人教版高中生物必修一第四章第2节《生物膜的流动镶嵌模型》教案

教学设计

教师：同学们，通过对细胞结构的学习，我们想制作细胞的三维结构模型，在选择细胞膜的材料时我们遇到了难题，塑料袋、普通布和弹力布，我们该选择哪种呢？学生：细胞膜是选择透过性膜，有些物质能通过，有些物质不能通过，所以塑料袋不适合。普通布没有弹性，而我们在质壁分离与复原实验中我们发现生物膜是有弹性的，所以我们选择弹力布。

教师组织学生用手指触摸卵黄膜，亲身感受细胞膜的存在和弹性。

教师：细胞膜究竟有什么样的结构决定了它能具有选择透过性，能有弹性呢？引出课题：第二节生物膜的流动镶嵌模型

【师生互动】

对生物膜结构的探索历程

为什么生物膜能控制物质的进出呢？这与生物膜的结构有什么关系呢？科学家就是带着这样的疑问，开始了对生物膜结构的探索。

多媒体展示材料一

资料一：

时间: 19世纪末人物：欧文顿(E.Overton）

实验：用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行过上万次的实验，发现细胞膜对例外物质的通透性是不一样的：凡可以溶于脂质的物质，比不能溶于脂质的物质更简易通过细胞膜进入细胞。

教师:如果你是欧文顿看到这样的现象能帮助我们提炼出什么样的结论呢?学生:细胞膜的成分中有脂质成分。

教师：同学们得出的结论凑巧与欧文顿的结论一样。那么，你们的这个结论是根据现象的推理还是通过对膜成分的提取和鉴定？

学生：是从生理功能上入手，通过推理分析得出的。

教师：那么在通过推理得出结论后还需要对膜的成分进行提取分离和鉴定呢？学生：有必要。只有通过鉴定才更确凿。

教师：那么为什么欧文顿一开始不对膜的成分进行鉴定呢？

学生：当时的技术条件不能实现。教师：确实如此。由此可见技术对于科学研究的重要性。直到20世纪初，科学家才能从哺乳动物成熟的红细胞中将膜分离出来。

多媒体展示材料二

资料二:

20世纪初，科学家将细胞膜从哺乳动物的红细胞中分离出来，发现细胞不但会被溶解脂质的物质溶解，也会被蛋白酶（能专一地分解蛋白质的物质）分解。

教师：你能推测出什么结论？

学生：说明细胞膜的成分除有脂质还有蛋白质。

教师：到此科学家已经知道了生物膜的主要成分是脂质和蛋白质，那么这些分子是如何排列形成特定结构的生物膜的呢？

多媒体展示材料三

资料三：

1925年，两位荷兰科学家E.Gorter和F.Grendel作了丙酮抽提红细胞膜脂质实验：将抽提出的脂质在空气—水界面上铺成单分子层，测得其分子所占的面积相当于所用的红细胞表面积的2倍。

教师：你能推测出什么结论？

学生：脂质分子在细胞膜中是排列成两排的。

教师：细胞膜中的脂质为什么会排列为持续两层呢？又是如何排列的呢？细胞膜中含量最丰盛的是磷脂，磷脂分子的结构有亲水的头部和疏水性的尾部。

多媒体展示材料四：（磷脂分子和其在空气水界面上的分布情况）

教师：利用已有的知识推理和想象，提出许多磷脂分子被搅动后在水溶液中形成的安定排布假说，并用画图来表达。

展示学生小组活动结果，引导交流相互评价。

（搅动后在水溶液中形成的安定排布是形成双层脂分子的球形脂质体和形成球状的微团）

提问：1、由搅动后在水溶液中形成的双层脂分子的球形脂质体，内外都有水环境，那么细胞膜内外是什么环境？

2、如果把球型的脂质体展开为单分子层大家推测他们的面积比例是？学生通过讨论得到细胞膜中磷脂的排布方式：

教师：那么其中的蛋白质分子是如何分布的呢？20世纪40年代，曾经有学者推测脂质两边覆盖着蛋白质。直到20世纪50年代，电子显微镜诞生，科学家用它来观察细胞膜。多媒体展示材料五

资料五

1959年，J.D.Robertsen根据电镜下观察到的细胞膜暗—亮—暗的三层结构，大胆提出生物膜的模型：所有生物膜都由蛋白质-脂质-蛋白质三层结构构成，并且生物膜为静态的统一结构。

指导学生根据资料来构建生物膜的结构图。

教师：这样的模型特征与我们学过的生物学知识有矛盾的地方吗？

组织小组讨论，得出结论。

学生：细胞的膨胀和皱缩，植物细胞的植壁分离与复原，变形虫的运动，分泌蛋白的形成和分泌，白细胞吞噬病菌等都说明细胞膜不是静态的。

教师：很好。随着科技的进步科学家多生物膜的研究日益深入，发现蛋白质并不是全部平铺在脂质表面的，有的是镶嵌在脂质双分子层中的。

指导学生修改细胞膜的结构图。

展示材料六

资料六：1970年L.D.Frye和H.Edidin的人——鼠细胞融合实验。

教师：该实验表明什么？

学生：这个实验说明组成生物膜的蛋白质是可以运动的。

多媒体展示材料七

资料七：磷脂分子在例外温度下的运动情况（flash演示）

教师：资料说明了什么？六七两个资料共同说明了生物膜具有什么样的结构特点？学生：说明磷脂分子也是可以运动的。说明生物膜具有一定的流动性。

教师：1972年，桑格和尼克森提出的生物膜的流动镶嵌模型为大多数人所接受。

多媒体展示材料八

流动镶嵌模型的基本内容

指导学生根据流动镶嵌模型的基本内容来完善生物膜的结构图。

教师小结：1．膜主要由蛋白质和脂质组成，还有少量多糖。

2．膜的基本支架：磷脂双分子层（亲水头部朝外，疏水尾部朝内）

3．蛋白质分子有的镶嵌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，有的横跨整个磷脂双分子层，外侧的蛋白质分子与糖类结合形成糖被。糖被与细胞识别、胞间信息交流等有密切联系，体现了生物膜的不对称性。

4．膜的结构特点：具有流动性（磷脂和大部分的蛋白质分子都是可以运动的）课后拓展

生物膜的流动镶嵌模型是不是已经非常完善了呢？有没有什么局限呢？还有其他被人们接受的新模型吗？请利用互联网搜索科学家对生物膜研究的新进展情况，通过小组内部的组织和加工在班级中进行交流。

板书设计

一、对生物膜结构的探索历程

1、欧文顿的实验：膜是由脂质构成的。

2、化学分析表明，膜的主要成分是脂质和蛋白质。

3、膜中的脂质分子排布成持续两层。

4、罗伯特森的“蛋白质—脂质—蛋白质”的三层静态统一结构。

5、小鼠细胞和人细胞融合实验：细胞膜具有流动性。

6、桑格和尼克森提出的流动镶嵌模型为大多数人所接受。

二、流动镶嵌模型的具体内容

1.内容

2.结构特点：流动性

3.功能特点：选择透过性