3.1细胞膜的结构和功能第2课时教学设计-2024-2025学年高一上学期生物人教版必修1

第2课时 细胞膜的结构 目标素养 1．针对与细胞膜结构、功能相关的现象提出问题，对细胞膜的结构提出假说，并通过资料搜集来获得证据，分析细胞膜结构与功能之间的关系。 2．通过细胞膜结构的探索历程等内容，认同科学探索永无止境、科学理论在不断修正的过程中建立和完善的观点，这需要探索精神、科学思维和技术手段的结合。 重点难点 重点 1．细胞膜结构的探索过程。 2．流动镶嵌模型的基本内容。 3．“提出假说”的科学方法。 难点 细胞膜结构的探索。 教学准备 教师准备 1．制作课件。 2．超轻黏土、铁丝（或者细电线）。 3．演示所使用的流动镶嵌模型（大号）。 学生准备 1．制作的磷脂双分子层模型。 2．预习细胞膜的结构。 3．以小组为单位收集流动镶嵌模型图片。 导入新课 对细胞膜成分的研究发现，细胞膜主要是由脂质和蛋白质组成的。此外，还有少量的糖类。其中脂质约占细胞膜总质量的50％，蛋白质约占40％，糖类占2％～10％。 在组成细胞膜的脂质中，磷脂最丰富，此外还有少量的胆固醇。蛋白质在细胞膜行使功能方面起着重要的作用，因此功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类与数量就越多。 脂质和蛋白质等成分是如何组成细胞膜的呢？ 教学过程 环节一：对细胞膜结构的探索 1．静态模型的建立 （1）蛋白质分布方式的推测：20世纪40年代，曾经有学者推测脂质两边各覆盖着蛋白质。 教师 课件出示资料： 资料1 1959年，罗伯特森利用电镜获得了清晰的细胞膜照片，照片显示细胞膜有暗一亮一暗三层结构。 电子束照射大分子，散射度高，黑暗；电子束照射小分子，散射度低，光亮。 学生 观察细胞膜的电镜图片，根据资料信息，尝试说出蛋白质的分布方式。 提示：分布方式可能是蛋白质-脂质一蛋白质。 （2）蛋白质分布方式的证明： ①方法：1959年，罗伯特森电镜观察。 ②现象：看到了细胞膜清晰的暗一亮一暗的三层结构。 ③结论：所有的细胞膜都由蛋白质-脂质-蛋白质三层结构构成，电镜下看到的中间的亮层是脂质分子，两边的暗层是蛋白质分子。 蛋白质-脂质-蛋白质模型 罗伯特森的假说：①细胞膜由蛋白质-脂质一蛋白质三层结构组成；②细胞膜是静止的。 学生 小组讨论，试说明“蛋白质一脂质一蛋白质”模型的不足之处。 教师 播放视频《变形虫捕食草履虫》。 2．动态模型的建立 （1）质疑： 20世纪60年代以后，不少科学家对于细胞膜是静态的观点提出质疑：如果是这样，细胞膜的复杂功能将难以实现，就连细胞的生长、变形虫的变形运动这样的现象都难以解释。 （2）细胞膜流动性的发现： 教师 课件出示资料： 资料2 人一鼠细胞融合实验 方法：1970年，科学家将小鼠细胞和人细胞融合，并用发绿色荧光的染料标记小鼠细胞表面的蛋白质分子，用发红色荧光的染料标记人细胞表面的蛋白质分子。 现象：两种细胞刚融合时，融合细胞的一半发绿色荧光，另一半发红色荧光。在37℃下经过40min，两种颜色的荧光均匀分布。 教师 提问： 问题1：通过人一鼠细胞融合实验的结果，你可以得出什么结论？ 问题2：人一鼠细胞融合实验能否得出“细胞膜中的蛋白质具有流动性”的结论？说说你们的理由。 学生 进行小组讨论。 教师 对各小组的讨论进行指导和评价，并指出：人一鼠细胞融合实验的现象中，被荧光标记的膜蛋白的移位，可能是蛋白质分子运动的结果，也可能是磷脂分子运动导致蛋白质分子产生移位，因此该实验不能得出“细胞膜中的蛋白质具有流动性”的结论。 （3）结论：细胞膜具有流动性。 3．流动镶嵌模型提出 问题：蛋白质在细胞膜中如何排布？ 教师 课件出示资料： 资料3 随着家发现膜蛋白并不是全部平铺在脂质表面（如图）。新的技术手段（如冰冻蚀刻扫描电镜技术）不断运用于细胞膜的研究，科学家发现膜蛋白并不是全部平铺在脂质表面（如图）。 冰冻蚀刻：细胞膜置于-100℃的干冰或-196℃的液氮中，进行冰冻，然后用冷刀骤然将蹈双层断开、升温后，干冰或液兔在真空条件下迅即升华，暴露出断面结构，经过其他方法处理后，在它使下得到的影像即代表标本中细胞膜断裂面处的结构。 对冰冻蚀刻技术进行简要说明，引导学生提出假说。 提示，有的蛋白质镶嵌在磷脂双分子层中。 