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

3.1细胞膜的功能与结构 一、教学目标 1.认识细胞膜成分与结构的探索历程 2.理解并准确描述细胞膜的主要成分及其结构(重点) 3.掌握生物膜流动镶嵌模型的主要内容(重难点) 二、教学重难点 重点:细胞膜的主要成分及其结构;生物膜流动镶嵌模型的主要内容。 难点:生物膜流动镶嵌模型的主要内容。 三、教学流程 一、回顾旧知 提问学生:回顾上节课细胞膜的功能,以及细胞膜的功能特点:选择透过性 思考问题:画出一个细胞,提问细胞内含有哪些核酸?细胞内DNA将遗传信息传递到RNA的过程中,这个过程是否体现了细胞膜的功能? 教师:同学们认真看一下课本P41的内容思考一下,我们前面说细胞膜的功能的时候说的是细胞膜能够进行细胞间的信息交流对吧!那我们看一下现在这个细胞是不是也在进行学习交流?但是属不属于细胞间的信息交流?不属于,因为这个是细胞内的信息交流,细胞内的信息交流与细胞膜是没有多大关系的,是不属于细胞膜的功能的。 二、新课导入 教师:那细胞膜作为细胞的边界,为什么可以控制物质进出细胞的能力和进行细胞间的信息交流?之前学习蛋白质的时候我们就说过了结构与功能相适应,结构决定功能。因此我们想要解决这个问题就必需要了解细胞膜的结构。这也是本节课我们要学习的内容。 明确教学目标与重难点:本节课我们的任务主要有三点,一是要认识细胞膜结构与成分的探索历程;二是要理解并准确描述细胞膜的主要成分及其结构,这个是我们本节课的重点内容之一;三是要掌握流动镶嵌模型的主要内容;这个也是我们本节课的重难点。 二、对细胞膜成分的探索历程 过渡:同学们思考一下,如果现在要让我们同学们去研究细胞膜的成分,你们会怎么研究?直接用显微镜观察可不可以呢?图片展示草履虫、细菌、人体细胞的图片 教师:我们现在看一下电脑上面这几个细胞的图像,这几个都是在高倍显微镜下的细胞图像。在显微镜上我们可以看到细胞膜是非常薄的,我们只能看到一个非常模糊的边界,但是我们能看到细胞膜的成分吗?那么以前的科学家在技术非常不发达的时候,又是怎么去研究细胞膜的成分与结构的呢?现在让我们一起来重温一下科学家的探索历程吧! 现在请同学们自主阅读课本的P42的第1、2、5段,把我们导学案上面的内容填写一下。还没有填写的同学现在把这个内容填写上去,已经填写的同学在课本上把相应的内容划一下。 同学们在填空的时候,要结合我们导学案上的资料1一起看一下,了解什么是相似相容原理。教师走下去巡视学生完成情况。 欧文顿:随机抽查提问学生:第一段主要讲了什么内容,1895年,科学家欧文顿利用了非常多的化学物质去研究植物细胞膜的通透性,发现溶于脂质的物质,容易穿过细胞膜,不溶于脂质的物质不容易穿过细胞膜,根据相似相溶原理:欧文顿推测细胞膜是由脂质构成的。 思考:我们可以看一下欧文顿最初对细胞膜的认识,是通过对现象的推理分析还是直接对膜成分的提取和检测呢?通过对现象的推理分析,因为这个时候的技术还没有办法对细胞膜进行成分的分析。(提问同学:脂质的分类有哪些?)。这个时候欧文顿有确定细胞膜所含有的脂质是哪一种吗?没有。这个时候欧文顿只推测出细胞膜含有脂质,但是具体是哪一种还不知道。 第二段:在欧文顿的基础上,后面又有科学家对细胞膜进行了研究,我们课本第二段,科学家利用哺乳动物的红细胞制备纯净的细胞膜,并对其进行化学分析。结论:组成细胞膜的脂质有磷脂和固醇,其中磷脂的含量是最多的。在进行科学实验的时候,实验材料对于实验成功与否是非常关键的。 注意:在对细胞膜进行化学分析的时候,科学家使用了非常多的实验材料,像我们课本提到的神经细胞、卵细胞和红细胞等细胞。在这么多的材料中,科学家选择了哪一种细胞来制备纯净的细胞膜?