3.2细胞器之间的分工合作第3课时教学设计-2024-2025学年高一上学期生物人教版必修1

第3课时 细胞器之间的协调配合及细胞的生物膜系统 目标素养 1．举例说明细胞各部分结构之间相互联系、协调一致，共同执行细胞的各项生命活动。 2．通过分析豚鼠胰腺腺泡细胞同位素示踪实验，认同细胞是基本的生命系统，形成细胞的结构与功能相适应的观念。 重点难点 重点 1．细胞器之间的协调配合。 2．生物膜系统的组成和功能。 难点 1．细胞器之间的协调配合。 2．分析细胞中部分与整体、结构与功能的统一性。 教学准备 教师准备 制作课件（包含豚鼠胰腺腺泡细胞的电镜图片、同位素标记法、放射性自显影技术、腺细胞合成分泌实验图解和数据曲线、分泌蛋白运输的示意图、生物膜系统的组成和概念等）。 学生准备 1．预习新课，初步了解分泌蛋白的合成和运输过程。 2．复习细胞器的结构和功能。 导入新课 导入一 一个细胞就好比一个人类社会。人类社会有多复杂，细胞活动就有多精妙。在日常生活中，我们需要进行有效率的生产生活，就必须有效率地生产和调配生产资料与生活资源。 基因的表达产物需要定位到不同的地点行使功能：膜蛋白需要奔向自己的靶位点，胰岛素需要分泌到细胞外，抗体需要扩散到浆细胞外······要在正确的时间合成细胞产物并运送到 正确的目的地，细胞一定有一套精妙的机制。 导入二 通过学习动植物细胞主要的细胞器的结构和功能，我们发现有3种细胞器的功能与蛋白质的合成、加工有关：核糖体是“生产蛋白质的机器”；内质网是蛋白质等大分子物质的合成、加工场所和运输通道；高尔基体主要是对来自内质网的蛋白质进行加工、分类和包装的“车间”及“发送站”。那么，这三种细胞器之间是不是存在某种协作呢？ 教学过程 环节一：分泌蛋白的合成和运输 课件出示豚鼠胰腺腺泡细胞的电镜图片，解读图片：在胰腺腺泡细胞的细胞质中分布有平行排列的线状结构，这个结构是内质网。细胞中若干椭圆形的结构是线粒体。 在豚鼠胰腺腺泡细胞的细胞质中分布着很多的细线状结构，说明这个细胞中内质网非常发达。内质网是蛋白质的合成、加工场所和运输通道，内质网这么发达，说明这个细胞内蛋白质合成比较旺盛。 胰腺腺泡细胞的主要功能是合成和分泌消化酶，这些酶会被运输到小肠，用来消化食物。 教师 讲述分泌蛋白的概念： 1．分泌蛋白 概念：分泌蛋白是在细胞内合成后，分泌到细胞外起作用的蛋白质。 实例：如消化酶、抗体、血浆蛋白、部分激素等。 2．分泌蛋白的合成和运输的研究过程 学生 思考：出于研究分泌蛋白的合成和运输的目的，科学家应该选择什么样的材料比较适宜？ （1）选材：豚鼠胰腺腺泡细胞。 选择豚鼠胰腺腺泡细胞作为分泌蛋白合成和运输的研究材料的原因： ①豚鼠的胰腺腺泡细胞含有丰富的内质网，可以产生大量的分泌蛋白。 ②豚鼠的胰腺比较大，取材相对容易，而且腺泡细胞在电镜下容易观察。 （2）方法：同位素标记法。 学生 阅读教材中的“科学方法”和课件出示的资料，了解同位素标记法及放射性自显影技术的原理。 同位素标记法： 概念：在同一元素中，质子数相同、中子数不同的原子为同位素，如160与18O，14C与12C。 性质：同位素的物理性质可能有差异，但组成的化合物化学性质相同。 方法：用物理性质特殊的同位素来标记化学反应中原子的去向，就是同位素标记法。 应用：同位素标记可用于示踪物质的运行和变化规律。通过追踪同位素标记的化合物，可以弄清楚化学反应的详细过程。生物学研究中常用的同位素有的具有放射性，如14C、32P、3H、35S等；有的不具有放射性，是稳定同位素，如15N、18O等。 教师 课件出示资料： 放射性自显影技术：用放射性化合物标记生物大分子，再检测放射性化合物在细胞和组织中定位分布的技术。 放射性自显影技术的原理如下：在含有放射性同位素的组织切片上覆盖一薄层感光乳剂，组织内的放射性物质放出的射线会使感光乳剂曝光，在显微镜下通过曝光的银颗粒便可以发现细胞内含有放射性的位点，进而发现放射性物质在组织切片中的分布及数量。 总结科学方法： （3）步骤 ①选择同位素3H标记的亮氨酸进行实验。 ②将豚鼠的胰腺腺泡细胞放入含有3H标记的亮氨酸的培养液中培养。 ③不同的时间多次取样，制备组织切片，利用放射性自显影技术，追踪被标记的亮氨酸的运输路径。 （4）实验结果 3 min后，带有放射性标记的物质出现在附着有核糖体的内质网中；17min后，出现在高尔基体中；117min后，出现在靠近细胞膜内侧的运输蛋白质的囊泡中，以及释放到细胞外的分泌物中。 教师 提问： ①为什么要将豚鼠的胰腺腺泡细胞放入含有3H标记的亮氨酸的培养液中培养？ 提示：亮氨酸是必需氨基酸，细胞内不能合成，必须从外界摄入。