流动镶嵌模型的提出：1972年，辛格和尼科尔森提出了流动镶嵌模型，并为大多数人所接受。 教师 根据单位膜、流动镶嵌模型的提出，介绍科学方法-提出假说： 科学家首先根据已有的知识和信息，提出解释某一生物学问题的一种假说，再用进一步的观察与实验对已建立的假说进行修正和补充。比如罗伯特森根据细胞膜的电镜图片提出单位膜的假说。 教师 讲解：一种假说最终被接受或被否定，取决于它是否能与以后不断得到的观察和实验结果相吻合。单位膜的假说，无法解释细胞膜的流动性，辛格和尼科尔森根据新的研究结果，在“单位膜模型”的基础上提出“流动镶嵌模型”，强调膜的流动性和膜蛋白分布的不对称性。细胞颐的“流动镶嵌模型”假说不是终点，还会随着科学的发展不断地进行修正和补充。 设计意图 本环节不仅是要探索细胞膜的结构，还要引导学生通过观察实验现象提出假说，并对假说的真伪进行验证。因此，在教学过程中注重对所涉及的科学史中科学实验的方法、现象、结论或假说进行分步解析，逐层推导，引发质疑，持续探究，帮助学生初步感知提出假说的科学方法，并尝试对假说进行质证和发展。 环节二：流动镶嵌模型的基本内容 1．模型构建 学生 根据冰冻蚀刻扫描电镜观察的细胞膜断面示意图，以小组为单位，利用课前做好的磷脂双分子层模型和超轻黏土，构建细胞膜的流动镶嵌模型。 教师课件出示流动镶嵌模型的图片，利用准备好的大号模型或图片进行演示和讲解。 2．排布特点 （1）中间层：磷脂双分子层。 ①排布：磷脂分子的疏水端在内侧，亲水端在外侧。 ②作用：膜的基本支架；水溶性分子或离子不能自由通过，因此具有屏障作用。 （2）内外侧： ①蛋白质： a.排布：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。 b.作用：在物质运输等方面具有重要作用。 各小组根据流动镶嵌模型的基本内容对自己小组的模型进行修订和完善。 教师 讲解：对细胞膜的深入研究发现，细胞膜的外表面还有糖类分子和蛋白质分子结合形成的糖蛋白，或与脂质结合形成的糖脂，这些糖类分子叫作糖被。 ②糖被： a.排布：细胞膜外表面。 b.特点：与蛋白质分子结合形成糖蛋白，或与脂质结合形成糖脂。 c.功能：与细胞表面的识别、细胞间的信息传递等功能有密切关系。 学生 利用超轻黏土和细铁丝，给自己小组的流动镶嵌模型加上糖被。 学生 在作品上注明小组名称，膜外向上、膜内向下，将模型摆放在教室后排，课后各小组相互观摩、评价和修正。 3．细胞膜的结构特点 学生 阅读教材相关内容，自主归纳细胞膜的结构特点及意义： （1）具有流动性，主要表现为构成膜的磷脂分子可以侧向自由移动。 （2）意义：细胞膜的流动性对于细胞完成物质运输、生长、分裂、运动等功能都是非常重要的。 设计意图 本环节在上一环节的基础上，通过合作制作细胞膜的流动镶嵌模型，了解流动镶嵌模型的主要内容，尤其是对蛋白质在磷脂双分子层中的分布加深理解。在构建模型的基础上，进一步明确细胞膜的结构特点，展开自主学习、讨论交流、展示评价，充分调动学生的学习热情，享受主动学习带来的获得感。 核心总结 1． 对细胞膜结构的探索 时间 人物 实验依据 结论或假说 1959年 罗伯特森 在电镜下看到了细胞膜暗-亮一暗的三层结构 所有的细胞膜都由蛋白质-脂质-蛋白质三层结构构成，把细胞膜描述为静态的统一结构 1970年 - 人一鼠细胞融合实验（荧光标记法） 细胞膜具有流动性 1972年 辛格和 尼科尔森 细胞膜的分子结构模型、新的观察和 已有的实验证据 提出“流动镶嵌模型” 2．科学方法：提出假说 3．流动镶嵌模型的基本内容 （1）细胞膜主要是由磷脂分子和蛋白质分子构成的。 （2）磷脂双分子层是膜的基本支架，其内部是磷脂分子的疏水端，水溶性分子或离子不能自由通过，具有屏障作用。 （3）蛋白质分子以不同方式镶嵌在磷脂双分子层中：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。这些蛋白质在物质运输等方面具有重要作用。 （4）细胞膜不是静止不动的，而是具有流动性的，主要表现为构成膜的磷脂分子可以侧向自由移动，膜中的蛋白质大多也能运动。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$