哺乳动物的成熟红细胞。科学家之所以选择哺乳动物的红细胞作为实验材料的主要原因是:哺乳动物的红细胞没有细胞核和众多的细胞器,容易制得纯净的细胞膜。解释:细胞核外面有没有膜?核膜 细胞器是我们下一课要学习到的内容,我们很多细胞器像叶绿体、线粒体这些细胞器都是含有膜结构的。所以我们用神经细胞这种含有细胞核和细胞器的细胞制备细胞膜,能不能得到纯净的细胞膜?不能。那我用鸡的红细胞能不能制备纯净的细胞膜?那我用哺乳动物未成熟的红细胞可不可以制备? 科学家利用哺乳动物成熟红细胞进行分析知道组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇。在此之后科学家对细胞膜进行了进一步的分析,我们看一下课本第五段 丹尼利和戴维森:1935年,英国学家丹尼利和戴维森分析细胞膜的时候发现,细胞膜的表面张力明显低于油-水界面的表面张力。这个表面张力不需要我们深入研究,我们知道有这个东西就可以了,如果细胞膜都是由脂质组成,那细胞膜的表面张力应该对于油-水界面的表面张力,但是现在细胞膜的表面张力低于油-水界面的表面张力,就说明细胞膜上不只是含有脂质,还有其他物质,因此丹尼利和戴维森就推测细胞膜除了含有脂质分子,还含有蛋白质。 通过上面的探索,我们大概可以知道细胞膜的主要成分有哪些? 磷脂的结构: 现在我们看到的是磷脂分子的结构式和示意图。磷脂分子主要由三部分组成,最上面的结构是磷酸及其衍生物组成的,中间部分是由甘油组成,这两部分就组成了我们磷脂分子的头部,因为磷酸和水分子一样都是极性分子,根据相似相容原理,头部是亲水端还是疏水端? 磷脂分子的尾部是由两个脂肪酸组成的,大家想一下脂肪酸是亲水还是疏水的? 构建模型:根据磷脂分子的结构特点,同学们现在利用现在手上有的磷脂分子,同桌之间一起构建一下磷脂在空气-水界面的分布模型。(2分钟)巡视观察学生完成情况,并选取几位同学的作品展示并让其解释。 我们可以看到磷脂分子的头部亲水所以朝下靠近水界面,尾部疏水所以远离水界面朝上。这是磷脂分子在空气-水界面上的分布。那如果我把多个磷脂分子全部放入水中。那么磷脂分子在水中应该怎么样分布?前后桌一起用刚刚我给大家的磷脂分子排布一下。(3分钟) 随机抽取几位同学的作品展示并让其解释这样分布的原因。 教师讲解:我们的细胞含量最多的化合物是什么了?水。因此我们细胞内是含有水的,细胞生活的环境中也含有大量的水。所以我们细胞内外其实都是一个水环境。所以在细胞膜上磷脂分子应该怎么样分布才是合理的? 概括:应该双层分布,磷脂分子的头部统一朝外,尾部统一朝内。我们把这个磷脂分子层展开成平面结构。过渡:前面对细胞膜成分探索的时候,我们知道细胞膜除了磷脂还有没有其他的成分? 细胞膜的组成成分: 教师讲解:我们现在看到的这个图就是细胞膜成分的百分含量表。从这个表格中我们可以知道细胞膜的成分有哪些?脂质、蛋白质、磷脂。其中含量最多的是?脂质,细胞膜含有哪些脂质?磷脂和胆固醇,含量最多的是磷脂,在动物细胞膜中含有少量的胆固醇。(做笔记胆固醇只有动物细胞膜含有,植物细胞膜是不含有胆固醇的),除了脂质,细胞膜含量比较多的还有蛋白质,并且不同的细胞膜蛋白质的种类和数量是不一样的,功能越复杂的细胞膜所含有的蛋白质种类和数量越多。这个我们在下一章讲物质运输的时候就会说到这个内容了。 注意:所以如果题目问你细胞膜的主要组成成分,我们 应该怎么回答?我们只需要回答脂质和蛋白质就可以了,如果问我们组成成分就加上糖类分子。除了脂质和蛋白质细胞膜还含有少量的糖类。 三、对细胞膜结构的探索 我们看一下P43的第二段,就有科学家对蛋白质在细胞膜上的分布进行了探索。 罗伯特森:1959年,科学家罗伯特森在电子显微镜下观察到了细胞膜清晰的暗-亮-暗三层结构。