说，功能的不同常伴随结构的差异，而早期的生物膜模型假定所有生物膜都是一样的，显然与不同部位的生物膜功能不完全相同是矛盾的。

六、板书即小结：（教师最后提供答案）

（一）对生物膜结构的探索历程

1   19世纪末，欧文顿的实验和推论：膜是由       组成的；

2   20世纪初，科学家的化学分析结果，指出膜主要由                    和

组成；

3 1959年罗伯特森提出的“三明治”结构模型：

4 1970年，荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验，指出细胞膜具有                   ；

5 1972年，桑格和              提出了                           。

（二）流动镶嵌模型的基本内容

1．组成成分：主要是         和

2．结构：                   为基本支架，蛋白质

3．结构特点：

4．功能特点：

七．练习（课本69页和《同步导学》68页习题）

八．教学后记

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是本节教学的难点。我发现举过多的学生不熟悉的的现代生物发展的例子来说明这一问题，效果并不好。因为学生不熟悉的例子，自然就不容易理解。所以在本节课中我把这一观点穿插在四个资料分析中，比如让他们根据细胞内外的水环境这一特点推测两层磷脂分子可能的排布结构，让他们分析“三明治”静态结构与一些生命现象矛盾的地方，让他们寻找细胞膜的流动镶嵌模型能较好地解释哪些生命现象，通过这些通俗易懂的例子潜移默化地影响学生，最后进行归纳总结，建立生物膜模型的过程体现了结构与功能相适应的观点。突破这一教学难点。

课本67页的两个思考讨论问题我进行了调整，放在了“流动镶嵌模型的基本内容”之后进行，因为上课过程中我发现经过四个资料分析，学生对细胞膜结构的求知欲已完全调动起来，直接往下进行流动镶嵌模型的基本内容的教学，比较符合学生的认知心理特点。如果经两个思考讨论之后，再讲述流动镶嵌模型的基本内容，学生的兴奋点反而有所下降。

新课程的这种教学模式，融合运用引导启发、观察分析、对比归纳、联系实例等方法，配以多媒体辅助教学，引导学生观察并分析实验现象，大胆的提出实验假设，宛如亲历科学家探索科学的历程，确实能让学生保持强烈的探究科学的激情和兴趣，自然地接受流动镶嵌模型的理论，教学效果较好