而各种分泌蛋白以及信号肽都含有亮氨酸，标记亮氨酸能保证同位素顺利被掺入。追踪这些放射性物质的位置，就能得知蛋白质合成和运输的轨迹。因此，常用放射性同位素标记的方法来研究生物大分子在细胞中合成和转运的途径。 ②本实验所得到的实验结果是在一个细胞内观察得到的吗？ 提示：通过对整个实验的分析，可以总结出本实验是在不同的时间里对同类型不同细胞进行多次取样所得到的结果。所以并不是在一个细胞中连续观察的动态过程。 学生 小组讨论回答问题。 教师｜课件出示图片： 随着追踪时间的变化，放射性颗粒数的百分比在不同细胞结构上的变化如图： 学生以小组为单位，分析图片，推测分泌蛋白的转移途径，并向全班分享本组的结论。 归纳各小组的结论，进行分析总结： ①研究者将豚鼠的胰腺腺泡细胞放入含有3H标记的亮氨酸的培养液中培养，0∼3min, 被标记的放射性氨基酸在核糖体中开始了分泌蛋白的合成。根据图中曲线，我们发现这时粗面内质网中所合成的蛋白质都含有放射性，所以它的百分比是100％。 ②随着追踪时间的变化，粗面内质网中放射性颗粒的比例逐渐降低，而高尔基体中放射性颗粒的比例逐渐增加，说明放射性颗粒被转移到了高尔基体中。 ③之后粗面内质网和高尔基体中放射性颗粒的比例持续降低，而细胞膜内外两侧的分泌颗粒的放射性持续升高，说明放射性颗粒被转移到了分泌颗粒当中。 由此可以推测出分泌蛋白的转移途径：粗面内质网→高尔基体→分泌颗粒。 教师 课件出示资料： 放射性自显影后的胰腺腺泡细胞 放射性标记的蛋白质 放射性标记的蛋白质 放射性标记的蛋白质 上述研究是由细胞生物学家帕拉德以及他的同事完成的，研究结果推动了人们对于分泌蛋白合成和运输过程的认识。 学生 阅读教材相关内容，回答下列问题： ①分泌蛋白的合成和运输过程需要哪些细胞器的参与？绘制分泌蛋白合成和运输的流程图。 提示：需要核糖体、内质网、高尔基体、线粒体等细胞器的参与。 ②分泌蛋白的合成和运输体现了细胞器之间怎样的关系？ 提示：分泌蛋白的合成和运输体现了细胞器之间的分工和合作。 ③分泌蛋白的合成和运输过程说明了膜结构具有什么特点？ 提示：在分泌蛋白合成、运输过程中，内质网膜、高尔基体膜、细胞膜都能通过囊泡发生融合现象，说明这些膜不仅在功能上协调配合，而且组成成分和结构也非常相似。 分泌蛋白的合成和运输过程中膜面积的变化：内质网膜面积减少，高尔基体膜面积先增加后减少，细胞膜膜面积增加。 （5）结论 分泌蛋白的合成和运输体现了细胞器之间的协调配合。 教师播放视频《分泌蛋白诞生记》。 学生 观看视频，直观感受分泌蛋白的合成和加工过程中各细胞器的分工与协作配合。 学生 活动：分泌蛋白的合成、加工、运输（角色扮演）。 环节二：生物膜系统 教师 在真核细胞中，内质网、高尔基体、线粒体、叶绿体、溶酶体等，都是由膜包被而成的细胞器，核糖体和中心体则是没有膜的结构。细胞膜、细胞器膜和核膜等膜结构，在组成成分和结构上基本相似，它们都称为生物膜。 学生 阅读教材相关内容，了解生物膜系统的功能，尝试举出实例。 教师课件出示生物膜系统的组成和功能： 功能1：维持稳定的细胞内部环境，在细胞与外部环境进行物质运输、能量转化和信息传递的过程中起着决定性的作用。（举例：细胞膜、叶绿体膜等） 功能2：许多化学反应都需要酶的参与，广阔的膜面积为多种酶提供了附着位点。（举例：叶绿体类囊体薄膜、线粒体内膜等） 功能3：使细胞内部区域化，保证了细胞生命活动高效、有序地进行。（举例：线粒体外膜、叶绿体外膜等） 提问：生物膜的组成成分和结构分别是什么？ 组成成分：脂质、蛋白质和糖类。 结构：流动镶嵌模型。 学生 阅读教材相关内容，归纳生物膜在结构与功能上的联系。 ①生物膜系统在结构上的联系 ②生物膜系统在功能上的联系（以分泌蛋白的合成、加工、运输和分泌为例） 总结：生物膜的组成成分和结构很相似，在结构和功能上紧密联系，进一步体现了细胞内各种结构之间的协调配合。 教师 拓展：临床上对肾功能发生障碍的病人采用透析型人工肾替代病变的肾行使功能，其中起关键作用的血液透析膜就是一种人工合成的膜材料。 教学研讨 通过学习分泌蛋白的合成和运输过程，体会细胞各结构之间的协调配合，认同部分与整体、结构与功能的统一。基于“分泌蛋白的合成与运输”的实验方法、步骤、数据，引导学生运用归纳、推理等科学思维方法阐述分泌蛋白的合成和运输过程，同时学会选用恰当的材料、适宜的方法解决问题。 这节课内容较多，采用分析资料、播放视频和分析经典实验等多样化的教学方法，可以加深学生的理解，激发学生的学习兴趣，最重要的是让学生进一步建立结构与功能观，理解部分与整体的关系，形成系统观念。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$