前面我们知道细胞膜的主要成分有脂质和蛋白质,同学们想一下脂质和蛋白质谁的相对质量比较大?我们可以这样理解,蛋白质的相对质量比较大所以它的透光性比较差,而脂质的相对质量比较小,所以它的透光性比较强。所以在电镜下看到的暗-亮-暗三层结构,暗的部分应该是细胞膜的哪一个成分,亮的是?所以罗伯特森这个时候它通过这个现象就觉得,细胞膜中间是脂质,蛋白质应该是分布在细胞膜的两侧。他把细胞膜描述成了一个静态的模型。 思考:根据我们以前学过的变形虫。草履虫的生活方式,想一下细胞膜可不可能是静态的?不是,我们可以看到变形虫和细胞分裂的时候,细胞膜是可以变形的,通过这个现象我们就可以猜想细胞膜不是静态的,是可以流动的。但是这个只是我们根据生物现象提出的推测,那我们要怎么去证实这个推测是否是真实的。 P43荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合实验示意图:我们课本43页下方就有一个证明这个推测的实验。科学家用绿色荧光标记了小鼠细胞膜,用红色荧光标记了人的细胞膜,同学们看一下,科学家标记的是细胞膜上的哪一种物质?蛋白质。被标记的这两个细胞在37摄氏度的温度进行融合,融合了40分钟之后,科学家发现细胞膜上的蛋白质运动了没有?运动了。我们可以通过视频更加直观的感受一下这个实验的过程。通过这个实验我们知道细胞膜是静态的还是流动的?流动的。细胞膜具有一定的流动性。(这个是也是我们细胞膜的结构特点)。 注意:我们学习物理化学的时候,我们知道外部因素的变化会不会影响物质的运动。我们刚刚这个实验它是在什么样的温度条件下进行的?37摄氏度。那如果我现在把这个温度适当的提高,这个细胞膜的流动性会不会加快?会,适当的升高温度细胞膜流动性会增加,适当的降低温度细胞膜的流动性会减弱。 科学方法:在整个实验过程中我们用到了一个科学方法P44:提出假说:根据已有的知识和信息提出解释某一生物问题的一种假说,再进一步用实验对这个假说进行修正和补充。 过渡:根据这个实验我们知道细胞膜不是静态的,那说明之前罗伯特森说的蛋白质分布在细胞膜两侧的这个模型就是错误的。那同学们想一下蛋白质在细胞膜上应该如何分布才合理?思考一下请同学上来展示一下。 流动镶嵌模型:我们可以看一下在这个模型中,有的蛋白质镶在细胞膜的表面,有的蛋白质嵌入细胞膜之中,当这个蛋白质再大一点就整个贯穿于磷脂双分子层。那蛋白质是不是这样子分布的呢?我们需要证据证明蛋白质分子是不是按照这个形式分布的。科学家通过使用干冰将细胞膜冰冻后断开,将细胞膜的两层磷脂双分子层撕开发现,磷脂分子内部的这个平面不是平整的而是凹凸不平的。如果蛋白质是分布在两侧的话,这个平面应该是平整的,但是现在我们看到这个平面不是平整的而是凹凸不平的,因此通过这个实验进一步说明了蛋白质是镶嵌和贯穿于细胞膜中。 那糖类分子怎么分布在细胞膜中?糖类分子分布在细胞膜的外表面。这个模型就是我们要学习的流动镶嵌模型。(在黑板上拼出一个流动镶嵌模型) 在这个流动镶嵌模型中,细胞膜的基本支架应该是那一部分:磷脂双分子层。 注意:这个细胞膜有多少层磷脂双分子层,有多少层磷脂分子?要注意题目的问法。 蛋白质在细胞膜中是如何分布的? 动画展示流动镶嵌模型:从这个模型中我们可以看到,细胞膜的哪些成分是可以运动的? 磷脂分子侧向运动,大多数蛋白质分子可以运动。这也是细胞膜具有流动性的原因。 体现了细胞膜的结构特点:细胞膜具有流动性。(回忆细胞膜的功能特性) 糖被:细胞膜上这个绿色的成分是?糖类,我们从这个模型中可以看到,有的糖类分子与蛋白质结合在一起,我们把糖类和蛋白质结合的这部分叫糖蛋白,跟脂质结合的这一部分我们叫糖脂。糖蛋白和糖脂我们统称为糖被。 学科网(北京)股份有限公司 $$